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HINWEISE AUF
RELEVANTE ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung beansprucht den Nutzen aus der Vorläufigen U.S. Patentanmeldung,
Ser. Nr. 60/417,620, welche am 10. Oktober 2002 eingereicht wurde.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Additiv, um die Wasserbeständigkeit
von Gipskartonplatten, wie sie beispielsweise in Industrie, Kommerz
und Wohnbau zur Anwendung gelangen, wo Wasser bzw. feuchte Bedingungen
zugegen sind, zu verbessern. Das Additiv ist ein pflanzliches Wachs,
das aus Triglyceriden besteht. Das Additiv kann entweder in eine
Emulsion oder in eine Dispersion umgewandelt werden, oder kann auch
alternative auch als festes Pulver dem Gips während der Herstellung von Gipskartonplatten
hinzugefügt
werden. Die vorliegende Erfindung wird als Additiv in Stoffen, welche
Gips enthalten, entweder alleine oder als Teil einer Zusammensetzung
eingesetzt, um die Wasserbeständigkeit
von Gips zu erhöhen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Methode zur
Herstellung von Gipsplatte (auch als trockene Futtermauer bekannt),
welche aus einem Kernstück
aus Gips besteht, das von porösen Schichten
wie beispielsweise Pappe bedeckt ist, welche beidseitig an den Gipskern
angeleimt sind. Im besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf eine Methode zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit der Gipskartonplatten
durch die Verwendung von pflanzlichem Triglycerid Wachs, welches
angewendet werden kann, nachdem das Wachs in eine auf Wasser basierende
Emulsion oder Dispersion umgewandelt wurde, oder alternativ durch
seine Anwendung als trockenes Pulver, welches während des Herstellungs prozesses dem
Gips hinzugefügt
wird. Feuchtigkeitsbeständige
Gipsplatten finden verschiedenartige Anwendungsmöglichkeiten in Industrie, Kommerz
und Wohnbau, wo feuchte Bedingungen vorherrschen, wie zum Beispiel
in Badezimmern, Küchen,
Waschküchen,
Nutzungs- oder Kellerräumen. Feuchtigkeitsbeständige Gipsplatten werden
allgemein in
Umständen
angewendet, in denen Keramikfliesen über die Gipsplatten gelegt
werden. Das Vorhandensein von feuchtigkeitsbeständigen Gipsplatten mag eventuell
auch ein Mittel zur Reduzierung von Organismen auf der Oberfläche der
Gipsplatten sein, da viele dieser Organismen, wie beispielsweise
Schimmelpilz, nur geringfügige
Wassermengen für
ihr Wachstum benötigen.
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Gipsplatten,
welche aus einem Kernstück
aus Gips, das sich zwischen zwei Pappschichten befindet, bestehen,
werden schon seit langem als Strukturelemente in der Herstellung
von Gebäuden
verwendet. Die Platten sind an Stützelemente angeschlossen und
werden verwendet, um Unterteilungen oder Wände von Räumen, Liftschachten, Stiegenhäusern bzw.
Decken zu formen. Eine spezielle Anwendungsweise für Gipsplatten
sowie für
andere Arten von Bauplatten besteht in ihrer Verwendung in Badezimmern,
wo üblicherweise hohe
Feuchtigkeit sowie Wasserrückstände, welche
durch den Fluss von Wasser in Duschen, Badewannen bzw. Waschbecken
verursacht werden, zugegen sind.
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Gipsplatten
werden in allgemeinen hergestellt, indem ein Gipsschlamm zwischen
faserigen Zwischenlagen positioniert wird, wobei Druck auf das aus
Gips/Zwischenlagen bestehende Sandwich angewendet wird, um eine
bestimmte Dicke zu erzielen, wonach man das Produkt setzen und hart
werden läßt, um es
dann auf Platten von spezifischer Länge und Breite zuzuschneiden,
worauf das Produkt getrocknet wird, um die überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen.
Je nach den Eigenschaften, die vom Endprodukt erwartet werden, werden
gemeinhin andere Zusatzstoffe dem Schlamm beigemischt bevor dieser
zwischen den faserigen Zwischenlagen positioniert wird.
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Gewöhnliche
Gipsbauplatten, Gipsfliesen, Gipsblock bzw. Gipsabdrücke haben
relative geringe Wasserbeständigkeit.
Wenn beispielsweise eine gewöhnliche
Gipsbauplatte in Wasser getaucht wird, absorbiert sie schnell eine
beträchtliche
Menge Wasser und verliert einen Großteil ihrer Festigkeit.
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In
der Vergangenheit wurden mehrfache Anstrengungen unternommen, um
die Wasserbeständigkeit von
Gipsprodukten zu verbessern. Eine Überprüfung des Standes der Technik
zeigt, dass es zwei wesentliche Gruppen von Additiven gibt, welche
den Gipspräparaten
beigefügt
bzw mit denselben vermischt werden können, um sie, je nach der von
den verschiedenen Erfindern angewendeten Terminologie, wasserbeständig oder wasserabweisend
oder wasserdicht zu machen.
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Diese
Anstrengungen bestanden u.a. im Beimischen von wasserbeständigem Material,
wie beispielsweise metallischen Seifen, Bitumen, Wachsarten, Harzen
usw. zu dem Gipsschlamm (i.e. Kalziumsulfat Halbhydrat) während des
Herstellungsvorgangs. Die Anstrengungen umfaßten auch den Versuch, das
fertige Gipsprodukt mit wasserbeständigen Filmen oder Beschichtungen
zu überziehen.
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Eine
der Klassen sind Emulsionen, die allgemein aus einem Wachs bestehen,
das mit anderen Mitteln emulsifiziert wurde, wie beschrieben in
U.S. Patent Nr. 6,585,820B2 (Wantling et al., eine oder mehrere Wachsarten,
primär
ein Hartparaffin); U.S. Patent Nr. 6,010,596 (Song, Paraffine und
Montanwachs); U.S. Patent 5,695,553 (Claret et al., Paraffine und
Montanwachs); U.S. Patent Nr. 5,437,722 (Paraffinwachs-Bitumen); U.S.
Patent Nr. 5,397,631 (Green et al., Wachs-Bitumen); U.S. Patent
Nr. 5,120,355 (Imai, Paraffin-Wachs); U.S. Patent Nr. 4,140,536
(Maier et al,) und die veröffentliche
Patentanmeldung 2003/0131763A1 (Wantling et al.) Die Wachsarten
sind allgemein auf Petroleum basiert, wie beispielsweise Paraffine,
mikrokristallinische Wachsarten, Montanwachs, oder Wachs-Bitumen
oder Wachs-Pech Mischungen.
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Die
andere, sehr generelle Klasse sind „andere Stoffe", die von Schwefel über Kalzium
Stearat, Polyurethane, Siloxine und Silikone mit hohem Molekulargewicht,
Alkyl Silikonate, oder Polyvinyl Verbindungen, die den Gipspräparaten
entweder beigemischt werden bzw. auf dieselben aufgetragen werden
können,
reichen. Eine Referenz (U.S. Patent Nr. 3,009,820 bis Gould) mit
einem Anspruch auf eine Fettsäure
Mischung als ein Mittel zur Wasserdichtung definierte nicht die
in dem Tallöl
vorhandenen Fettsäuren,
das als Mittel zur Wasserdichtung verwendet wird.
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In
U.S. Patent Nr. 6,585,820 B2 offenbaren Wantling et al. wasserdichte
Gipsmischungen, welche eine Emulsion umfassen, die aus einer Mehrzahl
von Wachsarten, zumindest einem verseiften Wachs, einer komplexen
Stärke,
einem polymerisierten Alkyl Phenol, und einem Co-Tensid, oder einer
Emulsion bestehend aus einem einzelnen Wachs, einem doppelten Tensid-System,
und einem polymerisierten Alkyl Phenol, besteht. Die Wachse besitzen
Schmelzpunkte von zwischen 49-66
Grad C (120-150 Grad F) und sind mindestens C36 oder größer. Das
in diesen Emulsionen hauptsächlich
verwendete Wachs ist hartes Paraffinwachs.
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Sethuraman
et al. (U.S. Patent Nr. 6,525,116 B2) offenbart Gipszusammensetzungen
mit einem ionischen Styren Butadiene Latex-Zusatz, um das Gewicht
der Gipsplatten zu verringern.
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U.S.
Patent Nr. 6,010,396 (Song) offenbart eine wässrige Wachsemulsion einschließlich eines
kationischen Tensids, welches, wenn einem Schlamm aus Gips oder
aus Gips und Holzfasern, beigemischt, Produkte mit erhöhter Wasserbeständigkeit
ergibt. Das bevorzugte Wachs für
diese Emulsionen ist eines von mehreren Paraffinen, alle mit Schmelzpunkten
von zwischen 40-80 Grad C, oder Montanwachs?.
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In
U.S. Patent Nr. 5,702,828 offenbaren Adler et al. einen Vorgang,
um Gipsmaterialien wasserdicht zu machen, welcher daraus besteht,
dass man ein Gemisch von Vinyl Acetat Co-polymeren mit Ethylen und/oder
Vinyl Estern von C5-C15-Monocarbonsäuren, Styrene
Co-polymeren mit akrylischen Estern von Alkohol mit 1-18 Kohlenstoff
Atomen, Vinyl Chlorid Co-polymeren mit Ethylen und/oder Vinyl Ester
von C?2-C15 Monocarbonsäuren, und ein oder mehrere
thixotrope Additive zur Gipsbasis hinzufügt. Das Additiv wird dem getrockneten
Gips hinzugefügt,
und das für
die weitere Verarbeitung notwendige Wasser wird vor der Verarbeitung
an der Baustelle hinzugefügt.
