DE1267160B

DE1267160B - Verfahren zur Herstellung von gegossenen Formkoerpern aus Gips

Info

Publication number: DE1267160B
Application number: DEU11563A
Authority: DE
Inventors: Marvin Kinser Lane; John Stiles Sheahan
Original assignee: United States Gypsum Co
Current assignee: United States Gypsum Co
Priority date: 1964-03-27
Filing date: 1965-03-26
Publication date: 1968-04-25
Also published as: GB1106954A; FR1434507A; NO116194B; LU48266A1; US3359146A; BE661682A; NL6503919A; SE311314B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C 04b

Deutsche Kl.: 80 b-6/09

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1267160
U11563VIb/80b
26. März 1965
25. April 1968

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Gipsformkörpern, insbesondere von Bauplatten, Zwischenplatten, Dach- und Bodenplatten jeder beliebigen Dichte mit besonders guter Druckfestigkeit. Die erfindungsgemäßen Gipsformkörper können ein- oder S beidseitig mit Papier kaschiert sein.

Es sind schon verschiedene Verfahren zur Herstellung von Gipsformkörpern bekannt; danach wird gebranntes Gipsmehl zusammen mit verschiedenen Zusätzen mit Wasser angemacht und die noch plastische Masse abgegossen. Schwierigkeiten bei der Herstellung von Gipsformkörpern liegen darin, daß entweder die Druckfestigkeit nicht entspricht oder feste Körper eine ungebührlich hohe Dichte besitzen. Die erfindungsgemäßen Gipsformkörper zeichnen sich durch gute Druckfestigkeit bei verringerter Dichte aus. Um das Raumgewicht der Gipsformkörper herabzusetzen, hat man auch bereits während der Herstellung einen zähen Schaum in die Gipsaufschlämmung eingebracht. Nach dem Formen erfolgt die Trocknung bis zur vollständigen Erhärtung der Gipsmasse; das Kaschieren mit Papieren oder Pappe kann man bereits vor dem vollständigen Aushärten vornehmen.

Handelsübliche papierbeschichtete Gipswandplatten haben eine Stärke von 1,3 cm bei einem Flächengewicht von etwa 9 bis 10,5 kg/m². Die Gipsmasse selbst hat bei diesen Produkten ein Raumgewicht von etwa 705 kg/m³. Die Druckfestigkeit beträgt etwa 38,5 kg/cm². Bei weiterer Verringerung der Dichte, also des Raumgewichts der Gipsformkörper nach bekannten Verfahren geht dies in unzulässiger Weise auf Kosten deren Festigkeit.

Es ist bekannt, daß verschiedene Faktoren die Feinheit von gebranntem Gips in einer Aufschlämmung oder in einer Dispersion beeinflussen. Hierzu gehören die Brennbedingungen. Die sogenannte Dispergierbarkeit von Gipsmehl im Anmachwasser ist also von großer Bedeutung. Die Dispergierbarkeit wird bestimmt, indem eine gewisse Menge von gebranntem feinem Gips kurz in Wasser gerührt wird, woraufhin man mit Äthanol oder Isopropanol verdünnt, um die Hydratisierung abzubrechen. Der Schlamm wird schnell abfiltriert, mit Alkohol nachgewaschen und bei etwa 43 ⁰C getrocknet. Die Korngröße wird nach einer üblichen Meßmethode bestimmt.

Es ist bekannt, daß die Dispergierbarkeit des Gipses von der Provenienz und der Reinheit des Gipses sowie von der Feinheit vor und nach dem Brennen abhängt. Das Gipskochen selbst hat einen beträchtlichen Einfluß auf die Dispergierbarkeit. Am besten sind die Gipssorten der Bezeichnung »beta« dispergierbar.

