DE3127202A1 - Gipskartonplatten mit gips-karton-grenzflaechen hoherdichte, und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Gipskartonplatten mit gips-karton-grenzflaechen hoherdichte, und verfahren zu ihrer herstellung

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DE3127202A1 DE19813127202 DE3127202A DE3127202A1 DE 3127202 A1 DE3127202 A1 DE 3127202A1 DE 19813127202 DE19813127202 DE 19813127202 DE 3127202 A DE3127202 A DE 3127202A DE 3127202 A1 DE3127202 A1 DE 3127202A1
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Description

ElKENBERG & BRÜMMERSTEDT
PATENTANWÄLTE IN HANNOVER
National Gypsum Company 122/4
Gipskartonplatten mit Gips-Karton-Grenzflächen hoher Dichte, und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft verbesserte Gips-Wandplatten und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Gips-Wandplatten.
Bei der Herstellung von papier- oder kartonbedeckten (nachfolgend allgemeiner als "Papier" bzw. "papierbedeckt" bezeichnet) Gipsplatten wird eine wesentliche Menge von flüssigem Schaum mit der härtbaren Zusammensetzung, die den Gipskern bildet, vermischt. Dieser Schaum liegt in Form von sehr kleinen Blasen vor und ersetzt ein äquivalentes Volumen der teureren Bestandteile des Kerns und führt zur Herstellung einer leichteren, einfacher zu handhabenden Gipsplatte.
Es war allgemeine Praxis, in die Gips-Zusammensetzung einen geringeren Teil Stärke einzugeben, die so beschaffen ist, daß sie zu einem großen·Teil zu der Gips-Papier-Zwischenschicht wandert, wenn das überschüssige Wasser in dem Kern in Richtung zur Oberfläche wandert während der Trocknung der gehärteten Gipsplatte. Die Stärke, welche einen relativ teuren Bestandteil der Gipsplatte darstellt, ist zur Sicherung einer zufriedenstellenden Bindung des Papiers an den Gipskern in der fertiggestellten Gipsplatte vorgesehen.
Erfindungsgemäß wird ein neuer Schritt vorgeschlagen zur deutlichen Verringerung der Menge des vorhandenen Schaums in der Gips-Aufschlämmung, die unmittelbar angrenzend zum Papier aufgebracht wird, ohne daß die Menge des Schaums in den anderen Teilen der Aufschlämmung verringert wird. Dazu wird vorzugsweise ein Entschäumungsmittel vor der Formung der Gipsplatte auf die Papieroberfläche aufgebracht. Durch Erhöhung der Dichte des Gipses, der unmittelbar angrenzend zur Papieroberfläche aufgebracht ist, wird eine Gipsplatte' geringer Dichte ohne Verwendung von Stärke oder unter Verwendung von wenig Stärke, die trotzdem eine zufriedenstellende Papier-Gips-Bindung aufweist, hergestellt.
3127702
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Gipsplatte unter verringerten Kosten zur Verfügung zu stellen.'
Dazu soll ein Verfahren geschaffen werden, mit welchem eine dünne dichte Gipsschicht an der Gips-Papier-Grenzschicht ■ gebildet wird, indem ein Zusammenbruch des Schaums in der wäßrigen Gips-Aufschlämmung in einem dünnen Bereich in Nachbarschaft zum Papier bei der Herstellung von leichten Gipsplatten herbeigeführt wird.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden deutlicher, wenn sie im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen und den Zeichnungen, wie sie in der nachfolgenden Beschreibung angegeben sind, betrachtet werden:
Figur 1.ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen papierbedeckten Gips-Wandplatte.