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Claret
et al. offenbart (U.S. Patent Nr. 5,695,553) auf Wachs basierte
Emulsionen für
die Behandlung von Gipsprodukten, um dieselben wasserbeständig zu
machen. Die Emulsion enthält
Paraffinwachs und Montanwachs in einer wässrigen Emulsion, welche hinzugefügt wird,
um einen Gipsbauplattenkern zu erzeugen, der wasserbeständig ist.
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Stav
et al. (U.S. Patent Nr. 5,685,903) offenbart die Verwendung von
Puzzolan Aggregat wie beispielsweise Bimsstein, der den Gipspräparaten
beigemischt wird, um dieselben wasserbeständig zu machen und welche keine
Ofentrocknung erfordern. Eine Vielfalt von Baumaterialien kann hergestellt
werden, wie beispielsweise Unterlagen für Fußböden, Verstärkungsplatten, selbst-horizontierende
Fußbodenmaterialien
und Materialen für
Straßenreparaturen.
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In
U.S. Patent Nr. 5,437,722 offenbart Borenstein Zusammensetzungen
einschließlich
von einer wässrigen
Emulsion, die einen paraffinischen Kohlenwasserstoff mit einem Schmelzpunkt
von zwischen 40-80 Grad C, Montanwachs und einen Polyvinylalkohol
enthält,
um die Gipszusammensetzungen wasserbeständig zu machen. Borenstein
diskutiert die mit Wachs-Bitumen-Emulsionen kartonenen Schwierigkeiten,
wie beispielsweise ihre Tendenz, sich während der Lagerung abzusondern,
die mit der erneuten Emulsifizierung der abgesonderten Emulsionen
verbundenen Probleme, die schwarzen Flecken, die auf dem fertigen
Produkt erscheinen, sowie die ungleichmäßigen Resultate betreffend
die Imprägnierung
von Gipsprodukten.
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U.S.
Patent Nr. 5,397,631 (Green et al.) offenbart die Verwendung von
einer Wachs-Bitumen Emulsion in Kombination mit einem Polyvinylalkohol
als Additiv, um einen Gipsplattenkern wasserbeständig zu machen. Nachdem der
Gipskern geformt ist, wird er mit einem Harz beschichtet, das vorzugsweise
in zwei oder mehreren Schichten aufgetragen wird.
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Beshay
(U.S. Patent Nr. 5,264,028) offenbart eine Modifizierung von Wachsen
mit einem Haftvermittler, der aus einer Gruppe bestehend aus Zirkonaten,
Titanaten, Aluminium-Zirkonaten,
Silanen und Isocyanaten, durch einen Graft Vorgang mit freien Radikalen
gewählt
wurde, welche als Oberflächenbeschichtung
verwendet werden kann, um eine Reihe von Produkten einschließlich von
Gipsbauplatten, wasserbeständig
zu machen. Unter der Vielfalt von Wachsarten, die von potenziellem
Nutzen für
diese Erfindung sind, befinden sich Karnauba, Zuckerrohr, Paraffine
sowie mikrokristalline Wachse.
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In
U.S. Patent 120,355 offenbart Imai eine wässrige Emulsion bestehend aus
einem Wachs mit einem Schmelzpunkt von zwischen 50-90 Grad C, vorzugsweise
zwischen 50-85 Grad C, einem Kohlenwasserstoffharz, einem basischen
Metallsalz eines Kondensationsproduktes von Beta-Naphtalin Sulfosäure mit
Formalin und einem basischen Salz von Polyacrylsäure. Paraffinwachs ist das
einzige in den Beispielen verwendete Wachs.
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Sellers
et al. (U.S. Patent Nr. 5,135,805) offenbart eine Methode für die Herstellung
einer wasserbeständigen
Gipszusammensetzung durch das Hinzufügen von einem Polysiloxan (DOWN
CORNING 1107 FLÜSSIGKEIT,
ein der Gipsklasse angehörendes
Poly(methyl-Wasserstoff Siloxan)) zu der Gipsmischung.
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Wasserbeständige Verbundplatten
werden in U.S. Patent Nr. 5,814,411 (Merrifield et al.) geoffenbart, wobei
ein Silikon mit hohem Molkekulargewicht (zwischen 75.000-200.000) in Verbindung
mit einer Wasserstoff Silikon Flüssigkeit
verwendet wird, um Tafeln von wasserbeständigen Verbundplatten zu erzeugen.
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U.S.
Patent Nr. 5,344,490 (Rosen et al.) offenbart die Verwendung von
Polyurethan,
um Gips für
Verwendung in Bauplatten und anderen
Anwendungsmöglichkeiten
zu plastizifieren. In der Polyurethan Mischung befindet sich ebenfalls
ein Polyol wie beispielsweise Rizinusöl.
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In
U.S. Patent Nr. 5,098,943 offenbaren Tagawa et al. eine wässrige Emulsion,
die als wasserabstoßendes
Mittel für
Gips wirksam ist, bestehend aus einem Wachs mit einem Schmelzpunkt
von 40-80 Grad C, einem Styrol Maleinsäureanhydrid Copolymerisat;
einer wasserlöslichen
basischen Komponente; und einem Polyvinylalkohol mit einem Verseifungsgrad
von mindestens 85 mol.%. Das bevorzugte Wachs ist ein Paraffinwachs.
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Deleuil
(U.S. Patent Nr. 4,221,599) offenbart ein Wasserdichtungsmittel
für Kalkgips,
Gips oder Mischungen davon, bestehend aus einem grundsätzlich nicht
wasserlöslichen
metallischen Salz einer organischen Fettsäure. Das bevorzugte Mittel
ist Kalzium Stearat, das in Mengen von jeweils zwischen 0,2 bis
2% gemäß dem Gewicht
der Mischung hinzugefügt
wird. Eine Vielfalt von wasserabstoßenden Artikeln kann hergestellt
werden, beispielsweise tragende Elemente wie Wände, Verkleidungsplatten oder
Fußbodenkomponenten.
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In
U.S. Patent Nr. 4,411,702 offenbaren Makino et al. den Zusatz von
wasserabstoßender
Diorganopolysiloxan Flüssigkeit,
vorzugsweise von Dimethylpolysiloxan Flüssigkeit, mit einer kinetischen
Viskosität
von 10-10.000 CS bei 25 Grad, um Gipsplatten wasserabstoßend und
für die
Verwendung als sowohl Innen- als auch Außenbaumaterial geeignet zu
machen.
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Saito
et al. offenbaren (U.S. Patent Nr. 4,411,701) die Verwendung von
basischen Metall Alkylsilikonaten oder Phenylsilikonaten zusammen
mit Kalziumhydroxid oder Kalziumoxid, um die gegossenen Gipsprodukte
wasserabstoßend
zu machen.
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In
U.S. Patent Nr. 4,140,536 offenbaren Maier et al. die Verwendung
von einer Mischung von Pech und Wachs, wie beispielsweise ein Paraffinwachs
oder ein mikrokristallines Wachs, in einem Verhältnis von 15:1 von Pech:Wachs,
zu einem Gipsschlamm hinzugefügt,
welcher, wenn er gegossen, gesetzt und in einem Ofen getrocknet
wird, ein wasserfestes Gipsprodukt ergibt.
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Sugahara
et al. (U.S. Patent Nr 4,126,599) offenbaren die Verwendung von
einem nicht wasserlöslichen
oder kaum wasserlöslichen
Salz von einer mehrbasischen Säure,
wie beispielsweise Oxalsäuren,
Phosphorsäuren
oder Hexafluorokieselsäuren,
um den Gips wasserbeständig
zu machen. Die Gipsprodukte können
in Form von Wandmaterial, Fliesen, Deckenmaterial, Fußbodenmaterial,
Baustein, Ziegel oder Pflasterstein sein.
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In
U.S. Patent Nr. 4,094,694 offenbart Long den Zusatz von Polyvinylalkohol
und Borat zu Wachs-Bitumen Emulsionen, um die Gipsprodukte wasserbeständig zu
machen. Das in diesen Emulsionen verwendete Wachs ist ein Rohskala
Wachs oder Paraffin.
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Terada
et al. offenbaren (U.S. Patent 4,042,409) eine wasserabstoßende Gipsverbindung,
bestehend aus einem Gips, einer Paraffin Emulsion einschließlich von
einem Kohlenwasserstoff mit einem Schmelzpunkt von zwischen 40-80
Grad C, einem oxidierten Paraffin mit einem Säurewert von 10-70 in einem
Verhältnis
von jeweils 97:3 zu 50:50 nach Gewicht, in der Gegenwart einer wasserlöslichen
basischen Verbindung.
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Greve
et al. (U.S. Patent Nr. 3,935,021) offenbart eine Wachs-Bitumen
Emulsion, unter Anwendung von entweder Paraffinwachs oder mikrokristallinem
Wachs, in Verbindung mit einem Polyvinylalkohol, um Gipsplatten,
wie beispielsweise Verbundplatten, wasserbeständig zu machen. Die Gesamtmenge
an Wachs und Bitumen in der wässrigen
Emulsion beträgt
generell etwa 50 bis etwa 60 Gewicht% der wässrigen Emulsion; die Emulsion
kann direkt zu dem Gipsschlamm hinzugefügt werden.
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In
U.S. Patent Nr. 3,009,820 beschreibt Gould eine Schlicht-Zusammensetzung
für den
Gipskern von Verbundplatten, bestehend aus einer Emulsion einschließlich eines
Kohlenwasserstoff Wachses und Tallöl Pech. Das Kohlenwasserstoff
Wachs wird unter Rohskala Paraffinwachs, Rohparaffin, Petrolatum,
komplett raffiniertem Paraffinwachs oder mikrokristallinem Wachs
gewählt.
Es wird erwähnt,
dass das Tallöl
freie Fettsäuren
enthält,
die jedoch nicht weiter beschrieben werden
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In
U.S. Patent Nr. 2,804,411 offenbaren Ridell et al. die Verwendung
einer wässrigen
Emulsion, bestehend aus einem mikrokristallinen Wachs, um den Gips
wasserbeständig
zu machen.
