DE4433864A1

DE4433864A1 - Verfahren zur wasserabweisenden Imprägnierung von Gips

Info

Publication number: DE4433864A1
Application number: DE19944433864
Authority: DE
Inventors: Dieter Gerhardinger; Hans Dipl Chem Dr Mayer; Johannes Mittermeier
Original assignee: Wacker Chemie AG
Current assignee: Wacker Chemie AG
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 1995-02-16

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur wasserabweisenden Imprägnierung von Gips durch Behandlung mit Si-gebundene Wasserstoffatome enthaltendem Organosiloxan und Alkalisili kat.

Es ist aus US-A-3,455,710 bekannt, daß Gips durch Imprägnie ren mit Si-gebundene Wasserstoffatome enthaltenden Organosi loxanen (H-Siloxane) wasserabweisende Eigenschaften verlie hen werden können. Dort ist auch die Imprägnierung von Mi schungen aus Gips und Calciumhydroxid mit H-Siloxanen be schrieben. Calciumhydroxid verbessert die wasserabweisende Wirkung der H-Siloxane. Calciumhydroxid ist jedoch schlecht wasserlöslich und kann deshalb nur in unerwünscht großen Wassermengen oder als schlecht dosierbare Aufschlämmung ein gesetzt werden.

Die wasserabweisende Wirkung von H-Siloxanen kann auch durch Zusatz von Siliconaten verbessert werden. Jedoch werden gro ße Mengen der relativ teuren Siliconate benötigt.

Bei der Serienproduktion von Gipsformkörpern, wie Gipswand bauplatten und Gipskartonplatten wird üblicherweise durch Vermischen von Gips mit Wasser, Hydrophobierungsmittel und anderen Zusatzstoffen ein Gipsbrei hergestellt, der an schließend getrocknet wird. Hohe Trocknungstemperaturen ver kürzen die Durchlaufzeiten in kontinuierlichen Fertigungs straßen. Jedoch zeigen bei 90°C getrocknete Gipsformkörper im Vergleich zu weniger heiß getrockneten Gipsformkörpern eine sprunghaft ansteigende Wasseraufnahme auf. Die Hydro phobierung mit H-Silanen ist bei derartigen Gipsformkörpern kaum noch wirksam. Auch H-Silane und Calciumhydroxid ent haltende Gipsformkörper zeigen eine erhöhte Wasseraufnahme, wenn sie bei 90°C getrocknet worden sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur wasserabweisenden Imprägnierung von Gips be reitzustellen, das vorstehende Nachteile nicht aufweist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur wasserabweisenden Imprägnierung von Gips, umfassend die Behandlung des Gipses mit

A) Si-gebundene Wasserstoffatome enthaltendem Organosilo xan, dadurch gekennzeichnet, daß der Gips zusätzlich mit
B) Alkalisilikat behandelt wird.

Die wasserabweisende Wirkung der H-Siloxane wird durch Zusatz von Alkalisilikat erheblich verbessert. Insbe sondere ist die wasserabweisende Wirkung bei mit hohen Trocknungstemperaturen behandelten Gipsformkörpern gut.

Die erfindungsgemäße Imprägnierung kann mit einem H-Siloxan oder einem Gemisch mehrerer H-Siloxane erfolgen. Die H-Si loxane können beispielsweise Öle oder Harze sein. Besonders geeignet sind die H-Siloxane aus Einheiten der allgemeinen Formel 1,

in der R¹ gleiche oder verschiedene einwertige, gegebenen falls halogensubstituierte C₁-C₁₅-Kohlenwasserstoff- oder Kohlenwasserstoffoxyreste oder Hydroxylgruppen, a 0, 1, 2 oder 3, durchschnittlich 0,01 bis 1,2, insbesondere 0,1 bis 1 und b 0, 1, 2 oder 3, durchschnittlich 1,0 bis 2,0, insbe sondere 1,4 bis 1,8 bedeutet, mit der Maßgabe, daß pro Mole kül mindestens ein Si-gebundenes Wasserstoffatom vorhanden ist.