Figur 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht der Wandplatte gemäß Figur 1 entlang den Linien 2-2«
In den Figuren bezeichnet die Bezugszahl 10 eine Gipskartonplatte, die im wesentlichen aus einem Gipskern 12 und Papier-Deckblättern 14 besteht. Der Gipskern besitzt eine relativ geringe Dichte aufgrund der Anwesenheit einer großen Zahl von Hohlzellen 16, die vorzugsweise eine sehr geringe Größe besitzen und einheitlich über den gesamten Kern 12 verteilt sind mit Ausnahme eines dünnen Oberflächenteils 18, das an der Grenzschicht 20 von Kern 12 und Papier 14 angeordnet ist. Der dünne Oberflächenbereich 18 des Kerns 12 besitzt eine wesentlich höhere Dichte als der Mittelteil 22 des Kerns 12.
Der ausgehärtete Gipskern 12 ist an die Papier-Deckblätter 14 durch eine große Anzahl von Gipskristallen 24, die sich in die Lücken 26 zwischen den Fasern 28 des Papiers 14 hinein erstrecken oder vollständig darin angeordnet sind in einem Zustand, der sich daraus ergibt, daß die Kristalle auf oder innerhalb des Oberflächenteils 30 des Papiers 14 hergestellt wurden und gewachsen sind, gebunden.
Figur 2 ist eine diagrammartige Darstellung und es ist nicht beabsichtigt, darin die genauen Maßverhältnisse darzustellen·. Figur 2 ist zu entnehmen, wie die Gipskristalle 24 am dünnen Oberflächenteil 18 in einer größeren Dichte als in dem mittleren Kornteil 22 vorhanden sind, und wie die Gipskristalle 24 · sich in den Papieroberflächenteil· 30 hinein erstrecken, wobei einige völlig innerhalb der Papier-Zwischenräume 26 angeordnet sind.
In den Figuren konnte die Abwesenheit des üblichen Stärkebinders oder zumindest die relativ geringe Menge des vorhandenen Stärkebinders, der üblicherweise verwendet würde, wenn der Kern insgesamt die niedrigere Dichte des zentralen Bereiches 22 besäße, nicht dargestellt werden. Die höhere Dichte des dünnen ' Oberflächenteils 18 bewirkt eine sehr große Zunahme der Menge an Gipskristallen 24 und der Kompaktheit oder der Nähe der " zahlreichen Kristalle 24. Das führt zu einer großen Steigerung dor Fähigkeit des Gipses, eine Bindung des Papiers 14 zum Kern 12 auszubilden unter gleichzeitiger Verringerung oder Eliminierung der Notwendigkeit der üblichen Zugabe von Stärke zur Kern-Zusammensetzung während der Herstellung.
Die bevorzugte Form der Herstellung der Gipsplatte 10 kann alle üblichen Herstellungseinrichtungen und Verfahrensschritte umfassen. Als zusätzlicher Schritt erfolgt die Zugabe eines
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Entschäumungsmittels in Form einer Öberflächenbeschichtung auf der nach innen gewandten Fläche 32 des Papiers 14 vor der Auftragung eines härtbaren Gipses in Kontakt zu dem Papier 14.
Vorzugsweise wird das Entschäumungsmittel in Form einer verdünnten Lösung oder Dispersion auf die innere Fläche 32 des Papiers während der abschließenden Verfahrensschritte in der Papierfabrik aufgebracht. Als Entschäumungsmitto] kann einos der bekannten Entschäumungsmittel eingesetzt werden. Entschäumungsmittel sind üblicherweise Substanzen auf ölbasis oder auf der Basis ölähnlicher Substanzen. Sie unterscheiden sich untereinander in ihren Kosten und ihrer Entschäumungs-Wirksamkeit.
Ein bevorzugtes Entschäumungsmittel ist Hercules Defoamer 344, eine nicht-ionische Lösung organischer Materialien in einer Kohlenwasserstoff-ölbasis von einem klaren strohartigen Aussehen. Es weist eine mittlere Viskosität auf, wiegt 0,87 kg/1 (7,3 lbs/gal) und wird von der Firma Hercules Chemical Co. hergestellt.
