FOAMED GYPSUM, PROCESS FOR ITS PRODUCTION AND ITS USE FOR THE MANUFACTURE OF CONSTRUCTIONAL ELEMENTS

Abstract: 1. Foamed gypsum containing polyvinyl alcohol, a polyurethane in an amount of from 1 to 15 percent by weight (calculated on gypsum) and, if appropriate, further conventional additives, characterised in that it contains the polyvinyl alcohol, which has an ester number of at least 50 mg KOH/g and the 4 percent strength by weight aqueous solution of which has a viscosity of from 3 to 40 mPa . s (measured according to DIN 53 015 at a temperature of 20 degrees C according to Hoppler), in an amount of from 0.05 to 5 percent by weight (calculated on gypsum) and 0.05 to 2 percent by weight (calculated on gypsum) of boric acid and that the weight per litre of the foamed gypsum amounts to 200 to 1 000 g.

Description: Sch-aumgips, Verfahren zu seiner Herstellung, seine Verwendung und daraus bestehendes Bauelement Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaumgips, der ein Polyurethan enthält, Verfahren zu seiner Herstellung, seine Verwendung und ein aus Schaumgips bestehendes Bauelement. Es ist bekannt, dass Gipsschaum durch Verschäumen eines Gips/Wasser-Gemisches hergestellt wird, das schaumstabilisierende Zusätze sowie Isocyanat-Verbindungen und/oder Polyurethan Voraddukte enthält (vgl. deutsche Auslegeschrift 25 46 181 = US-Patentschrift 4 153 470). Bei der Herstellung kann Polyvinylalkohol in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Prozent als Haftvermittler eingesetzt werden. Der erhaltene Schaum zeigt eine Dichte von 0,45 bis 0,8 g/ ml und wird insbesondere zur Herstellung speziell geform- ter Bauelemente verwendet. Ferner ist bekannt, dass ein verstärktes Strukturmaterial mit geringem Gewicht, hoher Biegefestigkeit und Druc;=- festigkeit auf einer Kombination eines anorganischen, zementartigen Materials, z.B. Gips, mit einem organischen Polymer, das schäumbar ist, z.B. Polyurethan, beruht (vgl, deutsche Offenlegungsschrift 22 50 611 = US-Patentschrift 38 78 278). An Stelle von Polyurethan sollen auch schäumbare Thermoplaste, z.B. Polyvinylalkohol, verwenabar sein. Das Ausgangsgemisch besteht aus 50 bis 80 Prozent anorganischem Material, 1 bis 10 Prozent Polymermaterial sowie Wasser, Katalysator und Füllstoffen. Dass man durch Zusatz von geringen Mengen von Borsäure zu Gips dessen Härte erhöhen kann, ist ebenfalls eine bekannte Tatsache. Schliesslich ist auch bekannt, dass die Viskosität wässriger Lösungen von Polyvinylalkohol durch Zusatz von Borverbindungen, z.B. Borsäure,erheblich erhöht werden kann (vgl. deutsche Patentschrift 606 440 = Britische Patentschrift 413 624). Die Viskositätssteigerung tritt dabei in besonderem Masse in Erscheinung, wenn der pH-Wert der Lösung zur alkalischen Seite verändert wird. Aufgabe der Erfindung ist nun die Schaffung eines Schaumgipses, der durch eine feine und gleichmässige Porenstruktur charakterisiert ist, verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist und in einfacher und wirtschaftlicher Weise herstellbar ist. Die Erfindung betrifft einen Schaumgips, der ein Polyurethan und gegebenenfalls weitere übliche Zusatzstoffe enthält und dadurch gekennzeichnet ist, dass er zusätzlich einen Polyvinylalkohol und Borsäure enthält. Der-erfindungsgemässe Schaumgips hat ein Litergewicht von 200 bis i000 g, vorzugsweise 300 bis 600 g. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von Schaumgips durch Verschäumen eines Gemisches aus Gips, Wasser, einem Polyurethan-Voraddukt, einem Katalysator und gegebenenfalls weiteren üblichen Zusatzstoffen und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verschäumen in Gegenwart eines Polyvinylalkohols und Borsäure durchgeführt wird. Als Gips im Sinne der Erfindung ist jede Calciumsulfat Modifikation geeignet, die hydraulisch abbindet; insbesondere wird Calciumsulfat-Halbhydrat CaS04 1/2lI20 verwendet. Vorteilhaft ist die Verwendung von Gips in feinkörniger Form; der mittlere Durchmesser der Gips-Partikel beträgt dabei 10 bis 150 cm, vorzugsweise 20 bis 60 cm. Der erfindungsgemässe Schaumgips enthält als schaumbildende Komponente ein