Beispiele für die C₁-C₁₅-Kohlenwasserstoffreste sind Alkyl reste, wie der Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, iso-Propyl-, n- Butyl-, iso-Butyl-, tert.-Butyl-, n-Pentyl-, iso-Pentyl-, neo-Pentyl-, tert.-Pentylrest; Hexylreste, wie der n-Hexyl rest; Heptylreste, wie der n-Heptylrest; Octylreste, wie der n-Octylrest und iso-Octylreste, wie der 2,2,4-Trimethylpen tylrest; Nonylreste, wie der n-Nonylrest; Decylreste, wie der n-Decylrest; Dodecylreste, wie der n-Dodecylrest; Alke nylreste, wie der Vinyl- und der Allylrest; Cycloalkylreste, wie Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, Cycloheptylreste und Methyl cyclohexylreste; Arylreste, wie der Phenyl-, Naphthyl-, Anthryl- und Phenanthrylrest; Alkarylreste, wie o-, m-, p- Tolylreste; Xylylreste und Ethylphenylreste; Aralkylreste, wie der Benzylrest, der alpha- und der β-Phenylethylrest.

Beispiele für halogensubstituierte C₁-C₁₅-Kohlenwasserstoff reste sind mit Fluor-, Chlor-, Brom- und Jodatomen substi tuierte Alkylreste, wie der 3,3,3-Trifluor-n-propylrest, der 2,2,2,2′,2′,2′-Hexafluorisopropylrest, der Heptafluoriso propylrest, und Halogenarylreste, wie der o-, m- und p- Chlorphenylrest.

Besonders bevorzugt sind die nicht substituierten C₁-C₆-Al kylreste, insbesondere der Methylrest und der Phenylrest.

Beispiele für die C₁-C₁₅-Kohlenwasserstoffoxyreste sind die vorstehenden C₁-C₁₅-Kohlenwasserstoffreste, die über ein zweiwertiges Sauerstoffatom an das Siliciumatom gebunden sind. Vorzugsweise sind höchstens 5%, insbesondere keine der Reste R¹, Kohlenwasserstoffoxyreste oder Hydroxylgrup pen.

Vorzugsweise weisen die H-Siloxane eine Viskosität von höch stens 300 mm²/s, insbesondere von 5 bis 100 mm²/s, bei 25°C auf. Lineare H-Siloxane sind bevorzugt. Der Wasserstoffge halt beträgt vorzugsweise 0,05 bis 5,0 Gew.-%.

Die H-Siloxane können mit oder ohne organisches Lösungsmit tel eingesetzt werden. Vorzugsweise werden die H-Siloxane zusammen mit Tensiden als wäßrige Emulsion oder wäßriger Schaum verwendet.

Vorzugsweise werden, bezogen auf 100 Gewichtsteile Gips, 0,1 bis 5, insbesondere 0,2 bis 2 Gewichtsteile H-Siloxan einge setzt.

Als Alkalisilikat werden vorzugsweise die als Wasserglas be zeichneten Natrium- und Kaliumsalze der Kieselsäuren einge setzt.

Die Alkalisilikate weisen vorzugsweise ein molares Verhält nis SiO₂ : M₂O von 8,0 bis 0,5, insbesondere von 5,0 bis 1,5 auf, wobei M ein Alkalimetallion bedeutet.

Vorzugsweise werden, bezogen auf 100 Gewichtsteile Gips, 0,05 bis 5, insbesondere 0,1 bis 2 Gewichtsteile Alkalisili kat eingesetzt.

Unter den Gipsarten ist Plaster (CaSO₄·H₂O) in Form von bei spielsweise Baugips, Stuckgips oder Isoliergips bevorzugt. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich jedoch auch zur Imprägnierung von anderen Gipsarten, wie Estrichgips, Mar morgips und Anhydrit. Gut geeignet ist auch das bei der Rauchgasentschwefelung anfallende Calciumsulfat.

