SE431534B - Gipskomposition - Google Patents

Description

7802156-5 2 Huvudändamâlet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma gipskompositioner avsedda för användning vid framställning av gips- gjutprodukter som har låg vikt och samtidigt har stor mekanisk styrka.

Det har visat sig att detta ändamål kan uppnås genom blandning av specifik lågvikts- och sfärisk gips som utvecklats av patentinne- havaren, speciellt bindemedel och om så erfordras andra tillsatsmedel.

Uppfinningen avser sålunda en gipskomposition innefattande: (A) sfärisk lättviktsgips av korta fibrer av gips som är sammanflätade med varandra samt med en bulkdensitet mellan 0,05 och 0,5 g/cm3 och (B) minst ett bindemedel valt från gruppen bestående av vattenlösliga organiska polymerer, vattendispergerbara organiska polymerer, vatten- lösliga oorganiska föreningar, i vattendispersionsmedium kolloidbil- dande oorganiska föreningar, i vatten hårdnande eller härdbara före- ningar samt blandningar därav.

Sfärisk lågviktsgips som användes i gipskompositioner enligt uppfinningen är vanligen sammansatt av ett stort antal gipsfibrer och har företrädesvis väsentligen sfärisk form, varvid diametern varierar mellan 10 pm och 10 mm och bulkdensiteten varierar mellan 0,05 och 0,5 g/cm3. Vad beträffar typen av gips kan man använda vattenlösliga typer av gips, exempelvis u-typ-hemihydratgips och vattenfri gips av typ III, eller vattenolösliga typer av gips, exempelvis vattenfri gips (anhydratgips) av typ I och II. Dessa uppträder i form av "close-cropped head" eller "aegagropila".

Dessa sfäriska lågviktsgipsprodukter kan framställas genom en hydrotermal reaktion av hemihydratgips av ß-typ, gipsdihydrat eller blandningar av dessa ämnen, exempelvis i surt medium. Vid denna hyd- rotermala reaktion har omröringsstadiet och reaktionstiden inverkan på formen och egenskaperna hos den sfäriska gips som erhålles. Det är därför nödvändigt att reglera omröringen så att ingen lokal turbulens uppkommer. Den använda mängden gips är mindre än 2/3, räknat på vik- ten, företrädesvis mindre än 1/4 räknat på vikten av det sura medium som beskrives i det följande. I sådant fall kan sfärisk gips blandad med fibrös gips i vissa fall erhållas men dessa gipsprodukter kan användas enligt uppfinningen.

Sura medier som kan användas vid detta tillvägagångssätt inne- fattar organiska syror, exempelvis myrsyra, ättiksyra, maleinsyra och liknande, samt oorganiska syror, såsom fosforsyra, saltsyra salpeter- syra, svavelsyra och liknande. Dessa sura medier föreligger såsom vattenlösningar innehållande 0,1-80 volymprocent av en syrakomponent. 7802156-5 Den ovan angivna gipsen och syramediet blandas till en upp- slamning vilken därefter underkastas hydrotermal reaktion. Denna hydro- termala reaktion kan genomföras vid atmosfärstryck och en temperatur vid vilken reaktionsmediet hålles under återflöde. Reaktionstiden kan avkortas genom att reaktionen genomföres under tryck. Reaktionstiden är vanligen mer än 2 minuter, företrädesvis mer än 10 minuter, och reaktionen genomföras tills den önskade sfäriska gipsen erhålles.

Sedan reaktionen avslutats underkastas reaktionsblandningen vanligen fast-vätskeseparation under upphettning, och den erhållna vätskan återanvändas såsom reaktionsmedium. Å andra sidan underkastas det fasta material som erhålles genom fast-vätskeseparationen med en mediahalt (d.v.s. medium/fast material X 100) av icke mer än 40% värme- behandling. Vid denna värmebehandling, vid torkning av det fasta mate- rialet vid en temperatur av 50 - 8000 under en tidrymd av l - 3 timmar i första hand, erhålles hemihydratgips av a-typ. Eftersom denna d-hemi- hydratgips är löslig i vatten bildar den gipsdihydrat i närvaro av vat- ten. Med användning av en värmebehandling för stabilisering av d-hemihydratgipsen kan denna omvandlas till löslig anhydratgips av typ III och vidare till olöslig anhydratgips av typ I eller II. Stabilise- ringen av gipsen kan åstadkommas genom användning av en behandling med utnyttjande av en organisk polymer eller andra material förutom den ovan angivna värmebehandlingen.