Polyurethan (PU), das während der Verschäumung unter Abspaltung von Kohlendioxid aus dem jeweils eingesetzten Polyurethan-Voraddukt entsteht. Im Schaumgips liegt das Polyurethan in einer Menge von 1 bis 15 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5 bis 10 Gewichtsprozent, vor (bezogen auf die Gipsmenge). Als PU-Voraddukt dient ein Polyester oder Polyether mit freien Isocyanatgruppen. Das Molekulargewicht (Zahlenmittel) der PU-Vorprodukte liegt im Bereich von 30Q0 bis 20 000, vorzugsweise 5000 bis 10 000. Diese PU-Vorprodukte sind handelsüblich (vgl. z.B. deutsche Auslegeschrift 25 46 181). Der erfindungsgemäss verwendete Polyvinylalkohol ist teilverseift und weist eine Esterzahl von mindestens 50 mgKO/ g, vorzugsweise von 80 bis 200 mgKOH/g, auf. Die Viskosität einer 4gewichtsprozentigen wässrigen Lösung des Polyvinylalkohols liegt im Bereich von 3 bis 40 mPa s, vorzugsweise 10 bis 30 mPa s (gemessen nach DIN 53015 bei einer Temperatur von 200C nach Höppler). Der Polyvinylalkohol wird erfindungsgemäss in einer Menge von 0,05 bis 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 bis 1 Gewichtsprozent (bezogen auf die Gipsmenge), eingesetzt. Die optimale Menge richtet sich von Fall zu Fall nach dem jeweils verwendeten Polyvinylalkohol-Typ. Das wesentliche Merkmal der Erfindung ist die gemeinsame Anwendung von Polyvinylalkohol und Borsäure. Diese wird in einer Menge von 0,05 bis 2 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent (bezogen auf die Gipsmenge), eingesetzt. Borsäure bewirkt bei Polyvinylalkohol bekanntlich die Bildung eines Monodiol-Komplexes, die eine erhebliche Erhöhung der Viskosität der Polyvinyl alkohol-Lösung zur Folge hat. Diese Viskositätserhöhung wirkt sich erfindungsgemäss dahingehend aus, dass die Ver schäumung gleichmässig verläuft und zu einem Schaumgips mit feiner und homogener Porenstruktur führt. Zum Abbinden des Gipses wird Wasser benötigt. Seine Menge ist so zu bemessen, dass das Gemisch aus Gips, PU Vorprodukt und Wasser einenrührfähigen und schäumfähigen Brei bildet. Das für das erfindungsgemässe Verfahren erforderliche Gips/Wasser-Verhältnis beträgt normalerweise 1 bis 4:1, vorzugsweise 2 bis 3:1. Gegebenenfalls wird zusätzlich noch ein Gipsverflüssiger eingesetzt, und zwar in einer Menge von 0,1 bis 3 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,3 bis 1,5 Gewichtsprozent (bezogen auf die Gipsmenge). Geeignete Gipsverflüssiger sind insbesondere handelsüb liche Melaminharze, vorzugsweise sulfonsäure-modifizierte Melaminharze, z.B. Polykondensate aus Melamin, Formaldehyd und Sulfonat im Molverhältnis von 1:6:3 oder 1:2:1. Für eine ausreichende Durchmischung des Gipsbreis ist es notwendig, dass die Schäumreaktion nicht sofort, sondern etwas verzögert einsetzt. Daher empfiehlt sich der Einsatz eines Schäumkatalysators mit verzögerter Wirkung. Hierfür eignet sich insbesondere Dibutylzinndilaurat, das an einen Träger gebunden ist. Als Trägermaterial dienen vor allem Minerale mit netzartiger Struktur (Zeolithe), die in Pulverform eingesetzt werden. Das Gewichtsverhältnis von Katalysator zu Träger beträgt-dabei 1:2 bis 1:12, vorzugsweise 1:4 bis 1:10. Der Katalysator wird üblicherweise in einer Menge von 0,05 bis 0,8 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 0,2 bis 0,5 Gewichtsprozent (bezogen auf die Menge des PU-Vorprodukts), verwendet. Der Gips soll nicht vor Beendigung der Schäumreaktion abbinden. Es ist daher zweckmässig, das Aufschäumen in Gegenwart eines Abbindeverzögerers durchzuführen. Hierzu eignen sich vor allem Carboxymethylcellulose sowie Frucht- säuren wie Zitronensäure und Weinsäure. Der Abbindeverzögerer wird in einer Menge von 0,1 bis 2 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,5 bis 1 Gewichtsprozent (bezogen auf die Gipsmenge), verwendet. Solange der Gips noch nicht abgebunden ist, besteht die Gefahr, dass der frische Schaum zusammenfällt. Dieses Zusammenfallen wird durch Verwendung eines Schaumstabilisators verhindert. Geeignete Schaumstabilisatoren sind vor allem Celluloseether, z.B. Methylcellulose und Methylhydroxyethylcellulose, sowie handelsübliche