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Haydon
(U.S. Patent Nr. 2,082,887) offenbart die Verwendung von zwischen
0,05-0,2% Fettsäure,
wie beispielsweise Öl-,
Stearin- und Ricinolsäuren
und ihren Mischungen, entweder in alkoholischen Lösungen oder
Emulsionen in nicht kalziniertem Gips als Teil einer Methode zur
Herstellung von Mauergips. Der Erfinder merkt an, dass diese Stoffe
das Material leicht wasserabstoßend
machen.
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Emerson
(U.S. Patent Nr. 1,470,260) beschreibt die Beschichtung einer Verbundplatte
mit Schwefel, um dieselbe wasserbeständig zu machen.
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Nelson
et al. (U.S. Patentanmeldung Publikation Nr.: 2003/0022000 A1) offenbaren
die Verwendung von polymerischem Diphenylmethan Diisocyanat („pMDI„) als
eine Beschichtung, um die Gipsplatten wasserbeständig zu machen.
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Ein
Beispiels eines Versuchs, Gips integral wassebeständig zu
machen durch das Hinzufügen
von wasserabstoßenden
Substanzen wird in U.S. Patent Nr. 2,198,776 (King et al.) geoffenbart,
durch die Beschreibung des Einverleibens von Paraffinwachs in den
wasserhältigen
Schlamm, indem das geschmolzene Wachs in den Gipsschlamm gesprüht wird.
Greve et al. (U.S. Patent Nr. 3,935,021) offenbaren die Verwendung der
Kombination aus einem Polyvinylalkohol und einer Wachs-Bitumen Emulsion,
um die Wasserbeständigkeit von
Gipsprodukten, wie beispielsweise Verbundplatten, zu verbessern.
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Obwohl
Verbesserungen durch die Bereitstellung von Gipskartonplatten, die
mit einem wasserbeständigen
Papier (unter Anwendung eines Mittels wie beispielsweise ein basisches
Succinanhydrid) bekleidet sind und einen wasserbeständigen Kern
besitzen, erzielt wurden, wurden derartige Verbesserungen nicht
als eine völlig
befriedigene Lösung
des Problems akzeptiert. Die Gegenwart von Feuchtigkeit verursacht
im Laufe der Zeit ein Ablösen
der Papierbekleidung der Verbundplatte. In derartigen Situationen
lösen sich
Fliesen, welche auf Verbundplatten, die auf diese Art und Weise
behandelt wurden, aufgesetzt wurden, von ihrer Unterlagsschicht
ab, da sich die Papierbekleidung ablöst und der Gipskern durch die
negative Einwirkung der Feuchtigkeit ei nen Qualitätsverlust
erleidet. Das Problem wird besonders verschlimmert durch die Einwirkung
von warmem Wasser auf einen Gipskern, der eine Wachs-Bitumen Emulsion
enthält,
eines der meistangewendeten Additiv, um Gipskerne wasserbeständig zu
machen. Während
Kerne, welche derartige Materialien enthalten, relativ gute Eigenschaften
in bezug auf ihre Wasserbeständigkeit
haben, wenn es sich um Wasser mit Raumtemperatur handelt, verschlechtern
sich diese Eigenschaften wenn die Temperatur ansteigt, wobei die
Wasserbeständigkeit
bei Wassertemperaturen von etwa 37,8 Grad C (100 Grad F) oder höher dazu
neigt, zu verschwinden.
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Erdölwachse
wie beispielsweise Paraffin und mikrokristallines Wachs werden sehr
oft entweder allein oder in Kombination mit Bitumen Emulsionen,
Montanwachs, Polyvinylalkohol Polymeren, und anderen wasserabstoßenden Materialien
verwendet, um die Wasserbeständigkeit
von Gipsplatten zu erhöhen,
wie im Stand der Technik geoffenbart. Andere Wachsarten, beispielsweise
synthetische Wachse wie Fischer Tropsch („FT„) und Polyethylen Wachse
wurden ebenfalls mit gemischten Resultaten für diesen Zweck eingesetzt.
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Bevor
der vorliegenden Erfindung mußten
Wachse, die dazu verwendet wurden, um Gipsplatten wasserbeständig zu
machen, in Emulsionen umgewandelt werden; derartige Wachse konnten
nicht auf wirtschaftliche Art und Weise in ein Pulver umgewandelt
werden. Eine Pulverform des Wachses ist wünschenswert für die Verwendung
in der Herstellung von wasserbeständigen Gipsplatten, da der
Großteil
der Komponenten, die gegenwärtig
in der Herstellung von Gips verwendet werden, als trockene Pulver
behandelt werden bevor sie am Injektionspunkt auf den Papierstoff
gemischt werden. Die ge genwärtig
zur Herstellung von wasserbeständigem
Gips verwendeten Wachsarten haben relativ niedrige Schmelzpunkte
und sind aufgrund der weiten Spanne von Molekulargewichtkomponenten
in ihrer Zusammensetzung weich. Diese Kombination von einer niedrigen
Schmelztemperatur und einer breiten Streuung von Molekulargewicht
ergibt ein Wachs, das schmelzen wird, wenn es in einer üblicherweise
verwendeten Zerkleinerungssmaschine wie beispielsweise einer Hammermühle gemahlen
wird. Kühlung
während
des Mahlvorganges, entweder durch mechanische oder kryogene Mittel,
ist möglich;
die sich daraus ergebenden wesentlichen Steigerungen der Herstellungskosten
machen diese Technik jedoch unpraktisch.
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Eine
Alternative, um ein Paraffin mit niedrigem Schmelzpunkt auf Pulverform
zu reduzieren, besteht darin, dass man das Wachs durch Hochdruck-Düsen sprüht und zerstäubt. Paraffine
mit Schmelzpunkten von unter etwa 71,2 Grad C (160 Grad F) werden
nicht gesprüht
und zerstäubt
aufgrund ihrer Tendenz, dass das Pulver „blockiert„ bzw. sich aneinander anheftet
unter normalen Lager- und Temperaturbedingungen. Paraffin mit höheren Schmelzpunkten
und andere Wachsarten mit höheren
Schmelzpunkten, die sich für
die Zerstäubung
eignen könnten,
sind zu kostpielig, um in der Herstellung von Gips verwendet zu
werden. Die Wachsarten der vorliegenden Erfindung sind einzigartig,
da sie eine relativ enge Streuung von Molekulargewichten haben und
relativ hart sind im Vergleich zu dem Paraffin mit niedrigem Schmelzpunkt,
das üblicherweise
in der Herstellung von Emulsion für Gipsanwendung verwendet wird.
Das Resultat ist, dass die aus Pflanzen gewonnen Wachsarten der
vorliegenden Erfindung auf wirtschaftliche Art und Weise entweder
mechanisch oder durch Sprüh-Zerstäubung in
Pulverform umgewandelt werden können.
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Diese
aus Pflanzen gewonnenen Wachsarten haben auch nicht die gleiche
Tendenz zu „blockieren„ wie das
Paraffin mit niedrigem Schmelzpunkt, und sind deshalb geeignet und
auch wirtschaftlich für
die Verwendung als ein Pulver in der Herstellung von wasserbeständigem Gips
und Gipsprodukten.
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Die
Wachsarten der vorliegenden Erfindungen können ebenfalls leicht in Emulsionen
oder Dispersionen umgewandelt werden, die wasserbeständigem Gips
und Gipsprodukten einverleibt werden könnnen. Das mag in Herstellungsanlagen,
wo bereits Ausrüstung
für diesen
Zweck vorhanden ist, erwünscht
sein. Die Wachsarten der vorliegenden Erfindung sind äußerst funktionsfähig und
besitzen einen Verseifungswert von ungefähr 180-mg/KOH/g (Siehe Tabellen
4-5.) Der hohe Verseifungswert gestattet eine Umwandlung des Wachses
in Emulsions- oder Dispersionsform, im Gegensatz zu Mineralölen und/oder
Bitumen-Wachs, das zuerst oftmals oxidiert wird, um das Molekül funktional
zu machen, um die Emulsifizierung oder Dispersion zu ermöglichen.
Die Tatsache, dass die Wachsarten der vorliegenden Erfindung keiner
derartigen Bearbeitung bedürfen,
macht die vorliegende Erfindung ebenfalls wirtschaftlicher als Mineralöle.
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Große Mineralölfirmen
wie Shell Oil, ExxonMobil und andere Erdölraffinerien liefern Mineralölwachse, die
in diesen Anwendungen benützt
werden. Der Großteil
dieses Wachses wird im Raffinierverfahren von Schmieröl gewonnen,
wo das Wachs von dem Grundstoff des Schmieröls getrennt und in verschiedene Wachsarten,
einschließlich
von Paraffinen und mikrokristallinen Wachsarten, raffiniert wird.
Diese Wachsarten werden gegenwärtig
in der Herstellung von Gips und Gipsplatten verwendet. Kostengünstige Wachsarten
wie Paraffin und Rohparaffin mit niedrigem Ölgehalt werden typisch in eine
auf Wasser basierende Form umgewandelt, indem sie mit einem Tensid
kombiniert werden, und das Wachs entweder emulsifiziert oder homogenisiert
wird.
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Zusätzlich zu
Wachsarten, Bitumen und Seifen, wurden verschiedene andere Zusatzstoffe
ausprobiert, um die Wasserbeständigkeit
von Gipsplatten zu erhöhen.
So zum Beispiel offenbart Englert (U.S. Patent Nr. 5,817,262) die
Herstellung von Gipsplatten mit verbesserter Wasserbeständigkeit
durch die Beimischung einer wasserhaltigen Siloxan Emulsion zu einem
wasserhaltigen Schlamm von einem Kalziumsulfat Material und Wirtpartikeln
(jede Art von makroskopischen Partikeln wie beispielsweise Fasern,
Späne oder
Flocken, von einer Substanz, die nicht Gips ist.)