Verfahren zur Herstellung von gegossenen
Formkörpern aus Gips

Anmelder:

United States Gypsum Company,
Chicago, Cook County, JU. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. E. v. Pechmann, Patentanwälte,
8000 München 90, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Marvin Kinser Lane, Chicago, JlL;

John Stiles Sheahan,

Hoffman Estates, JlL (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 27. März 1964 (355 418
355 492)

Diese werden bei Normaldruck gebrannt; die einzelnen Teilchen weisen viele Risse und Sprünge auf, die in Berührung mit Wasser zu einem Auseinanderbrechen führen. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist daher ein Gipsmehl besonders geeignet, welches aus Rohgips mit einem hohen Gehalt an Calciumsulfatdihydrat, vorzugsweise über etwa 88⁰Zo₅ sowie einem geringen Salzgehalt erhalten worden ist. Es kann daher manchmal zweckmäßig sein, den Rohgips zur Verringerung des Salzgehaltes zu waschen. Man kann außer dem natürlichen Produkt selbstverständlich auch synthetische Gipse, also gefällte Calciumsulfate verwenden.

Es zeigte sich, daß hochdispergierbare Gipsmehle bei der Herstellung von Gipsformkörpern zu neuen Schwierigkeiten führen. So ist die Härtezeit einer Aufschlämmung aus einem hochdispergierbaren Gipsmehl sehr viel kürzer, so daß es oft im Mischer zu einem Erhärten kommt.

Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet diese Schwierigkeiten mit hochdispergierbaren Gipsmehlen. Es lassen sich Formkörper auf der Basis von Gips mit einem Raumgewicht zwischen 560 und 800 kg/m³ in einfacher und wirtschaftlicher Weise herstellen. Nach

809 540/394

dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von gegossenen Formkörpern auf der Basis von Gips aus einer Aufschlämmung von Gips und einem Beschleuniger wird zuerst der gebrannte Gips in Wasser bis zur weitgehendsten Dispergierung aufgeschlämmt und dann erst dieser feinen, homogenen Dispersion von gebranntem Gips Beschleuniger in einer solchen Menge zugesetzt, daß maximal 15 Minuten, vorzugsweise 5 bis 12 Minuten, bis zum Einsetzen der Härtereaktion unter der Temperaturerhöhung vergehen. Es ist zweckmäßig, die Dispersion abzugießen, solange der Gehalt an gebundenem Wasser maximal weniger als 9 Gewichtsprozent, vorzugsweise 7,6 Gewichtsprozent, beträgt. Auch besonders zweckmäßig hat sich ein Gipsmehl mit einer spezifischen Oberfläche von mindestens 1,2 m^a/g erwiesen. Um besonders leichte Formkörper zu erhalten, setzt man einen zähen Schaum zu. Als Beschleuniger für die Aushärtungsreaktion kann man in üblicher Weise gemahlenen ausgehärteten Gips, Kaliumsulfat, Aluminiumsulfat, Zinksulfat, Ammoniumsulfat oder deren Gemische verwenden.

Als Beschleuniger kann man z. B. auch ein Produkt verwenden, welches hergestellt wird, indem gebranntes Gipsmehl in einer beträchtlich größeren Wassermenge, als zur Hydratisierung erforderlich, bis zur Beendigung der Hydratisierung eingerührt wird. Man ejhält auf diese Weise ein feinnadeliges Produkt. Es ist frisch bereitet hochaktiv und neigt bei längerem Stehen zum Kristallwachstum.

Die zur Anwendung gelangende Menge an Beschleuniger liegt zwischen 0,1 und 1,25 %> vorzugsweise 0,2 bis 0,8%, berechnet auf Gipsgewicht. Die jeweils erforderliche Beschleunigermenge hängt von der Aktivität des Beschleunigers ab. Diese Faktoren sind in der einschlägigen Technik bekannt.

Wendet man z. B. Kaliumsulfat als Beschleuniger an, so reichen 0,9kg je Tonne Halbhydrat; bei weniger aktiven Beschleunigern, wie gemahlenem Rohgips, benötigt man 11,3 kg und darüber je Tonne. Im allgemeinen soll man nicht so viel Härter oder einen so aktiven Beschleuniger zugeben, daß die Aushärtung in weniger als etwa 1,5 Minuten nach der Zugabe erfolgt. Die zuzusetzende Beschleunigermenge kann auch auf die von den Feststoffen gebundene Wassermenge beim Abguß bezogen werden. Es ist zweckmäßig, diese Menge beim Abguß auf weniger als etwa 9%, vorzugsweise weniger als 7,6 %, zu beschränken. Steigt die Hydratisierung im Mischer auf mehr als 9 % oder fängt die Masse an zu klumpen, so wirkt der erhärtete Gips als Füllstoff oder Zuschlagstoff und trägt nichts mehr bei zur Festigkeit des Formkörpers.