Med den i det föregående beskrivna sfäriska lättviktsgip- sen är kristallbräckage sällsynt jämfört med fiberformig gips. Efter- som strukturen innefattar korta fibrer av gips som är sammanflätade med varandra har de markant låg bulkdensitet och låg vikt jämfört med den konventionella täta, sfäriska gipsen (som beskrives i japanska patentpublikationen 23008/1969).

Bindemedel som användas i gipskompositioner enligt upp- finningen är, såsom angivits i det föregående, vattenlösliga organiska polymerer, vattendispergerbara organiska polymerer, vattenlösliga oorgaf niska föreningar, i vattendispersionsmedium kolloidbildande oorganiska föreningar, vattenhärdbara föreningar och blandningar av sådana förenin- gar. Mängdförhållandet mellan bindemedel och sfärisk lättviktsgips är icke speciellt begränsad och kan bestämmas på lämpligt sätt enligt type: av bindemedel, användningen av gipskompositionen, etc. I allmänhet gäl- ler att vid användning av en vattenhärdbar förening såsom bindemedel blandas denna i ett förhållande av 0,5 till 20.000 viktdelar, företrä- desvis 20 till l0.000 viktpdelar per 100 viktdelar sfärisk lättvikts- gips. Om däremot andra av de i det föregående beskrivna bindemedlen än 7802? 56-5 den vattenhärdbara föreningen användes såsom bindemedel blandas dessa i ett förhållande av 0,5 till l.OOO viktdelar, företrädesvis l till 500 viktdelar per 100 viktdelar sfärisk lättviktsgips.

Representativa bindemedel är följande: Föredragna vattenlösliga organiska polymerer är polyvinyl- alkohol, karbamid-formaldehyd-låg-polymer, melamin-formaldehyd-låg-poly- mer, metylcellulosa, karboximetylcellulosa, akrylamid-baserade hartser, polyakrylsyrasalter, fenolhartsförpolymer, polysackarider (exempelvis stärkelse, natriumalginat), etc.

Vattendispergerbara organiska polymerer klassificeras i vattenemulgerbara och vattensuspenderbara. Vattenemulgerbara organiska polymerer är exempelvis polyvinylacetat, polyvinylklorid, butadien- styren-sampolymer, polystyren, silikonpolymer, akrylharts, akrylatpoly- mer, vinylacetat-akrylnitril-samtpolymer, akrylnitril-butadien-styran- sampolymer, styren-akrylnitril-sampolymer, vax, asfalt, etc. Enligt uppfinningen underkastas dessa föreningar emulgering i vatten och an- vändas.

Vattenlösliga oorganiska föreningar och i vattenfldisper- sionsmedium kolloidbildande oorganiska föreningar som företrädesvis an- vändas enligt uppfinningen innefattar aluminiumoxid (aluminiumoxid~sol}, vattenglas, aluminiumdifosfat, kiseldioxid (kiseldioxid-sol), litium- silikat, natriumsilikat, kaliumsilikat, svavel (svavel-sol) och liknan- de.

Vattenhärdbara föreningar är exempelvis Portland-cement, aluminiumoxid-cement, Portland-masugns-cement, magnesia-cement och lik- nande cement, samt lera, pulverformig gips, murbruk, magnesiumhydroxid, kalk, etc.