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Die
vorliegende Erfindung ist ein natürliches Wachs für die Verwendung
als Additiv in der Herstellung von Gipsplatten, um dieselben wasserbeständig zu
machen. Das Produkt ist ein im Handel erhältliches Wachs mit hohen Triglyceriden,
das aus der Verarbeitung von Rohstoffen, die natürliche Öle enthalten, wie z.B. Soyabohnen,
Palmen und andere Feldfrüchte,
die ölhaltig
sind, gewonnen wird. Die Materialien werden wie folgt verarbeitet
und vertrieben: von Archer Daniels Midland (Decatur, Illinois),
unter deren designierten Produktnummer 86-197-0; von Cargill Incorporated
(Wayzata, Minnesota), unter deren designierten Produktnummer 800mrcs0000u
und von anderen Quellen unter dem nicht geschützten Namen „hydriertes
Soyabohnenöl.„ Dieses
Produkt wird von dem Zessionar der vorliegenden Erfindung, Marcus
Oil and Chemical Corp., Houston, Texas, als Marcus Nat Waxx 155
verkauft. Wachs aus Palmöl
wurde von Custom Shortenings & Oils
(Richmond, Virginia) geliefert und wurde als deren Produkt Master
Chef Stable Flake-P. designiert. Die vorliegende Erfindung zieht
ebenfalls die Verwendung von hydrierten Pflanzenöl Wachsarten in einer Kombination
mit Wachsarten, die aus anderen Quellen gewonnen werde, wie zum
Beispiel Montanwachs, oder in Kombination mit anderen wasserabstoßenden Materialien
wie beispielsweise Bitumen und Polyvinylalkohol, um die Kosten zu
reduzieren, oder synergetisch mit dem Pflanzenöl Wachs zu wirken, in Erwägung, um
Gipsprodukte und Gipsplatten wasserbeständig zu machen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eines
der Ziele der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gipsplattenprodukt
mit verbesserter Wasser- und Feuchtigkeitsbeständigkeit zu erzielen, wobei
das Produkt durch die Kombination von Gips mit einem Wachs geformt
wird, indem das Wachs in der ganzen Gipsplatte verteilt wird.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verbundplatte
mit höherer
Wasserbeständigkeit
bereitzustellen, d.h. dass die Verbundplatte ihre Festigkeit beibehält, auch
wenn sie der Einwirkung von Wasser ausgesetzt ist; und dass diese
Verbundplatte zu einem praktischen Preis hergestellt werden kann.
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Ein
zusätzliches
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine wassebeständige Verbundplatte bereitzustellen,
welche von einer erneuerbaren Quelle, anstatt von nicht erneuerbaren,
auf Mineralöl
basierten Zusammensetzungen, abgeleitet werden kann.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Mittel
bereitzustellen, um das aus Pflanzen gewonnene Wachs in eine auf
Wasser basierte Emulsion zu inkorporieren.
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Ein
zusätzliches
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Mittel bereitzustellen,
um das aus Pflanzen gewonnene Wachs als ein Pulver, das mit anderen
trockenen Ingredienzen von Verbundplatten vor der Mischung des Schlamms,
der im Herstellungsvorgang von Verbundplatten zubereitet wird, zu
inkorporieren.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine erneuerbare
Quelle von feuchtigkeitsbeständigem
Wachs, das auf wirtschaftliche Art und Weise hergestellt werden
kann, bereitzustellen.
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Die
gegenwärtigen
Erfinder haben vor kurzem demonstriert, dass Wachsarten, die aus
hydrierten Pflanzenölen,
wie beispielsweise Palmöl
oder Soyaöl,
gewonnen werden, dazu verwendet werden können, um Zellstoffmaterialien,
wie beispielsweise Kraftpapier oder Buchsbaumbrett, die wasserbeständig sind,
zu ergeben. Die Zusammensetzungen haben einen niedrigen Jodwert
(zwischen 2-5) und Schmelzpunkte von zwischen ungefähr 48,9-73,9
Grad C (120-165 Grad F) (Tropfpunkt nach Mettler). Das Wachs besteht
aus einem Triglycerid, dessen Fettsäuren vorwiegend Stearinsäure sind
(C[illegible number]) Die Zusammensetzung wird als Additiv in der
Herstellung von Kartons, die mit Wachs beschichtet sind, sowie in
adhäsiven
Zusammensetzungen, die im Zusammenhang mit Verpackung und Herstellung
von Buchsbaumbrett zur Anwendung kommen, verwendet.
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Die
gegenwärtigen
Erfinder haben ebenfalls unerwartet entdeckt, dass hoch hydrierte Öle wie Soyaöl und Palmöl, wirksam
als Ersatz für
konventionelle Mineralöl
Wachse und synthetische Wachsarten in der Herstellung von wasserbeständigen Verbundplatten
eingesetzt werden können.
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Die
Hauptziele der vorliegenden Erfindung werden durch den Zusatz von
einer aus Pflanzen gewonnenen Wachsemulsion oder von einem pulverförmigen Pflanzenwachs,
zu einem Gipspräparat,
wie beispielsweise kalziniertem Kalk (Kalziumsulfat Halbhydrat),
wobei ein Schlamm durch Beimischen von Wasser und anderen Ingredienzen,
welche z.B. Zutaten einschließen,
die traditionell bei der Herstellung von Gipsverkleidungen verwendet
werden, hergestellt wird, verwirklicht. Beispiele derartiger Ingredienzen
sind u.a. Set Beschleuniger, Verzögerer, Schaummittel, Verstärkerfasern,
Dispersionsmittel, und sind allgemein den Personen, die mit dem
Stand der Technik vertraut sind, bekannt. Der entstandene Schlamm
wird gemischt und zwischen zwei faserigen Matten, wie beispielsweise
Papier, deponiert, die hinlänglich
porös sind,
um das Wasser in dem wässrigen
Gipsschlamm, aus dem der Gipskern hergestellt wird, hierdurch evaporieren
zu lassen. Danach wird Druck auf die Matte ausgeübt, bis dieselbe die gewünschte Dicke
errreicht. Mittels Hitzeeinwirkung evaporiert das überschüssige Wasser
durch die poröse
Matte, nachdem sich der kalzinierte Kalk setzt. Während sich
der Gips hydratisiert bzw. setzt, bildet er Kalziumsulfat Dihydrat
(CaSO42H2O), ein
relativ hartes Material, und formt kristalline Strukturen, welche
Stärke
bauen und das Trocknen sowie die Herstellung einer dimensional stabilen,
wasserbeständigen
Verbundplatte gestatten. Der Kern des Gipskartonplatten Produktes
wird allgemein zumindest etwa 85 Gewicht prozent („Gw.%„) des
gesetzen Gipses ausmachen. Wie nachstehend in detaillierterer Weise
beschrieben, enthält
ein bevorzugter Gipskern ein oder mehrere Additiv, die seine Wasserbeständigkeit
verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Additiv, das aus hoch
hydriertem Pflanzenöl
(Soya, Palme und Mais) besteht, welches wachsähnliche Eigenschaften aufweist
und durch konventionelle Mittel in die Verbundplatte inkorporiert
werden kann. Die hydrierten Öle,
die verwendet werden können,
sind > 90% Triglycerid
und weisen Fettsäuren
mit einer Spanne von Kohlenstoffnummern mit C?[illegible
number] (Stearinsäure)
als die vorherrschende Komponente (> 50%) auf.
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KURZE BESCHREIBUNG
VON DIVERSEN ASPEKTEN DER ILLUSTRATION
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1 ist
ein Ablaufdiagramm, welches den Herstellungsvorgang von hydrierten Ölen illustriert.
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2 stellt
einen Vergleich zwischen der Wasserabsorption von Gips, welcher
mit einem Pflanzenwachs präpariert
ist, und Gips, der unter Verwendung von Paraffinwachs präpapiert
ist, dar.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Bezeichnung „Gips„ wird
verwendet, um Bezug zu nehmen auf sowohl Kalzimsulfat in dem stabilen Dihydrat
Zustand, i.e. CaSO42H2O,
und schließt
das natürlich
vorkommende Mineral, die synthetisch abgeleiteten Derivate, sowie
das Dihydrat Material, das durch die Hydrierung von Kalziumsul fat
Halbhydrat oder Anhydrit entsteht, ein. Darüberhinaus bezeichnet der Begriff „Gips„ auch
andere Formen von Kalziumsulfat, die während des Herstellungsprozesses
von Gipsprodukten auftreten, wie beispielsweise Kalziumsulfat Anhydrat, Kalziumsulfat
Halbhydrat, Kalziumsulfat Dihydrat bzw. Mischungen davon.
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Es
wird von denjenigen, die mit dem Stand der Technik vertraut sind,
angenommen, dass bei der Herstellung von Gipsprodukten, Gips, Kalziumsulfat
Dihydrat, bei Erhitzen auf spezifische Temperaturen, in kalzinierten
Gips, i.e. Kalziumsulfat Halbhydrat, umgewandelt wird. Es ist der
kalzinierte Gips, das Kalziumsulfat Halbhydrat, der üblicherweise
für die
Herstellung von Gipsprodukten, die von Stuckatur bis zu Gipskartonplatten
und anderen geformten Produkten reichen, verwendet wird. Es wird
des weiteren angenommen, dass durch Zugabe von Wasser zu dem Kalziumsulfat
Halbhydrat, das Kalziumsulfat rehydriert wird auf die Dihydrat Form,
und dass dieser Vorgang von einer Neuordnung der kristallinen Struktur
begleitet wird, um ein Produkt herzustellen, das in getrocknetem
Zustand eine rigide Struktur formen kann. Temperaturen von zwischen
100 Grad C und 200 Grad C werden üblicherweise angewendet, um
Kalziumsulfat Dihydrat in die Halbhydrat Form umzuwandeln, wobei
die gewählte
Temperatur und Zeitperiode oft von den spezifischen Herstellungsbedingungen
abhängen.