Der Gips kann Zusätze enthalten, die die Herstellung von Gipsformkörpern erleichtern oder die Eigenschaften der Gips formkörper verbessern. Zusätze sind beispielsweise Erdalka lioxide oder Erdalkalihydroxide, Füllstoffe, wie Silicium dioxid und Cellulosefasern, Beschleuniger, wie Kaliumsulfat und Aluminiumsulfat, Verzögerer, wie Eiweiße oder Weinsäure salze, Plastifizierungsmittel für den Gipsbrei, wie Lignin sulfonate und Haftvermittler für Karton, wie Stärke.

Die Imprägnierung des Gipses kann in Masse erfolgen, d. h. H- Siloxan und Alkalisilikat werden in den Gipsbrei vor dem Formen von Formkörpern, gegebenenfalls mit anderen Zusatz stoffen eingearbeitet. Die Alkalisilikate sind gut wasser löslich und können deshalb bei der Imprägnierung in Masse dem trockenen Gips oder dem Gipsbrei als Pulver oder vor zugsweise als wäßrige Lösung zugegeben werden. Bei der Im prägnierung in Masse wird als Gips vorzugsweise CaSO₄·1/2 H₂O eingesetzt.

Beim Abbindeprozeß des mit H-Siloxanemulsion und Kaliumsili katlösung versetzten Gipses wird Wasser wieder ausge schwitzt. Bei Formkörpern mit hinreichend großer Masse tritt dieses Wasser perlenförmig an der Oberfläche aus. Weder die mechanischen Eigenschaften der Formkörper, noch die Abbinde zeit werden wesentlich beeinflußt. Die austretende Wasser menge beträgt etwa 5 bis 20 Gewichtsprozent des eingesetzten Wassers. Dieses Wasser kann mechanisch entfernt und vorzugs weise dem Anmachwasser weiterer Ansätze zugeführt werden, da es noch H-Siloxan, andere Organosiloxane, Alkalisilikat und gegebenenfalls andere Zusatzstoffe enthalten kann.

Das ausgeschwitzte Wasser ist Teil des überflüssigen Wassers in den Formkörpern, welches üblicherweise durch Trocknen entfernt wird. Das mechanisch entfernbare Wasser muß nicht durch Wärmebehandlung getrocknet werden. Dies führt zu einer deutlichen Energieeinsparung.

Die Imprägnierung des Gipses kann aber auch nach dem Formen, nach dem Abbinden oder erst nach dem Trocknen der Formkörper erfolgen. Die Imprägnierung kann beispielsweise durch Tau chen, Sprühen oder Bestreichen aufgebracht werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren beträgt das Gewichtsver hältnis von H-Siloxan zu Alkalisilikat vorzugsweise 20 : 1 bis 1:5, 6:1 bis 1:1.

In den nachfolgenden Beispielen sind, falls jeweils nicht anders angegeben,

a) alle Mengenangaben auf das Gewicht bezogen;
b) alle Drücke 0,10 MPa (abs.);
c) alle Temperaturen 25°C.

Beispiele Beispiel 1 a) Herstellung der Probekörper

Aus 100 Gewichtsteilen Naturgips (CaSO₄·1/2 H₂O), 80 Ge wichtsteilen Wasser und gegebenenfalls weiteren Gewichtstei len Zusatz wurde ein Gipsbrei hergestellt und in kreisförmi ge Formen zu Probekörpern mit einem Durchmesser von 85 mm und 6 mm Höhe gegossen. Nach 30 Minuten wurden die erstarr ten Probekörper entschalt und 5 Stunden bei den in Tabelle I angegebenen Temperaturen in einem Umlufttrockenschrank ge trocknet.

Als Zusatz wurden eingesetzt:
H-Siloxanemulsion: Emulsion von 50 Gewichtsteilen eines Tri methylsilyl-endblockierten Polymethylhydrogensiloxan-ge mischs der Formel (CH₃)₃SiO[SiH(CH₃)O]_xSi(CH₃)₃ mit x = 45 bis 90 und 2,5 Gewichtsteilen eines Polyvinylalkohols als Emulgator in 47,5 Gewichtsteilen Wasser.