Das Dispergieren des Gipsmehles kann in Gegenwart eines Verzögerers erfolgen. Man verwendet hierfür 0,0025 bis 0,05 Gewichtsprozent Verzögerer, berechnet auf Gipsgewicht. Als Verzögerer dient in üblicher Weise z. B. keratinartiges Material. Wird Keratin als Verzögerer angewandt, so kommen auf 1 t Halbhydrat etwa 0,02 bis 0,13 kg; man kann jedoch auch bis zu 0,45 kg gehen. Noch höhere Mengen an Verzögerer wirken sich nachteilig auf die Festigkeit aus.

Bei weniger aktiven Verzögerungsmitteln wird man größere Mengen anwenden. Die zur Anwendung gelangende Menge an Verzögerungsmittel hängt auch ab von der Dispergierbarkeit des Halbhydrats oder besser von dessen Oberfläche, d. h., bei gut dispergierendem Gipsmehl mit einer spezifischen Oberfläche von etwa 2 m²/g in Dispersion mit großer Abbindegeschwindigkeit wird man zur einwandfreien Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens größere Mengen an Verzögerer anwenden.

Man kann der Gipsdispersion auch noch eine Substanz wie Stärke zusetzen, die bei papierbeschichteten Gipskörpern zu einer Erhöhung der Festigkeit führen, wie dies allgemein bekannt ist.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich im Rahmen der Dispergierung die Hydratisierung des gebrannten Gipses weitgehend beeinflussen und unter einem niederen Wert halten, ohne daß eine organische Verbindung zugesetzt werden muß. Dies wird jedoch erleichtert, indem während des Dispergierens ein Verzögerer zugesetzt wird.

Wie bereits erwähnt, kann zur Verringerung des Raumgewichts der Formkörper ein zäher Schaum untergemischt werden. Ein solches Verfahren ist z. B. in den USA.-Patentschriften 2 017 022 und 2 080 009 beschrieben. Man erhält dabei einen Brei, der zu einem Formkörper mit leicht zellenförmigem Kern führt. Es ist dafür zu sorgen, daß eine gleichmäßige Vermischung von Schaum, Gips und Wasser erreicht wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorerst der gebrannte Gips in Form von Mehl mit Wasser intensiv gemischt bis zu einer homogenen, feinen Dispersion. Erst dann wird in einer zweiten Stufe Beschleuniger zugesetzt und nicht mehr so heftig gerührt. Die Zugabe des zähen Schaumes erfolgt in diese zweite Stufe.

Zur Verstärkung des Materials können bereits zu Beginn Cellulose, Kunststoffe und Glasfasern oder auch ein Verdickungsmittel, wie Mehl oder Stärke, untergemischt werden. Diese Verstärkungssubstanzen sollen vorzugsweise nicht mehr als 5 %» insbesondere nicht mehr als 2°/o> berechnet auf das Gipsgewicht, betragen. Sie besitzen keinen oder nur einen gering-

Charge

Spezifische Oberfläche, m^z/g

trocken

in Dispersion

Wasser:

Halbhydrat

% gebundenes Wasser beim Abguß

Härtezeit, Minuten

Relative Festigkeit, %

Sonstige Maßnahmen.

0,4

1,3

0,93 7,5 15 103 0,4
1,07

0,91
7,4

15

97

1,25
1,67

1,03
9,2
12,5
125

X mit Beschleuniger nach der Erfindung. O mit Verzögerer. + schnell gerührt.

1,20
1,66

1,03
8,5
13
115

1,25
1,75

1,03
7,6
12
133

fügigen Einfluß auf die Aushärtungsgeschwindigkeit des Gipses.