So kann beispielsweise eine kürzere
Wärmezeit
bei etwas höherer
Temperatur angewendet werden, um die Produktion zu beschleunigen,
oder eine längere
Zeit bei niedrigerer Temperatur, zum Beispiel, um den Qualitätsverlust
gewisser Komponenten zu minimieren.
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Im
allgemeinen beginnt der Herstellungsprozess von Gipsprodukten damit,
dass Rohgips, zumeist in Form von Steinbrocken, pulverisiert und
dann mit Wasser vermischt wird, um einen Schlamm herzustellen. Zusätzlich zu
Wasser können
jeweils eine oder mehrere Kombinationen von anderen Agentien dem
Präparat
beigemischt werden. Zu den Beispielen derartiger anderer Agentien,
die traditionell in der Herstellung von Gipsverkleidung verwendet
werden, befinden sich Set Beschleuniger, Verzögerer, Schaummittel, Verstärkungsfasern
und Dispersionsmittel, und welche nachstehend in detaillierterer
Form beschrieben werden. Diese anderen Agentien werden üblicherweise
in trockenem Zustand beigemischt, wobei jedoch Flüssigkeit
auch verwendet werden können.
Die Präparate
werden üblicherweise
nach erfolgtem Mischen bei hoher Temperatur erhitzt für spezifische
Zeitperioden, wonach der entstandene Schlamm zwischen zwei faserigen
Matten, wie beispielsweise Papier, deponiert wird, die hinlänglich porös sind,
um das Wasser in dem wässrigen
Gipsschlamm hierdurch evaporieren zu lassen. Danach wird das deponierte
Präparat
Druck ausgesetzt, um eine gewünschte Dicke
zu erreichen. Mittels Erhitzung evaporiert das überschüssige Wasser durch die poröse Matte,
nachdem sich der kalzinierte Gips setzt. Während sich der Gips hydratisiert
bzw. setzt, bildet er Kalziumsulfat Dihydrat (CaSO42H2O), ein relativ hartes Material, und formt
kristalline Strukturen, welche Stärke bauen und das Trocknen
sowie die Herstellung einer dimensional stabilen, wasserbeständigen Verbundplatte
gestatten. Der Kern des Gipskartonplatten Produktes wird allgemein
zumindest etwa 85 Gewichtprozent („GW.%„) des gesetzen Gipses ausmachen.
Wie nachstehend in detaillierterer Weise beschrieben, enthält ein bevorzugter
Gipskern ein oder mehrere Additiv, die seine Wasserbeständigkeit
verbessern.
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Natürlich vorkommende
und synthetische Wachsarten finden weite Verwendung in einer Reihe
von verschiedenen Industriezweigen, wie beispielsweise in der Herstellung
von Nahrungsmitteln, pharmazeutischen und kosmetischen Produkten,
sowie Produkten der persönlichen
Pflege. Der Begriff Wachs wird verwendet, um eine breite Klasse
von organischen Ester und Wachs Verbindungen, die eine Vielfalt
von chemischen Strukturen umspannen und eine grosse Spannweite an
Schmelztemperaturen aufweisen, zu bezeichnen. Die gleiche Verbindung
wird oft als „Wachs„, „Fett„ oder „Öl„ bezeichnet,
je nach der Umgebungstemperatur, den Kettenlängen der veresterten Fettsäuren und
deren Grad an Sättigung
bzw. Ungesättigtheit.
Es trifft im allgemeinen zu, dass je höher der Grad der Sättigung
und je länger
die Kettenlänge
der veresterten Säuren ist,
desto höher
wird der Schmelzpunkt des Triglycerids sein.
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Unabhängig von
der verwendeten Bezeichnung, wird die Wahl einer Wachsart für eine gewisse
Anwendung oft dadurch bestimmt, ob dieselbe bei der Temperatur des
Produktes, mit dem es verwendet werden soll, flüssig oder fest ist. Unter den
Faktoren, welche bestimmen, ob ein Wachs bei einer gegebenen Temperatur
flüssig
oder fest ist, befinden sich Eigenschaften wie z.B. der Grad der
Sättigung
bzw. Ungesättigtheit
der Wachskomponenten, in erster Linie der Fettsäuren, und einer Dimension wie
beispielsweise Jodnummer oder Jodwert („IW„). Der Jodwert misst die
Menge Jod, die in einem gegebenen Zeitraum von einer Verbindung
oder Mischung absorbiert wird, und der „IW„ ist deshalb ein Maßstab der
Ungesättigtheit,
oder der Anzahl von zweifachen Bindungen dieser Verbindung bzw.
Mischung. Im allgemeinen trifft zu, dass je höher der Sättigungsgrad und je größer die
Ketten länge
der veresterten Fettsäuren,
desto höher
der Schmelzpunkt. Auf ähnliche
Weise, je niedriger der Jodwert der Zusammensetzung, desto härter bzw.
fester ist dieselbe bei einer gegebenen Temperatur.
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Die
Bezeichnung „Triglyceride„ bezieht
sich auf Fettsäure
Ester von Glycerol. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Spezifikation
bezieht sich der Begriff „freie
Fettsäure„ auf eine
Fettsäure,
die nicht kovalent durch eine Ester-Verbindung an Glycerol gebunden ist;
der Begriff „Fettsäurekomponente„ wird
benützt,
um eine Fettsäure
zu beschreiben, die kovalent durch eine Ester-Verbindung an Glycerol
gebunden ist.
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Wachs
kann aus einer Reihe natürlicher
Quellen, wie beispielsweise Petroleumprodukten oder Pflanzenextrakten,
gewonnen werden. Petroleum und Pflanzenextrakte sind komplizierte
Mischungen, und oftmals sind Reinigungsschritte erforderlich, um
Wachs aus ihnen zu gewinnen. Es ist oft notwendig, ein Wachs ausgiebig
zu reinigen und chemisch zu modifizieren, um es für einen
bestimmten Zweck brauchbar zu machen. Totz derartiger Modifizierungen
hindern viele der physikalischen Eigenschaften der Wachse, die ihrer
Struktur innewohnen, dieselben daran, dass sie erfolgreich angewendet
werden können,
bzw. sie verlangen nach weiteren, teuren Behandlungsmethoden.
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So
zum Beispiel wird Paraffinwachs, das aus verschiedenen Arten von
Kohlenwasserstoffen besteht, durch Destillation von Petroleum gewonnnen.
Mittleres Paraffinwachs besteht hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen
mit geraden Ketten, wobei die Längen
der Karbonketten zwischen 20 und 40 liegen, und der Rest typisch
aus Isoalkanen und Cycloalkanen besteht. Der Schmelzpunkt von mittlerem
Paraffin liegt zwischen ungefähr
50 Grad C-65 Grad C.
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Mikrokristallines
Paraffinwachs besteht aus verzweigten und zyklischen Kohlenwasserstoffen,
wobei die Längen
der Karbonketten zwischen etwa 30 bis etwa 100 betragen, und der
Schmelzpunkt des Wachses bei etwa 75 Grad C bis etwa 85 Grad C liegt.
Weitere Beschreibungen von Mineralölwachsen befinden sich der „Encyclopedia
of Chemical Technology, 3rd Edition, Volume 24, pages 473-76, von
Kirk-Othmer. (Enzyklopädie
der Chemischen Technologie, 3. Ausgabe, Band 24, Seite 473-76).
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Darüber hinaus
gibt es vielfache kommerzielle Anwendungen der natürlich vorkommenden
Karbonsäuren
(„Fettsäuren„) und
ihrer Derivate, am häufigsten
der Glyzerin Derivate, in denen alle drei Hydroxy Gruppen des Glycerol
Moleküls
mit einer Karbonsäure
verestert sind. Die Karbonsäuren
können
entweder gesättigt oder
ungesättigt
sein. Die dreifach substituierten Glycerole (Triglyceride) sind
wesentliche Komponenten der meisten tierischen und pflanzlichen
Fette, sowie von Ölen
und Wachsen. Wenn alle drei Hydroxy Gruppen eines Glycerol Moleküls mit derselben
Fettsäure
verestert wurden, wird von einem Monosäure Triglycerid gesprochen.
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Triglyceride
und freie Fettsäuren
können
vorzugsweise aus pflanzlichen Quellen, wie z.B. Soya, Baumwollsamen,
Mais, Canola und Palmölen,
gewonnen werden. Die Triglyceride werden nach einem normalen Raffinierprozess
mittels Methoden, die laut dem Stand der Technik bekannt sind, verwendet.
So zum Beispiel koennen pflanzliche Triglyceride durch Extraktion
mit Lösemitteln
von Biomasse gewonnen werden, unter Anwendung von aliphatischen
Lösemitteln.
Spätere
zusätzliche
Reinigung kann möglicherweise
Destillation, fraktionale Kristallisation, Degummieren, Bleichen
und Ausdämpfen
involvieren. Die dadurch erhaltenen Triglyceride sind entweder teilweise
oder zur Gänze
hydriert.
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Außerdem können Fettsäuren durch
Hydrolyse aus natürlichen
Triglyceriden gewonnen werden (d.h., alkalische Hydrierung, gefolgt
von bekannten Reinigungsmethoden, einschließlich Destillation und Ausdämpfen) oder
durch Synthese aus petrochemischen Fettalkoholen. Die drei Fettsäuren und
Triglyceride sind des weiteren von kommerziellen Quellen erhältlich,
einschließlich
Cargill, Archer Daniels Midland und Central Soya.