Andere geeignete Entschäumungsmittel sand Nopco 9201-Λ, c>.in Warenzeichen der Firma Diamond Shamrock Corp., für ein trübes bernsteinfarbenes Gemisch von Mineralöl und nicht-ionischen oberflächenaktiven Stoffen; Foamkill S-639, ein Warenzeichen der Firma Crucible Chemical Go., für hydrophobes, in aliphatischen Kohlenwasserstoffen dispergiertes Silicamaterial; Foamburst . 316, ein Warenzeichen der Firma Ross Chemical, für ein öl auf Erdölbasis und oberflächenaktive Chemikalien; Mazola-Maisöl und viele andere, wie sie beispielsweise in Kapitel 15 von "Foams: Theory and Industrial Applications", Bikerman, Reinhold Publishing Corporation, 1953, erwähnt sind.
- y-
Das mit einer Oberflächenbeschichtung eines Entschäumers auf der inneren Fläche 32 hergestellte Papier wird dann zu dem Gipsplatten-Herstellungsbetrieb transportiert, wo das Papier zur Herstellung von papierbedeckten·Gipsplatten 10 eingesetzt wird. Das Herstellungsverfahren ist ansonsten den bekannten Herstellungsverfahren für Gipsplatten ähnlich.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Verwendung eines gesonderten Gips-Papier-Binders, wie die üblicherweise verwendete Stärke, ausgelassen oder der Binder in einem stark verringerten Maße eingesetzt bei der Formulierung der wäßrigen Aufschlämmung, die zur Bildung des Kerns der Gipsplatte verwendet wird.
Es wurden einige etwa 0,09 m2 (1 sq.ft.) große Test-Plattenbeispiele der erfindungsgemäßen Gipsplatten hergestellt und mit bekannten Vergleichsbeispielen verglichen. Die Versuchsproben wurden durch Ausbilden eines Umschlags aus Papier mit lediglich einer oberen öffnung, in welche härtbare Gips-Aufschlämmung eingegossen wurde, hergestellt. Der erhaltene gefüllte Umschlag wurde zwischen einem Platten-Paar, dessen Platten 1,27 cm (1/2") voneinander entfernt waren gestützt, während der Gips härtete.
In der Vargleichsprobe wurde übliches unbeschichtetes Papier verwendet und eine standardmäßige geschäumte härtbare wäßrige Gips-Aufschlämmung eingesetzt. Hier wurde Stärke in der Aufschlämmung in einer Menge, welche etwa 4,9 kg pro 100 m2 einer Gipsplatte in einer Stärke von 1,27 cm entsprach (10 lbs Stärke pro 1000 sq.ft. bei 1/2"), verwendet. In der Aufschlämmung war genug Schaum enthalten zur Erzeugung von 1760# einer 1,27 cm (1/2") starken Platte auf einer 92,9 m2 großen Basis nach Aushärten und Trocknen.
Zur Auswertung der Erfindung wurden einige Testproben hergestellt, wobei als Papierumschlag ein 63,8 cm χ 34,3 cm (25 1/8" χ 13 1/2") großes Papier eingesetzt wurde und etwa eine Hälfte des Papiers mit Abmessungen von 31,9 cm χ 34,3 cm (12 9/16" x 13 1/2") des Papiers an der nach innen gewandLen Oberfläche mit einem Entschäumer beschichtet und die andere Hälfte unbeschichtet war. Die 30,5 cm χ 30,5 cm (12" χ 12") große Test-Gipsplatte, die mit Hilfe dieses Umschlags hergestellt wurde, lieferte somit einen direkten Vergleich zwischen behandelten und unbehandelten Papieren mit einer einzigen wäßrigen Kern-Aufschlämmung. Die Kern-Aufschlämmung umfaßte lediglich die Menge an Stärke, welche in dem verwendeten Härtungs-Beschleuniger vorhanden ist. Der in der Kern-Zusammensetzung verwendete Härtungs-Beschleuniger ist in der US-PS 3 870 538 beschrieben. Die Testproben wiesen eine effektive Menge an Stärke auf, welche äquivalent zur Verwendung von etwa 1 kg Stärke pro 100 m2 bei einer Dicke von 1,3 cm (2 lbs Stärke pro 1000 sq.ft. bei 1/2" Dicke) einer Gipsplatte ist.