Till kompositioner enligt uppfinningen kan om så erfordras sättas fyllmedel och andra beståndsdelar. Representatíva exempel på fyllmedel som lämpligen kan användas enligt uppfinningen är fiberfor- miga material, exempelvis fiberformig gips, pelarformig gips, asbest, glasfiber, syntetiska fibrer, cellulosamassa, bergull, slaggull, strån, halm, metylcellulosa och liknande, perlit, glaskulor (glas balloon), silas balloon (glaskulor framställda av vulkaniskt glasmaterial), trä- span, uppjäst polystyren, uppjäst polyeten, uppjäst polyuretan, pimp- sten, silas (vulkaniskt glasmaterial), sand, manganpulver, järnsand, kvartspulver, glaspulver, bentonit, kalciumkarbonat, zinkkarbonat, aluminiumhydroxid, antimontrioxid, aluminiumklorid, krukmakarlerpulver. (pottery powder), glimmerstycken, kalciumhydroxid, kalciumoxid, etc.

Mängden inblandat fyllmedel är icke speciellt begränsad och kan bestämmas i överensstämmelse med typen av fyllmedel, den önskade r--- få :s rf :l fl-a s » e s aë- få grad i vilken armering skall åstadkommas, etc. I allmänhet tillsättes fyllmedel i en mängd av från 0,5 till 2.000 viktdelar, företrädesvis l till l.000 viktdelar per l00 viktdelar av sfärisk lättviktsgips.

I synnerhet tillåter användning av lämpliga mängder av fiberformiga material ytterligare armering av den erhållna gipsgjutprodukten.

Till kompositionerna enligt uppfinningen kan om så erfordras sättas uppjäsningsmedel, formningsmedel (shaping agent) och liknande.

Godtyckliga uppjäsningsmedel (jäsmedel) som vid tillsats tillsammans med vatten till kompositionen enligt uppfinningen och blandning med denna ger skum kan användas. Sålunda kan exempelvis olika slags ytak- tiva medel med fördel användas. Lämpliga formningsmedel (förtjocknings- medel, shaping agents) innefattar karboximetylcellulosa, etylenozid- polymer, polyvinylalkohol, hydroxipropoximetylcellulosa, karboximetyl- hydroxietylcellulosa, lim (glue), akrylamid-akrylsyra-sampolymer och liknande. Dessa formningsmedel användas företrädesvis speciellt i kom- bination med oorganiska föreningar vilka är verksamma såsom bindemedel när sådana användas såsom bindemedel.

För framställning av en gipsgjutprodukt av en gipskomposi- tion enligt uppfinningen tillsättes vatten till gipskompositionen och blandas, och den erhållna blandningen gjutes och torkas enligt allmänt använda metoder. En särskilt föredragen metod är följande: Vatten blandas med sfärisk lättviktsgips och bindemedel, och, om så erfordras, fyllmedel, jäsmedel, formningsmedel, förtjock- ningsmedel, etc., som tillsättes och omblandas. Sålunda erhåller man en blandning i form av en klump, pasta, uppslamning eller annan form.

I detta fall bestämmas den tillsatta vattenmängden med beaktande av bearbetbarheten samt den fysikaliska och mekaniska hållfastheten hos gipsgjutprodukten. Om exempelvis en vattenhärdbar eller vattenhårdnande förening eller material användes såsom bindemedel tillsättes vatten i en mängd av 20 till 5000 viktdelar per 100 viktdelar av den vatten- härdnande föreningen eller produkten. Om å andra sidan bindemedel av annat slag än den vattenhärdbara eller vattenhårdnande föreningen an- vändes, tillsättes vatten i sådan mängd att viskositeten uppnår ett värde av 0,1 - 100 centipoises (25°C). Den erhållna blandningen i form av klump, pasta, uppslamning eller annan form gjutes med sådana metoder som pressgjutning, vakuumgjutning, injektionsgjutning, extrusionsgjut- ning, sprutgjutning, centrifugalgjutning, etc. Blandningen torkas där- efter och underkastas om så erfordras ytterligare kalcinering vid hög temperatur så att man erhåller en gipsgjutprodukt.