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In
einer früheren
US-Patentanmeldung haben wir die Verwendung gesättigter Soja- und Palmkernölwachse
in Zusammensetzungen zur Wasserbeständigkeitsmachung von Papierprodukten,
die aber trotzdem recyclierbar sind, beschrieben; zu solchen Papierprodukten
gehörte
Packpapier, das für
Kartons zum Versand von Lebensmittelprodukten verwendet wird. Die
freien Fettsäuren
und Fettsäurebestandteile
waren vorzugsweise gesättigt,
konnten aber auch ungesättigt
sein, solange die sich daraus ergebende Beschichtungszusammensetzung
bei der Temperatur fest war, bei der die Beschichtung verwendet
wurde. Es wird auch davon ausgegangen, dass diese Wachse im allgemeinen
von der US Food and Drug Administration (U.S. amerikanische Lebens-
und Arzneimittelbehörde)
als ungefährlich
betrachtet werden.
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Pflanzenöle und Tierfette
können
unter Verwendung von Fachleuten bekannten Methoden synthetisch hydriert
werden, so dass sie niedrige oder sehr niedrige Jodzahlen haben.
Gesättigte
Triglyceride mit einer niedrigen Jodzahl (einem Jodzahlbereich von
0-70, wobei 0-30 zu bevorzugen ist) können durch Hydrierung handelsüblicher Öle wie Sojabohnen-,
Sojastearin-, Mais-, Raps-, Canola-, Sonnenblumen-, Palmen-, Palmenkern-,
Kokosnuss-, Crambe-, Leinsamen-, Erdnuss-, Fisch- und Tallöl oder aus
Fetten, wie Tierfetten, einschließlich Schweinefett und Talg
sowie Mischungen daraus, hergestellt werden. Diese Öle können außerdem aus
gentechnisch manipulierten Pflanzen zur Erreichung von Ölen mit
niedriger Jodzahl mit einem hohen Prozentsatz an Fettsäuren produziert
werden.
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Aus
Tierfetten gewonnene Wachse könnten
in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, indem Abkühlung als
Quelle für
Fette mit niedriger Jodzahl verwendet wird. Bei diesem Prozess,
der normalerweise zur Fraktionierung von Fett verwendet wird, wird
die Mischung lange genug abgekühlt,
dass die härteren
Fraktionen der Fette kristallisieren. Das Kühlen wird gefolgt von Filterung,
wobei die härteren
Fraktionen auf dem Filter zurückbleiben.
Diese härteren
Fraktionen besitzen eine niedrigere Jodzahl und daher einen Schmelzpunkt,
der höher
ist als der Schmelzpunkt des Fettes, aus dem sie getrennt wurden.
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Zu
weiteren Wachsen, die verwendet werden könnten, and die aus verschiedenen
Quellen gewonnen werden, gehören
Carnauba, Montanwachs, Rizinussamen, Zucker-rohrwachs, Candelillawachs,
Kutikularwachs und Wachsmyrte, sowie von Tieren gewonnene Wachse
wie u.a. Bienenwachs, Lanolin und Schelllack.
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Die
vorliegende Erfindung bringt die beste Leistung mit einem hydrierten
Triglycerid, bei dem die Jodzahl nahe Null liegt, was das Triglycerid
temperatur-beständiger macht.
Die Triglyceride können
aus solchen mit einer Jodzahl von 0-30 ausgewählt werden, aber ein Triglycerid
mit einer Jodzahl von ca. 2 bis ca. 5 wird bevorzugt.
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In
der vorliegenden Erfindung sind die freien Fettsäuren und Fettsäurebestandteile
der Triglyceride vorzugsweise gesättigt. Die Eigenschaften der
freien Fettsäure/Triglyceridmischung,
wie beispielsweise Schmelzpunkt, variieren in Abhängigkeit
von der Kettenlänge
und dem Sättigungsgrad
der freien Fettsäuren und
der Fettsäurebestandteile
der Triglyceride. Nimmt beispielsweise der Sättigungsgrad ab, sinkt auch
der Schmelzpunkt. Ähnlich
sinkt der Schmelzpunkt auch, wenn die Kettenlänge der Fettsäuren abnimmt.
Bevorzugte Fettsäuren
sind gesättigte
Fettsäuren
wie Palmitinsäure;
sowie auch gesättigte
Fettsäuren
mit längeren Karbonketten,
wie Arachinsäure
und Behensäure.
Stearinsäure
wird ebenfalls bevorzugt.
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Zu
Materialien, die ebenfalls bei der Verbesserung der Wasserbeständigkeit
von Gipsprodukten wirksam sein sollen, gehören beispielsweise Polyvinylalkohol
mit oder ohne geringe Mengen Polyvinylacetat; sowie Metallresinate.
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Des
Weiteren werden Wachs, Bitumen oder Mischungen aus diesen verwendet;
zu diesen Mischungen können
auch folgende gehören:
eine Mischung aus Wachs und/oder Bitumen mit Kornblumen und Kaliumpermanganat,
Wachs-Bitumen-Emulsionen mit oder ohne Materialien wie Kaliumsulfat,
Alkali und alkalische Erdaluminate, Portlandzement; eine Wachs-Bitumen-Emulsion, hergestellt
durch Hinzufügen
eines fettlöslichen,
wasserdispergierenden Emulgators zu einer Mischung aus geschmolzenem
Wachs und Bitumen, und Vermischen der genannten Bestandteile mit
einer Lösung
aus Kasein, die als Dispergator ein Alkalisulfonat eines Polyacryl-Methylen-Kondensationsprodukts
enthält.
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Weitere
Inhaltsstoffe umfassen wasserunlösliche,
thermoplastische organische Materialien wie Erdöl und Naturbitumen, Kohlenteer
und thermoplastische synthetische Harze wie Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid und
ein Copolymer aus Vinylacetat und Vinylchlorid und Acrylharzen;
eine Mischung aus Metall-Harzseife, einem wasserlöslichen
alkalischen Erdmetallsalz und Rückstandsöl; eine
Mischung aus Erdölwachs
in Form einer Emulsion und Rückstandsöl, Kiefernteer
oder Kohlenteer; eine Mischung aus Rückstandsöl und Harz; aromatische Isocyanate
und Diisocyanate; sowie Polysiloxane mit organischen Wasserstoffverbindungen.
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Wachs-Bitumen-Emulsionen
der oben beschriebenen Art werden häufig eingesetzt, um die wasserabstoßenden Eigenschaften
des Gipskerns von Wandbauplatten zu verbessern. Der Wachsanteil
der Emulsion besteht aus einem Paraffin oder mikrokristallinen Wachs,
kann jedoch auch aus einem anderen Wachs bestehen. Generell hat
Bitumen einen Schmelzpunkt von 46,1 Grad C (115 Grad F), festgestellt
mit der Ring-und-Kugel-Methode.
Der Gesamtanteil an Wachs und Bitumen in der wässrigen Emulsion beträgt im allgemeinen
ca. 50 bis 60 Gew.-%, wobei das Massenverhältnis des Bitumens zum Wachs
von ca. eins zu eins bis zehn zu eins variiert. Bekannt sind verschiedene
Methoden zur Herstellung der Wachs-Bitumen-Emulsion (U.S. Patent-Nr. 3,935,021
an D. R. Greve und E. D. O'Neill).
Zu den verwendbaren handelsüblichen Wachs-Bitumen-Emulsionen gehören die
Wachsemulsion der United States Gypsum Co.; Monsey Products No.
52 Emulsion; Docal No. 1034 der Douglas Oil Co. und Conoco No. 7131.
Der Anteil der verwendeten Wachs-Bitumen-Emulsion kann in einem
Bereich von 3 bis ca. 10 Gew.-% liegen, bevorzugt sind ca. 5 bis
7 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Inhaltsstoffe der
Zusammensetzung, aus der der ausgehärtete Gipskern hergestellt ist,
einschließlich
des in der Wachs-Bitumen-Emulsion enthaltenen Wassers, jedoch ausschließlich zusätzlicher
Wassermengen, die der Gipszusammensetzung zur Herstellung eines
wässrigen Gipsschlamms
hinzugefügt
werden.
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Die
Verwendung einer Mischung aus Materialien, insbesondere Polyvinylalkohol
und Wachs-Bitumen-Emulsion der vorgenannten Art zur Verbesserung
der Wasserbeständigkeit
von Gipsprodukten ist im U.S.-Patent Nr. 3,935,021 beschrieben.
Die Quelle des Polyvinylalkohols ist vorzugsweise eine substantiell vollständig hydrierte
Form von Polyvinylacetat, d.h. ca. 97 bis 100% hydriertes Polyvinylacetat.
Der Polyvinlyalkohol muss kaltwasserunlöslich sein und erst bei höheren Temperaturen
wasserlöslich,
beispielsweise bei Temperaturen von ca. 62 Grad C (140 Grad F) bis
ca. 96,2 Grad C (205 Grad F). Generell hat eine Lösung von Polyvinlyalkohol
mit einem Wasseranteil von 4 Gew.-% bei 20 Grad C eine Viskosität von ca.
25 bis 70 cp, gemessen mit der Kugelfall-Methode nach Höppler. Erhältlich sind handelsübliche Polyvinlyalkohole
für die
Verwendung in Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung von E.I.
du Pont de Nemours and Company (Wilmington, Delaware) unter dem
Markennamen ELVANOL® und von der Monsanto
Co. unter dem Markennamen GELVATOL®. Beispiele
für Produkte
dieser Art sind ELVANOL® Güteklasse 71-30, 72-60 und 70-05; und
GELVATOL®,
Güteklasse
1-90, 3-91, 1-60
und 3-60, welches auch unter dem Namen WS-42 (Air Products Corp.,
Allentown, Pennsylvania) vertrieben wird.
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Die
verwendeten Mengen Polyvinlyalkohol und Wachs-Bitumen-Emulsion müssen mindestens jeweils ca.
0,05 Gew.-% bzw. ca. 2 Gew.-% betragen. Die bevorzugten Mengen Polyvinlyalkohol
und Wachs-Bitumen-Emulsion liegen bei ca. 0,15 bis 0,4 Gew.-% bzw.
ca. 3 bis 5 Gew.-%.