Es zeigte sich, daß bei den leichteren Formkörpern die Festigkeit nicht direkt proportional ist dem Raumgewicht. Die Abhängigkeit entsprach ungefähr folgender Gleichung:

S = A- 10°·^0297Λ,

worin S die Druckfestigkeit, A eine Konstante und D das Raumgewicht ist. Im Fall der Druckfestigkeit in lbs/sq. in und des Raumgewichts in lbs/cb.ft. beträgt die Konstante A 29,02. Die Gleichung gilt offensichtlich für ein Raumgewicht zwischen etwa 560 und 880 kg/m³.

Wie aus den Beispielen hervorgeht, gelingt durch das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Gipsprodukten, die gegenüber der genannten Formel, eine um etwa 10 %> oft sogar über 25% höhere Festigkeit besitzen.

Als Ausgangsbasis für die Beispiele zum erfindungsgemäßen Verfahren soll folgende Untersuchung über die Abhängigkeit der Festigkeit des Gipsformkörpers von der Korngröße des Gipsmehles und der Feinheit der Dispersion dienen:

In einen 11,41 fassenden Mischer wurden 1,5 1 Wasser, 1,6 kg Gipsmehl, 21,6 g Papierfasern als Verstärkungsmittel, 10,8 g Verdickungsmittel aus Getreide, 2,3 g eines Dispergiermittels, nämlich holzzuckerhaltiges Ammoniumligninsulfonat, eingebracht und vor Beginn des Mischens 20 g Beschleuniger in Form von aufgemahlenem Gips zugesetzt. Es wurde etwa 5 Sekunden bei 365 UpM gemischt, dann wurden 650 cm³ Schaum mit einem Raumgewicht von 208,4 kg/cm³ zugesetzt, woraufhin noch 20 Sekunden gemischt wurde. Die Masse wurde abgegossen und nach dem Abbinden ausgeformt, zuerst bei 177⁰C auf 70°/o ihres Naßgewichts getrocknet. Schließlich wurde bei 43⁰C fertiggetrocknet und dann in üblicher Weise Druckfestigkeit und Raumgewicht bestimmt.

Zur Bestimmung der Dispersionsfeinheit im Moment des Abgusses wurden in einer getrennten Charge 2 Teile Isopropylalkohol auf 1 Teil Masse eingerührt. Dadurch wurde der Abbindevorgang sofort unterbrochen. Die Kristallenen aus in der Hauptsache Halbhydrat wurden abfiltriert, mit Isopropanol gewaschen und wieder bei 43 ⁰C getrocknet. Die Cellulosefasern wurden ausgebürstet und dann das gebundene Wasser, die spezifische Oberfläche des Gipspulvers ermittelt und daraus die Korngröße bestimmt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Bei Charge 1 wurde feines Gipsmehl angewandt. Bei Charge 2 diente ein gebrannter Gips anderer Provenienz. Wird die Charge 1 bzw. 2 trokken gemahlen, so erhält man höhere Werte für die Festigkeit (Charge 3 bzw. 4). Die Untersuchungen mit den Chargen 3 und 4 wurden dadurch weitergeführt, daß jeweils 0,015 % keratinartiger Verzögerer in die Aufschlämmung zugesetzt wurde (Chargen 5 und 6).
Eine weitere Abwandlung bestand darin, daß zu

ίο Beginn des Rührvorganges 0,015% keratinartiges Verzögerungsmittel zugesetzt wurden und darüber hinaus 20 g Beschleuniger in Form von gemahlenem Gips nach der Erfindung erst 8 Sekunden nach dem Beginnen des Rührens und damit erst nach Zugabe des Schaumes zugesetzt wurden. Nach einer Gesamtmischzeit von 20 Sekunden wurden Prüfkörper abgegossen und wieder Festigkeit und Raumgewicht bestimmt (Charge 7). In einer zweiten Versuchsreihe wurde von anderen Gipssorten ausgegangen (Chargen 8 und 9) und 8 bzw. 5 Sekunden nach dem Mischen Beschleuniger zugesetzt (Chargen 10 und 11). Wenn man die Hydratisierung zunächst verzögert, jedoch dann beschleunigt, hat die Zugabe eines Verzögerers keinen nachteiligen Einfluß auf die Festigkeit.