Såsom framgår av föregående beskrivning möjliggör användning av gipskompositioner enligt uppfinningen framställning av lätta gjutna ~ 1 f' 1 «___'v PO ...s 0": 6-5 föremål med mycket god mekanisk hållfasthet och en specifik densitet av icke mindre än 0,05. Beroende på typen av bindemedel kan gjutningen eller formningen genomföras vid temperaturer varierande mellan vanlig temperaturoch hög temperatur upp till LOOOOC. Vidare kan olika gjut- ningsmetoder, exempelvis injektionsgjutning och andra metoder användas och det är möjligt att framställas gjutna föremål med olika form. Värme- överföringskoefficienten för gipsgjutstycken som erhållas är låg, och värmeisoleringsegenskapema samt värxnekvarhållningsegenskaperna är goda.

Samtidigt har materialet mycket god vämebeständighet. Dessutom för- bättras sprödhetsegenskapema hos gipsgjutstycket genom närvaron av sfärisk lättviktsgips varför hanteringsegenskaperna såsom skärning, borrning, spikning och andra egenskaper är goda.

Sålunda kan gipskompositioner enligt uppfinningen effektivt användas för framställning av väggmaterial, kämmaterial :för laminerade material och andra, eldbeständiga material, buffertmaterial, stötdäm- pande material, värmebeständiga och värmeisolerande material, värme- kvarhållande material, värmeisolerande material, etc.

I det följande anges utföringsexempel som är avsedda att åskådliggöra uppfinningen.

Exempel l (l) Framställning av sfårisk lättviktsgips Till 6 liter av en 20 volym-fiš-ig lösning av ättiksyra ivatten tillsattes 1,2 kg gipsdihydrat som därefter blandades till en uppslam- ning. Denna uppslamning upphettades under återflöde under 4 timmars tid vid atmosfärstryck och en temperatur av 10400 under omrörning med an- vändning av en propellerbladomrörare så. att man åstadkom hydrotermal reaktion.

Av den hydrotermala reaktionens avslutande underkastades reaktionsblandningen fast-vätskeseparation med användning av en centri- fugalseparator i hett tillstånd, och lösningsmedlet avlägsnades på detta sätt saznt användes på nytt. Den erhållna fasta produkten torkades vid 60°C under 3 timmars tid i en varmlufttorkkanunare för avlägsnande av vidhäftande lösningsmedel, och sfärisk lättviktsgips av a-hemi- hydratgips erhölls på detta sätt. Vid upphettning av denna a-hemi- hydratgips till 500°C under 3 timmars tid i en elektroriskugn erhölls sfårisk lättviktsgips av anhydratgips typ II med stabil kristallstruk- tur. Mikroskopisk undersölming av den sfäriska lättviktsgips som fram- ställts på detta sätt visade att den förelåg i form av “aegagropila".

I a-hemihydratgipsen och typ II-anhydratgipsen uppgick diametern till cirka 0,3 mm och buikaensiteten till 0,12 g/cm3. (2) Till 50 g av den sfåriska lättviktsgips som erhållits enligt (l) 7802156-5 sättes 70 ml aluminiumoxid sol (fast-materialhalt 10,5 g, pH 3, fram- ställd av Nissan Chemical Industries Ltd., Japan) och 280 ml vatten varefter man omblandade för beredning av en suspensionslösning. Denna suspensionslösning gjöts i en gjutram med en ramarea av 10 x 10 cm samt 40 mesh, och gjöts vid ett tryck av 0,1 till 10 kp/cm2. Efter avlägsnan- de av ramen tcrkades gjutprodukten och en skivliknande gjutkropp er- hölls.

De fysikaliska egenskaperna hos detta gjutstycke visas i tabell l. Böjhdllfastheten uppmättes under följande betingelser: Provstycke l x l x 10 cm Avstånd mellan spannen 8 cm Provningshastighet l mm/minut Jämförelseexemnel l Tillvägagångssättet enligt exempel l upprepades med undanta; av att fibrös gips (samma som användes enligt exempel 2) användes i stället för den sfäriska lättviktsgipsen.