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Soweit
nicht anders angegeben, bezieht sich der Begriff Gewichtsprozent
(„Gew.-%„) hierin
und in den Ansprüchen
auf den Gewichtsanteil basierend auf dem Gesamtgewicht der Inhaltsstoffe
der Zusammensetzung, aus der der ausgehärtete Gipskern hergestellt
ist.
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Ein
weiteres Additiv, das in Kernen von Produkten auf Gipsbasis verwendet
werden könnte,
um ein wasserabstoßendes
Produkt herzustellen, ist ein organisches Siloxan-Polymer, auf das
beispielsweise in den U.S. Patenten Nr. 3,455,710; 3,623,895; 4,136,687;
4,447,498 und 4,643,771 verwiesen wird. Der Gewichtsanteil des organischen
Siloxan-Polymers muss mindestens 0,2 Gew.-% betragen. Der bevorzugte
Anteil liegt in einem Bereich von ca. 0,3 bis ca. 0,6 Gew.-%.
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In
der bevorzugten Form muss der Kern der mit Fasernplatte armierten
Gipsplatte eine Dichte von ca. 640,74 bis ca. 881,02 kg/m3 aufweisen (40 bis ca. 55 lbs/cu.ft.), bevorzugt
ca. 736,85-800,92 kg/m3 (46 bis ca. 50 lbs/cu.
ft.). Die Herstellung von Kernen mit der festgelegten Dichte kann
durch Verwendung bekannter Techniken erreicht werden, wie zum Beispiel
durch den Zusatz der entsprechenden Menge Schaum zu dem wässrigen
Gipsschlamm, aus dem der Kern geformt wird.
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Zusätzlich können einer
wässrigen
Gipszubereitung verschiedene andere Verbindungen beigemischt werden.
Agentien wie z.B. Beschleuniger zur Steuerung von Eigenschaften
in begrenztem Maß,
wie die Abbindezeit der Verbindung, können hinzugefügt werden.
Solche Agentien sind Natriumsulfat, Kugelmühlenbeschleuniger, Aluminiumsulfat,
Kalziumsulfat, Eisenchlorid, und Eisensulfat, ein tertiäres Amin
wie Dimethylethanolamin, eine organisch-metallische Verbindung wie
Dibutylindilaurat und andere, Fachleuten bekannte Verbindun gen.
Um die Abbindezeit der Zusammensetzungen weiter zu steuern, können Verzögerungsagentien
hinzugefügt
werden; diese Agentien, die gemeinsam mit den Beschleunigern wirken,
wirken sich auf die Abbindezeit der Zusammensetzung aus. Verzögerer werden
normalerweise in niedrigen Konzentrationen verwendet, wie z.B. ungefähr 0,0005
Gew.-% bis ungefähr
0,0019 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht der Zusammensetzung.
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Stärke, Zeolithe
und andere trocknende Agentien können
hinzugefügt
werden, sowie Zuschlag- und Füllstoffe
wie Sand, Vermikulit, Perlit, Bimsstein, härtende Zuschlagstoffe oder
andere Stoffe, die Fachleuten bekannt sind. Zu zusätzlichen
Bestandteilen gehören
Dispersantien, Schaumbildner und Verstärkungsmaterialien oder -fasern.
Zu solchen Fasern gehören
Glasfasern, Polyvinylalkoholfasern, Polyamidfasern, Polyesterfasern,
Polyolefinfasern, Synthetikharzfasern, Holzfasern, Holzspäne und andere
Zellulosefasern. Antimikrobe und antifungale Verbindungen, Kupfersulfate
und eine Reihe von Bioziden können
ebenfalls hinzugefügt
werden, um das Wachstum von Schimmel oder anderen Organismen oder
Mikroorganismen zu verhindern.
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In
der vorliegenden Erfindung wurden wässrigen Schlämmen aus
Gips einzelne Wachse zugesetzt. Diese Wachse wurden entweder als
getrocknete Pulver oder in Form einer Emulsion hinzugefügt. Es ist
jedoch möglich,
Kombinationen von Wachsen in anderen Ausführungen anzuwenden. Diese Kombinationen
könnten ein
oder mehrere Wachs(e) verwenden, von denen jedes – falls
verfügbar – als getrocknetes
Pulver oder als Flüssigkeit
oder Emulsion – wie
für das
Wachs geeignet – oder
Kombinationen aus fest, flüssig/Emulsion
hinzugefügt
wird. Solche Kombinationen könnten
eine Kombination aus Soja- und Palm-, Soja- und Rizinussamen- oder
andere Pflanzenwachse in Kombination mit einem anderen Wachs sein,
wie z.B. tierische Wachse wie beispielsweise Bienenwachs oder andere
pflanzliche Wachse, wie Rizinussamen, oder mit natürlichen oder
synthetischen erdölbasierten
Wachsen wie Paraffinen, Rohparaffin, mikrokristallinem oder Fischer-Tropsch-Wachs.
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Die
spezifischen Wachse, die in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden, sind ein Palmölwachs und
ein Sojabohnenwachs, aus hydriertem Öl zubereitet. Das letztere
wird als Marcus Nat 155 bezeichnet, das von der Marcus Oil and Chemical
Corp., Houston, Texas hergestellt wird. Diese Wachse sind auch als
Lebensmittelzusätze
verwendbar.
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Die
Eigenschaften der beiden Wachse sind in Tabelle 4 und 5 zusammengefasst,
wo ersichtlich ist, dass diese Wachse Jodzahlen von jeweils 5 bzw.
2 haben.
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Das
Sojabohnenöl
hat einen gemäß Tropfpunkt
nach Mettler gemessenen Schmelzpunkt von zwischen 68,4-71,2 Grad
C (155-160 Grad F), während
der des Palmölwachses
zwischen 57,8-61,2 Grad C (136-142 Grad F) liegt. Diese Wachse sind
weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Viskosität von 10-11
cP (60-65 SUS) bei einer Temperatur von 99,9 Grad C (210 Grad F)
haben.
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Beide
Wachse bestehen aus 98 Gew.-% Triglycerid mit Spuren von Fettsäuren. Das
Triglycerid verleiht dem Wachs Säure-
und Ester-Funktionalität,
die durch Neutralisierung mit KOH zur Bestimmung des Verseifungswerts
(SAP) gemessen werden kann.
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Fachleuten
ist es bereits bekannt, dass Polymere mit niedrigem Molekulargewicht
wie synthetische Ethylen-Akrylsäure-Copolymere
ab Verseifungswerten von über
ca. 130 mgKOH/g bis ca. 150 mg/g KOH genügend Funktionalität und Polarität besitzen,
dass sie in warmem alkalischem Wasser löslich werden.
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Zusätzlich zu
den 98% Triglycerid können
Palm- und Sojawachse Monoglycerid (bis zu 2%) und Spuren von Sterolen,
Metallen und anderen geringeren Komponenten enthalten.
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Als
die Wachse mit bekannten Methoden der Flüssiggaschromatographie (GLC)
auf ihren Fettsäuregehalt
hin analysiert wurden, wurde festgestellt, dass das Sojabohnen-wachs
aus zwischen 82-94% Stearinsäure
(C18:0) und zwischen 3-14% Palmitinsäure (C16:0) besteht. Im Vergleich dazu besteht
Palmölwächs aus ca.
55% Stearinsäure
(C18:0), 39,5% Palmitinsäure (C16:0),
1,1% Myristinsäure
(C14:0) und ca. 1,0% Ölsäure (C18:1).
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In
der bevorzugten Form ist die Wasserbeständigkeit des Gipsplatte aus
der Erfindung so beschaffen, dass sie zwischen ca. 5% bis ca. 20%
Wasser absorbiert, vorzugsweise zwischen ca. 5% und ca. 15%, und am
besten zwischen ca. 6% bis ca. 7% Wasser, getestet in einem Immersionstest.
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PRÄPARIERUNG
VON BEISPIELEN
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Beispiel 1. Auswirkung
von wasserbasierter Triglyceridemulsion auf die Wasserbeständigkeit
von Gips.
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Zum
Zweck der Veranschaulichung der Erfindung wurden Proben von Gips
der Standardqualität
(nicht wasserbeständig)
aus einer in einem kommerziellen Baubedarfsgeschäft gekauften Gipsplatte mit
der Standardstärke
von 12,7 mm (1/2 Zoll) und einer Größe von 2,43 m mal 1,22 m (8
Fuß mal
4 Fuß)
entnommen. Der Hersteller der Platte war die United States Gypsum
Corp. Chicago, Illinois. Die Proben wurden präpariert, indem Gipsquadrate
mit einer Größe von 152,4
mm (6 Zoll) mal 152,4 mm (6 Zoll) aus dem Mittelteil der Platte geschnitten
und das Papier auf beiden Zeiten der Platte abgekratzt wur de. Zusätzlich wurde
ungefähr
1,6 mm (1/16 Zoll) Gips direkt an der Papierbeschichtung abgekratzt.
Der sich daraus ergebende Gips wurde mit einem Hammer pulverisiert
und durch ein Sieb mit 2,5 mm (12 mesh) Maschenweite gesiebt. Das
Gipspulver wurde in einen offenen Metallbehälter gegeben und eine Stunde
lang in einen vorgeheizten Ofen mit 276,80 Grad C (530 Grad F) gestellt.
Das sich ergebende Gips-Anhydrid wurde mit „Kalziumsulfat Halbhydrat„ beschriftet [missing
word?] verwendet zur Präparierung
von Proben zur Auswertung.