Die halbseitig mit einem Entschäumungsmittel versehenen verschiedenen Papiere wurden mit Hercules Defoamer 344 bzw. Foamburst 316 beschichtet. Jedes Entschäumungsmittel wurde mit Wasser zu einer 10 %-igen Lösung verdünnt. Das Entschäumungsmittel Hercules 344 wurde auch in Form einer 5 %-igen Lösung getestet und das Entschäumungsmittel Foamburst 316 wurde auch als 20 %-ige Lösung getestet. Die 31,9 cm χ 34,3 cm großen Hälften der Bögen wurden mit 8 g der Lösung beschichtet oder in einem Verhältnis von 6,7 g Lösung pro 0,09 m2 (6,7 g/1 sq.ft.). Das entspricht einem Verhältnis von 0,685 kg Entschäumungsmittel pro 100 m2 Papier (1,4 lbs./M sq.ft.) bei einer 10 %-igen Lösung, 0,342 kg Entschäumungsmittel pro 100 m2 Papier (0,7 Ib./M sq.ft.) bei einer 5 %-igen Lösung und 1,37 kg Entschäumungsmittel pro 100 m2 Papier (2,8 lbs./M sq.ft.) bei einer 20 %-igen Lösung.
Nach Herstellung einer jeden 30,5 cm χ 30,5 cm Testplatte wurde diese in zwei Hälften zerschnitten entlang der Maschinenrichtung des Papiers. Ein 15,25 cm χ 30,5 cm (6" χ 12") großes Stück wurde 2 Stunden bei 32°C (900F) einer relativen Luftfeuchtigkeit von 90 % ausgesetzt und das andere 15,2 cm χ 30,5 cm große Teil wurde 20 Stunden bei 320C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 90 % gehalten. Im Anschluß an die Befeuchtung wurde jedes Teil zur Hälfte auf jeder Seite aufgeschlitzt quer zur Maschinenrichtung, und zwar 10,2 cm (4") von einem Ende auf einer Seite und 10,2 cm (4") vom anderen Ende auf der anderen Seite. Der Kern wurde dann an jeder Schnittstelle völlig durchbrochen und die Endabschnitte des Kerns wurden von dem an die Schnittstelle angrenzenden Papier abgezogen, und zwar derart, daß das Papier entweder sich sauber vom Kern abschälte oder sich zwischen Papierschichten aufblätterte. Sauberes Abheben zeigt eine schlechte Kern-Papier-Bindung an. Der prozentuale Bereich, in welchem ein sauberes Abschälen auftrat, wurde gemessen.
Von den beiden Hälften der Kontrollprobe zeigte die Hälfte in dom 2-stündigeri Test eine Spur sauberen Abhebens auf einer Seite und kein sauberes Abheben auf der anderen Seite.- Die Hälfte, " die dem 20-stündigen Test unterlag, zeigte auf keiner der beiden Seiten ein sauberes Abheben.
Die Untersuchungsergebnisse der Testproben, welche auf der einen Seite des Papiers mit einem Entschäumungsmittel beschich- · tet und auf der anderen Seite unbehandelt waren, sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt:
Entschäumungsmittel Lösungsstärke
Prozentuales sauberes Ablösen
Hercules 344 5 %
10 %
Foamburst 316
10 %
20 %
2-stündiger
Test
Behandelte Seite Unbehandelte Seite
0
100
0 100
O-Spuren 100
ioo
20-stündiger Behandelte Seite Test
unbehandelte Seite
0
100
0 "100
0-1 100
0 100
Der prozentuale Anteil des sauberen Ablösens auf der behandelten Seite war bei allen Testproben gering genug, um für den kommerziellen Gebrauch verwendbar zu sein.