Eine weitere Variation bestand darin, daß schneller gerührt wurde, und zwar 547 UpM. Als Verzögerer dienten wieder 0,015% einer keratinartigen Substanz; die Zugabe von 20 g Beschleuniger erfolgte 8 bzw. 16 Sekunden nach dem Beginn des Mischens; als Beschleuniger diente aufgemahlener Gips. Nach 5 Sekunden wurden etwa 650 cm³ Schaum zugesetzt und insgesamt 20 Sekunden gemischt. Bei den Chargen 12 und 13 diente der gebrannte Gips der Charge 1, für Charge 14 der der Charge 2.

Wird der Schaum später zugesetzt, so fällt dieser weniger zusammen, so daß man mit einer geringeren Schaummenge für ein gegebenes Raumgewicht des Gipsprodukts auskommt.

In Abwandlung dieser Verfahrensmaßnahme wurde ein zweistufiger Mischer angewandt, wobei die erste Stufe eine Mischgeschwindigkeit von 445 UpM und die zweite Stufe von 112 UpM hatte. Nach der weitgehenden Dispergierung durch die erste Mischstufe wurden in der zweiten Stufe Schaum und Beschleuniger zugesetzt. In diesem Fall dienten etwa 3 kg je Tonne eines holzzuckerhaltigen Ligninsulfonats, bezogen auf Gips, als Beschleuniger. Man ging stufenweise mit der Beschleunigermenge auf 2,4 kg/t herab. Es bildeten sich keine Klumpen in der ersten Mischstufe; der gesamte Mischvorgang war viel glatter als mit Beschleuniger in der ersten Stufe. Ähnlicherweise wirkte die Zugabe von Verzögerungsmittel zum Anmachwasser.

6	7	8	9	10	11	12	13	14
1,20	1,25	0,45	0,50	0,45	0,50	12,5	0,4	0,4
1,65	2,0	14,5	14,0	14,5	14,7	22,0	17,0	14,7
1,03	1,03	0,9	0,9	0,9	0,9	0,95	0,83	0,8
7,6	7,6	7,5	6,8	7,8	6,75	7,4	7,5	6,6
12,5	11	13	13	11	14,5	9	11	12
125	156	95	91	110	107	170	143	131
—	X,O	—	—	X	X	x,O,+	X₅O,+	X,O,+

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von gegossenen Formkörpern auf der Basis von Gips aus einer Aufschlämmung von gebranntem Gips und einem Beschleuniger, dadurch gekennzeichnet, daß man zuerst den gebrannten Gips in Wasser bis zur weitgehendsten Dispergierung aufschlämmt und dann erst dieser feinen, homogenen Dispersion von gebranntem Gips Beschleuniger in einer solchen Menge zusetzt, daß maximal 15 Minuten, vorzugsweise 5 bis 12 Minuten, bis zum Einsetzen der Härtereaktion unter Temperaturerhöhung vergehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man abgießt, solange der Gehalt an gebundenem Wasser maximal 9 Gewichtsprozent, vorzugsweise 7,6 Gewichtsprozent, beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen gebrannten Gips verwendet, dessen spezifische Oberfläche mindestens 1,2 m²/g beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man der Gipsdispersion zur Einstellung des gewünschten Raumgewichtes des Gußkörpers einen zähen Schaum zusetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Beschleuniger feinverteiltes Calciumsulfat-dihydrat, Kaliumsulfat, Aluminiumsulfat, Zinksulfat, Ammoniumsulfat oder deren Gemische verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Beschleuniger in einer Menge von 0,1 bis 1,25 %> vorzugsweise 0,2 bis 0,8 %> berechnet auf Gipsgewicht, zusetzt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den gebrannten Gips in Gegenwart eines Verzögerers dispergiert.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man 0,0025 bis 0,05 Gewichtsprozent Verzögerer, berechnet auf Gipsgewicht, anwendet.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verzögerer ein keratinartiges Material verwendet.