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Es
wurde eine Emulsion nach folgender Formel und Prozedur präpariert:
Fünfzehn Gramm
(15g) Wachs der Marcus Oil & Chemical
(Houston, Texas) NAT 155 (Sojawachs) wurde in eine 400 ml Sorvall(R) (Norwalk, Connecticut) Edelstahlkammer
gegeben und auf einer Elektrokochplatte geschmolzen, bis es klar
war. Dem geschmolzenen Wachs wurde 1 g Polystepä F-5 Nonylphenol ethoxylated
(12 Mol Ethylenoxid) (Stepan Company Northfield, Illinois) und 1g
der 30-prozentigen KOH-Lösung
hinzugefügt. Die
Mischung wurde im geschmolzenen Zustand gehalten und 30 Min. gerührt. Getrennt
davon wurden 50 g Leitungswasser zum Sieden gebracht. Das kochende
Wasser wurde der heißen
geschmolzenen Wachsmischung hinzugefügt und sofort in ein Sorvall(R) Omni-Mixer Homogenisiergerät gesetzt,
das mit einem Messerrotor-Rührwerk
vom Modell Sorvall(R) 17183 ausgerüstet war.
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Nach
1 Min. 30 Sek. wurde die Kammer in klares Leitungswasser gesetzt
und unter weiterem Rühren abkühlen gelassen.
Nach dem Abkühlen
auf Umgebungstemperatur sah die resultierende Emulsion flüssig und
undurchsichtig aus. Diese Emulsion wurde als Sojawachs-Emulsion
Nr. 4 bezeichnet.
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Es
wurden unter Verwendung der obigen Zutaten sechs Gipsproben nach
folgenden Formeln präpariert:
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Jede
Probe wurde von Hand mit einer Glasstange gut gemischt, bis sie
einheitlich war. Das Probenmaterial wurde in Plastikzylinder (Polyvinylchlorid, „PVC") mit einem inneren
Nenndurchmesser von 38,1 mm (1 ½ Zoll) und 12,7 mmm (1/2
Zoll) Höhe
gegeben. Die Zylinder wurden auf eine Glasplatte mit 6,35 mm (1/4 Zoll)
gestellt. Überschüssiges Probenmaterial
wurde entsorgt. Die Zylinder und Glasplatte wurden eine Stunde lang
in einen Elektroofen gestellt, der auf 125,1 Grad C (257 Grad F)
vorgeheizt war, um sie zu trocknen. Die Proben wurden aus dem Ofen
genommen und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen.
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Die
Wasserbeständigkeit
der Proben wurde bewertet, indem ein Glasrohr mit einem inneren
Nenndurchmesser von 1,6 mm (1/16 Zoll) bis an die Markierung bei
25,4 mm (1 Zoll) mit Wasser gefüllt
wurde. Diese Wassersäule
wurde dann auf die Probenfläche
gestellt (wobei die Proben von einer Glasplatte gestützt wurden),
und die zur Absorption des Was sers erforderliche Zeit wurde gemessen.
Die Daten für
die Wasserabsorptionsrate sind in Tabelle 1 dargestellt, was deutlich
die gesteigerte Wasserbeständigkeit
von Gips zeigt, die durch die Beimischung eines pflanzenbasierten
Wachses im Vergleich zu den kein Wachs enthaltenden Kontrollproben
hervorgerufen wurde. Beispiel 2. Auswirkung eines Pflanzenwachses
in Pulverform auf die Feuchtigkeits-beständigkeit von Gips.
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Eine
Probe von Marcus Nat Wax 155 (Sojawachs) wurde in eine 400 ml Sorvall(R) (Norwalk, Connecticut) Edelstahlkammer
gegeben und gemahlen. Das gemahlene Wachs wurde durch ein Sieb mit
ca. 190 mm (75 mesh) gesiebt.
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Eine
Probe Paraffinwachspulver (geliefert von Moore and Munger Corp.)
mit einem Schmelzpunkt von 59,4 Grad C (139 Grad F) wurde präpariert,
indem mit einer Rasierklinge dünne
Scheiben vom Wachsblock geschabt wurden. Diese Späne wurden
gefroren und dann zu Flocken mit einem durchschnittlichen Durchmesser
von 1-3 mm pulverisiert.
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Kalzinierter
Gips wurde in einer 50 ml Glasflasche gewogen und trocken mit den
angegebenen Mengen Trockenwachs (siehe Tabelle 2) vermischt. Es
wurde dann Wasser hinzugefügt
und mit einer Glasstange gemischt, bis eine gleichmäßig glatte
Mischung erreicht war. Die Mischung wurde in runde PVC-Zylinder
mit einem Innendurchmesser von 38,1 mm (1 ½ Zoll) und 12,7 mmm (1/2
Zoll) Höhe
gegeben, die auf einer Glasplatte standen. Die PVC-Zylinder waren
mit einer dünnen
Schicht Silikon-Trennmittel (Nappa) ausgesprüht, bevor der Gipsschlamm eingefüllt wurde.
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Die
Proben wurden dann zum Trocknen eine Stunde lang bei 93,34 Grad
C (200 Grad F) in einen Elektro-Laborofen mit Temperaturkontrolle
gegeben.
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Um
die Wasserabsorption der Proben zu überprüfen, wurden die trockenen Gipszylinder
aus den PVC-Behältern
genommen und gewogen; die gewogenen Gipsproben wurden dann 2 Minuten
lang in 50,8 mm (2 Zoll) Leitungswasser mit Raumtemperatur getaucht.
Dieses Eintauchen bestand daraus, dass die Proben auf ein Sieb gestellt
und in ein Wasserbad mit Raumtemperatur gestellt wurden. Die Proben
wurden aus dem Wasserbad genommen, mit einem Papierhandtuch abgetupft,
um überschüssiges Oberflächenwasser
zu beseitigen und dann erneut gewogen; die Menge absorbierten Wassers
wurde als Prozentsatz des ursprünglichen
Gewichts berechnet.
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Die
folgende Tabelle (Tabelle 2) zeigt die Probenformeln und Ergebnisse
der Wasserabsorptionstests, basierend auf dem Durchschnitt von zwei
Experimenten.
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Tabelle
2. Probenformeln und Wasserabsorption
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Die
Ergebnisse zeigen, dass die Wasserabsorptionsraten für aus Pflanzen
gewonnene Wachse mit denen von Paraffinwachs vergleichbar sind (Tabelle
2, 2). Handelsüblich
hergestellten wasserbeständigen
Gipskartonplatten kann normalerweise Paraffinwachs in Mengen von
3-5% des Gipsgewichts beigefügt sein.
Beispiel 3. Auswirkungen der Beifügung von Pflanzenwachs zu Gips:
Festigkeitstest.
-
Um
die Auswirkung der Beifügung
von Pflanzenwachs zu Gips zu testen, wurden Gipsproben unter Verwendung
der in Tabelle 3 (unten) dargestellten Formeln präpariert.
Die Gipsschlämme
wurden dann in einen Kanal aus extrudiertem Aluminium gegeben, um
Probenstäbe
von 8mm mal 8mm Querschnitt zu erzeugen, die dann in einen Schraubstock
gespannt wurden und so eine auskragende Stange formten. Die Kraft wurde
auf die auskragende Stange ca. 5mm vor dem Kragpunkt ausgeübt, bis
das Objekt versagte. Die in Gramm gemessene Größe der Kraft wurde beim Versagen
aufgezeichnet.
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Tabelle
3 zeigt, dass das Hinzufügen
von aus Pflanzen gewonnenem Wachs zu Gips keine negative Auswirkung
auf die Festigkeit von Gips hat.
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Tabelle
3. Auskrag-Festigkeitstest
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Beispiel 4. Auswirkungen
von aus Pflanzen gewonnenem Wachsen auf die Wasserbeständigkeit
von Papiererzeugnissen: Wasserdampfdiffusionsrate.
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Dampfdiffusion
ist eine wichtige Eigenschaft von Beschichtungen auf Wachsbasis.
Die Dampfdiffusionsrate gibt an, wie schnell Dampf die Wachsbeschichtung
durchdringen und die Eigenschaften der darunter liegenden Schicht,
wie z.B. Papier, verschlechtern würde. Bei Kartons, die Obst
oder Gemüse
enthalten, ist eine niedrige Dampfdiffusionsrate wünschenswert,
da ein Überschuss
an Feuchtigkeit zum Verderben von Obst und Gemüse führen würde. Geflügel wird oft in Gefrierkartons
versandt, bei denen es sich normalerweise um wachsbeschichtete Wellpappekartons
handelt (mit Wachs beschichtetes Packpapier), die mit Geflügel (oder
anderen Lebensmitteln) gefüllt
und dann schnell abgekühlt
werden, oft durch Eintauchen in ein Eis/Wasserbad. Wenn das Papier
nicht vor Wasser geschützt
wäre, würde die
Festigkeit des Kartons herabgesetzt, was die Verwendung dieser Art
Kartons unpraktikabel machen würde.
-
In
diesem Experiment wurde die Dampfdiffusionsrate durch eine modifizierte
Methode nach ASTM D3833 getestet. Die Modifizierung erforderte die
Verwendung von Klammern zur Sicherstellung der Haftung der Auskleidungspappe
am Aluminiumgefäß. Die in
Tabelle 6 zusammengefassten Ergebnise zeigen, dass die Sojabohnenwachs-Zusammensetzung
Dampfdiffusionsraten erreichte, die mit denen des Kontrollpräparats (ein
Wachs auf Erdölbasis)
vergleichbar waren.
- *
Anzahl der Kohlenstoffatome:Anzahl der Doppelbindungen (so bezieht
sich z.B. 18:2 auf Linolsäure,
Palmitinsäure
(16:0), Stearinsäure
(18:0), Ölsäure (18:1),
Arachinsäure
(20:0) und Behensäure
(22:0).)
- * Anzahl der Kohlenstoffatome:Anzahl der Doppelbindungen (so
bezieht sich z.B. 18:2 auf Linolsäure)
Tabelle
6: Dampfdiffusionsraten-Bewertung von Pflanzenwachsen und aus Erdöl stammenden
Wachsen (ASTM D3833)