Nach der'Verwendung von Foamburst 316 in einer 10 %-igen Lösung, schien die Verwendung von mehr Entschäumungsmittel zu einer verbesserten Qualität zu führen. Es wurde die Verwendung einer 20 %-igen Lösung getestet und es zeigte sich keine Verbesserung. Nach der Verwendung von Hercules 344 in Form einer 10 %-igen Lösung, schien weniger Entschäumungsmittel zufriedenstellend zu sein. Es wurde die Anwendung einer 5 %-igen Lösung versucht. Die Ergebnisse zeigen, daß selbst eine Lösung mit einem geringeren Anteil für die erfindungsgemäße Anwendung geeignet ist.
Es wurde ebenso festgestellt, daß erfindungsgemäß eine Kern-Zusammen Setzung ohne die Verwendung von Additiva, wie Stärke, zur Unterstützung der Papier-Kern-Bindungseigenschaften verwendet werden kann. Die Verringerung oder der völlige Verzicht auf Stärke-Additiva führt zu einer großen Kostenersparnis bei der Herstellung von Gipsplatten. Jedoch werden nicht lediglich die Kosten für die Stärke verringert oder vermieden, sondern die Platten können darüber hinaus mit weniger Stärke oder in Ab-
Wesenheit von Stärke leichter getrocknet werden. Dadurch werden bedeutende Mengen an Heizstoff eingespart oder es werden schnellere Produktionsabläufe ermöglicht.
Darüber hinaus wird erfindungsgemäß eine Platte zur Verfügung gestellt, welche eine verbesserte Feuerbeständigkeit aufweist.

Claims (10)

3127702 Paten tansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Gipskartonplatten aus einer wäßrigen Aufschlämmung von härtbarem Gips, die eine wesentliche Menge Schaum enthält und zu einer Platte geformt wird, die auf mindestens einer Oberfläche eine Karton-Deckschicht, trägt,
dadurch. gekennzeichnet, daß eine dünne Schicht einer relativ ungeschäumten wäßrigen Aufschlämmung von härtbarem Gips an der Grenzfläche der geschäumten Gips-Aufschlämmung und der Papier-Deckschicht angeordnet wird. - . .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ungeschäumte dünne Schicht durch Entfernung des Schaums von einer Oberflächenschicht der geschäumten wäßrigen Aufschläm- I mung gebildet wird. j'
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ι Schaum durch die Anwesenheit eines Entschäumungsmittels an der geschäumten Aufschlämmungs-Karton-Grenzschicht entfernt
wird. ;
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Entschäumungsmittel vor der Bildung der Gipsplatte auf die Oberfläche des Kartons aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Entschäumungsmittel als ein Gemisch aus einem kleineren Anteil an Entschäumungsmittel in einem größeren Anteil Wasser auf die Kartonoberfläche aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Entschäumungsmittel auf die Kartonoberfläche in einem Verhältnis von etwa 1 kg pro 205 m2 Karton aufgebracht wird.
Gipskartonplatte mit einem Gipskern und mindestens einer durch die Härtungsreaktionscharakteristika von Gipskristallen daran gebundenen Kartonschicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Gipskern (12) im allgemeinen durch sein gesamtes Volumen eine große Vielzahl kleiner Schaumzellen enthält und eine dünne Schicht aus gehärtetem Gips, die eine wesentlich höhere Dichte als der Gipskern (12) aufweist, an der Gipskern-Karton-Grenzschicht (20) enthält, wobei eine größere Anzahl Gipskristalle (24) durch ihre Bildung während des Kontaktes mit dem Karton (14) mit diesem in dessen Zwischenräumen (26) verfilzt angeordnet ist.
8. Gipskartonplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stärkegehalt des Gipskern (12) höchstens bei etwa 1 kg pro 100 m2 der Platte bei einer Stärke von etwa 1,3 cm liegt.
9. Gipskartonplatte nach mindestens einem der Ansprüche 7 und
8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gipskern (12) keine Stärke enthält.
10. Gipskartonplatte nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß der Karton (14) eine Beschichtung mit einem Entschäumungsmittel aufweist, welche an der Oberfläche an der Gipskern-Karton-Grenzschicht (20.) angeordnet ist.
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