Kaliumsilikatlösung:
Lösung von 28 Gewichtsteilen eines Kaliumsilikats mit einem molaren Verhältnis SiO₂ : K₂O von 3,8 in 72 Gewichtsteilen Wasser.

Calciumhydroxid als Pulver b) Wasseraufnahme analog DIN 18180

Die Probekörper wurden in horizontaler Lage in Wasser von 23°C so eingetaucht, daß 50 mm Wassersäule über der Proben oberfläche stand. Nach zweistündiger Wasserlagerung wurden die Probekörper aus dem Wasser genommen, das oberflächlich anhaftende Wasser wurde entfernt und die Massenzunahme durch Verwiegen bestimmt. Die Wasseraufnahme als Massenanteil in % ist in Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Die Wasseraufnahme der mit H-Siloxanemulsion und Kaliumsili katlösung hergestellten Probekörper ist auch nach einer Trocknung bei 90°C sehr gering.

Beispiel 2 a) Herstellung der Probekörper

Aus 100 Gewichtsteilen Naturgips (CaSO₄·1/2 H₂O), 80 Ge wichtsteilen Wasser und gegebenenfalls weiteren Gewichtstei len Zusatz wurde ein Gipsbrei hergestellt und in Formen zu quaderförmigen Probekörpern mit den Maßen 40 mm×40 mm×160 mm gegossen. Nach 30 Minuten wurden die erstarrten Pro bekörper entschalt. Zusätze und Abbindeverhalten der Probe körper sind in Tabelle II angegeben. Die Zusätze sind in Beispiel 1 beschrieben.

Beim Abbindeprozeß des mit H-Siloxanemulsion und Kaliumsili katlösung versetzten Gipses wurde Wasser wieder ausge schwitzt. Dieses Wasser trat perlenförmig an der Oberfläche aus.

Die Probekörper wurden 100 Stunden bei 40°C in einem Umluft trockenschrank getrocknet.

b) Wasseraufnahme analog DIN 18180

Die Probekörper wurden wie in Beispiel 1 in Wasser gelagert und von oberflächlich anhaftendem Wasser befreit. Die Was seraufnahme als Massenanteil in % ist in Tabelle II angege ben.

Tabelle II

Claims

1. Verfahren zur wasserabweisenden Imprägnierung von Gips, umfassend die Behandlung des Gipses mit

A) Si-gebundene Wasserstoffatome enthaltendem Organosi loxan (H-Siloxan), dadurch gekennzeichnet, daß der Gips zusätzlich mit
B) Alkalisilikat behandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die H-Siloxane aus Einheiten der allgemeinen Formel 1, aufgebaut sind, in der
R¹ gleiche oder verschiedene einwertige, gegebenenfalls ha logensubstituierte C₁-C₁₅-Kohlenwasserstoff- oder Koh lenwasserstoffoxyreste oder Hydroxylgruppen,
a 0, 1, 2 oder 3, durchschnittlich 0,01 bis 1,2, insbeson dere 0,1 bis 1 und
b 0, 1, 2 oder 3, durchschnittlich 1,0 bis 2,0, insbeson dere 1,4 bis 1,8 bedeutet, mit der Maßgabe, daß pro Mo lekül mindestens ein Si-gebundenes Wasserstoffatom vor handen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Alkalisili kat Natrium- und Kaliumsalze der Kieselsäuren eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, wobei, bezogen auf 100 Gewichtsteile Gips, 0,1 bis 5 Gewichtsteile H-Siloxan eingesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei, bezogen auf 100 Gewichtsteile Gips, 0,05 bis 5 Gewichtsteile Alkalisili kat eingesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei H-Siloxan und Al kalisilikat in den Gipsbrei vor dem Formen von Formkör pern eingearbeitet werden.