De erhållna resultaten visas i tabell l i parentes. ßxemnel 2 till 8 Tillvägagångssättet enligt exempel l upprepades varvid typen och mängden av bindemedel, vatten och fyllmedel som sattes till den sfäriska lättviktsgipsen varierades. De erhållna resultaten visas i tabell 2. ' Exempel 9 Tillvägagångssättet enligt exempel l upprepades varvid den sfäriska lättvikts-a-hemihydratgipsen som erhölls intermediärt vid till- vägagângssättet i exempel l (1) användes i stället för den sfäriska lättvikts-anhydratgipsen av typ II. Resultaten som erhölls visas i tabell 3.

Exempel lO Tillvägagångssättet enligt exempel l upprepades varvid den sfäriska lättvikts-a-hemihydratgipsen (samma som användes enligt exem- pel 9) och polyvinylalkohol såsom bindemedel användes. Resultaten anges i tabell 3.

Exempel ll och jämförelseexemoel 2 Till en förutbestämd mängd vatten sattes förutbestämda mäng- der av sfärisk lättviktsgips och ß-hemihydratgips varefter man omblan- dade för beredning av suspensionslösning. Denna suspensionslösning gjöts i en formram med måtten 2 x 2 x 12,5 cm, tilläts hârdna och uttogs där- efter ur ramen samt torkades. Ett gjutstycke erhölls på detta sätt. De fysikaliska egenskaperna hos detta gjutstycke visas i tabell 4 (exempel ll). För jämförelse visas de fysikaliska egenskaperna hos ett gjut- 7892156-5 stycke framställt med användning av "silas balloon" i stället för sfärisk lättviktsgips, se tabell 4 (jämförelseexempel 2).

Bö jhållfastheten uppmättes under följande betingelser: Provstycke 2 X 2 x 12,5 cm Avstånd mellm spannen 10 cm Provningshastighet l mm/minut Tabell l Bb' jhållfasthet Specifik hållfasthet Specifik densitet k m2) k (m2 0,35 18 (13) 51 (37) 0,40 3o (18) 75 (45) 0,53 50 (35) 94 (66) na mm 7802156-5 mv um oo va om mm ma Hß mn Nofi mxnævm xamflommm mm wm mm mo wo mv NN ov om Hm Aßëom M. mßvwmffl ufifiwgfinm wm.o wm.o mN.o ßm.o om.o mm.o ßw.o mo.o ßm.o ov.o mv.o Hm.o mm.o mm.o mm.o mm.o wwpfim lflmo xfiw lfiowam omm oom oæN oæw omm omm omm omm NHEM omflmë |Qm@@m> ¿@;;n< noe oofl ~|w~wo mmHu=@ä@@> ||||1 ^w m.oflo @Ha:«mH~w»wE»m«@ ^Hs ø>o Hcm @flfl0ezfiøfiE:~< Aomo = = .CNV = = ^o~o«*~m»Qfi%mßHo = ^mHo = = Aofio = = Am m.oHo pflwsfimfipwpwapwwm ^flE osv How-uflxoEdfis~E:fl< ^w wfl »ass .HE owo oxxoßufl lnmëzfiomëmmlflwflumußnlflmp»pm Aw Owv pflmëmoludmaphom 5 Éäwpwo* lflmflpmpmëpmmw ^m m.oHom*H@=oxHm«m=H>»H@m Amwo ^o~o = Aoflomxwmfim mwhnflß = . Am m.oHo pfimnflmflfimpws »mmm Aas oßo flom«@fiw@a:H:fla:H< Hmwwsflfiam Hwwwsmwafim m Haoßmæ om om om om om om om om om om om lf) om ov om ^mv maflw lm@x«>Qufi~ xmflnßmm vwzmä H«ß Hmm lëwxm 78023 56-5 *1 *2 *3 *4 Exem- pel 10 10 Såsom skumbildningsmedel användes 10 ml av ett på polyoxietylen- alkylarylsulfonsyra baserat ytaktivt medel (skumbildningsmedel för brukbetong Grade No. 505, tillverkat av Nisso Master Bilders Co., Ltd., Japan).

Fibrös gips: anhydratgips av typ II, bulkdensitet 0,07, medel- längd 750 pm (200 till 1200 pm), medelvärde längd/diameter 700.

Asbest: långa fibrer av krysotil (framställt av Nippon Asbestor Co., Ltd., Japan, handelsbeteckning 3T-700).

Glasfibrer: klippt längd 3 mm, behandlad med silan, för polyester (framställd av Asahi Fiber Glass Co., Ltd., Japan, handelsbeteck- ning CS-03-HB-830A).

Pclyvinylalkohal: polymerisationsgrad 2400, förtvålningsgrad 98,5 molprocent.

Styren-butadien-sampolymerlatex: fast-materialhalt 45 viktprocent, viskositet 25 centipoises (2500), (framställd av Japan Synthetic Rubber Co., Ltd., Japan, handelsbeteckning JSR 0670).

Tabell 3 Böjhâll- Vatten Specifik fasthet (ml) densitet (kn/Cm2) Specifik hållfasthe: (kn/cmz 33 Líängd sfárisk Binde- lättvikts- medel sips ( e) (e) -hemi- 230 0,49 l6 e ydrat- gips 10 pçly- vlnyl- alkohol*lO 77 50 i 220 0,33 18 56 * samma som enligt exempel 3 11 7802156-5 Tabell 4 Exemoel ll sšärisk _ _ SPECÉ" näílfasr- hâïfåaåz- lattvlkts- Blnqemedel Vetten flk en- het 2 het aims ce) (e) (ml) Sltfit gkp/cm ) ¿kn¿Cm2) 1.0 3-hemihydrat- 70 1_05 40 38 glps 100 5.0 " 100 70 1.06 44 42 5.0 " 100 100 0.85 25 29 10.0 " 100 150 0.66 9 14 15.0 " 3 108 0.41 2 5 15.0 " 15 120 0.31 l 3 10.0 " 30 100 0.44 1 2 Jämförelseexemnel 2 - " 100 70 1.05 33 31 - " 100 100 0.82 13 16 - " 100 150 0.63 5 8 "Silas Balloon" N 5_0 100 70 0.93 26 28 " " 100 100 0.71 10 14 " " 1oo 150 0.56 4 7 Det framgår av tabell 4 att "silas balloon" icke har någon armerande eller förstärkande effekt på gjutstyckena under det att sfärisk lättviktsgips har förstärkande effekt.

Claims (3)

7so215e-5 ,¿ PATENTKRAV

1. l. Gipskomposition, k ä n n e t e c k n a d därav, att kompo- sitionen innefattar: (A) sfärisk lättviktsgips av korta fibrer av gips som är sammanflätade med varandra samt med en bulkdensistet mellan 0,05 och 0,5 g/cm3 och (B) minst ett bindemedel valt från gruppen bestående av vattenlösliga orga- niska polymerer, vattendispergerbara organiska polymerer, vattenlösliga oorganiska föreningar, i vattendispersions- medium kolloidbildande oorganiska föreningar, i vatten hård- nande eller härdbara föreningar samt blandningar därav.

2. Gipskomposition enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a d därav, att ett bindemedel valt från gruppen bestående av vattenlösliga organiska föreningar, vattendispergerbara organiska polymerer, vattenlösliga oorganiska föreningar, i vattendispersionsmedium kolloidbildande oorganiska före- ningar och blandningar av sådana tillsättes i en mängd av 0,5 till 1000 viktdelar per 100 viktdelar av den sfäriska lättviktsgipsen.

3. Gipskomposition enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a d därav, att en i vatten härdbar eller hårdnande förening tillsättes i en mängd av 0,2 till 20.000 viktdelar per 100 viktdelar sfärisk lättviktsgips.