Silikonverbindungen. Die Menge des Schaumstabilisators beträgt normalerweise 0,05 bis 2,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 bis 1,0 Gewichtsprozent (bezogen auf die Menge des PU-Vorproduktes). Eine verstärkte Verschäumung lässt sich gegebenenfalls durch den zusätzlichen Einsatz eines Treibmittels erzielen. Zu diesem Zweck sind insbesondere flüssige organische Verbindungen mit niederem Siedepunkt anwendbar, vorzugsweise Fluorkohlenwasserstoffe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und 1 bis 10 Fluoratomen. Geeignete Treibmittel sind beispielsweise Trichlorfluormethan und 1,1,2-Tri ehlortrifluor-ethan. Das Treibmittel wird in einer Menge von 3 bis 30' Gewichts- prozent, vorzugsweise 5 bis 15 Gewichtsprozent (bezogen auf die Menge des PU-Voraddukts), verwendet. Die erfindungsgemässe Verschäumung wird üblicherweise bei einer Temperatur von 20 bis 60"C, vorzugsweise 25 bis 450C, durchgeführt. Es ist vorteilhaft, wenn das benötigte Wasser vor dem Einsatz bereits auf Schäumtemperatur vorgewärmt wurde. Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass entweder der Polyvinylalkohol oder die Borsäure - jeweils in Form einer wässrigen Lösung -. dem Gemisch der übrigen den Gipsbrei bildenden Komponenten als letzter Bestandteil zugefügt wird. Durch diese Massnahme wird die Rührfähigkeit des Gipsbreis sichergestellt, da die Ausbildung des Polyvinylalkohol/ Borsäure-Komplexes und die damit verbundene Viskositätserhöhung auf diese Weise verzögert wird. Das erfindungsgemässe Verfahren ist ohne besonderen technischen Aufwand durchzuführen. Der erhaltene Schaumgips zeigt gleichmässig kugelförmige Poren und verbesserte mechanische Eigenschaften, insbesondere eine erhöhte Biegezugfestigkeit und Druckfestigkeit (gemessen nach DIN 1164). Die durchschnittliche Porengrösse (Durchmesser) liegt im Bereich von 0,5 bis 4 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm. Der erfindungsgemässe Schaumgips eignet sich vor allem zur Anwendung als Isoliermaterial auf dem Bausektor, d.h. zur Isolation gegen Wärme und Schall. Er kann direkt in vorgefertigten Formen hergestellt werden und bildet dann Bauelemente beliebiger Gestalt, z.B. Platten, Prismen, Quader und Würfel; Die nachstehenden Beispiele erläutern die Erfindung. Prozentangaben beziehen sich dabei auf das Gewicht. Beispiel 1 220 g eines handelsüblichen PU-Voradduktes auf Polyether Basis mit einem mittleren Molekulargewicht von 10 000 und 16 % freien NCO-Gruppen werden mit einer Lösung von 5 g eines teilverseiften Polyvinylalkohols, der eine Esterzahl von 140 mgKOH/g aufweist und dessen 4%ige wässrige Lösung bei 200C eine Viskosität von 18 mPa s zeigt, in 215 g Wasser sowie mit 2 g einer Methylhydroxyethylcellulose, deren 2-%ige wässrige Lösung bei 200C eine Viskosität von 4 Pa.s zeigt, und mit 5 g Dibutylzinndilaurat auf Zeolith (Gewichtsverhältnis 1:9) fein emulgiert. Diese Emulsion wird unter Rühren mit einem Brei aus 2,6 kg Gips ( -Halbhydrat), 9 g Borsäure, 1,5 g eines handelsüblichen Gemisches aus Fruchtsäuren und Natrium-polyphosphat sowie 930 ml Wasser von 350C vermischt. Das erhaltene Gemisch wird dann in eine würfelförmige Schäumform mit 8 1 Inhalt gefüllt. Nach etwa 5 min beginnt das Gemisch aufzuschäumen und hat nach 16 min die Form ausgefüllt. Nach 30 min ist das Abbinden des Cipses beendet, und der Gipswürfel wird ausgeschalt. Nach dem Trocknen bei einer Temperatur von 400C hat der erhaltene Schaumgips ein Litergewicht von 360 g. Seine Biegezugfestigkeit beträgt 0,43 N/m2 und die Druckfestigi keit 0,72 N/m2 (gemessen an Quadern mit der Abmessung 4 cm x 4 cm x 16 cm). Vergleichsbeispiel 1 Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch ohne Verwendung von Borsäure. Der so erhaltene Schaumgips hat ein Litergewicht von 2 370 g, eine Biegezugfestigkeit von 0,27 N/m2 und eine 2 Druckfestigkeit von 0,47 N/m Vergleichsbeispiel 2 Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch ohne Verwendung von Polyvinylalkohol. Der so erhaltene Schaumgips hat ein Litergewicht von 350 g,eine Biegezugfestigkeit von 0,3 N/m2 und eine Druckfestigkeit von 0,56 N/m2.

Claims: Patentansprüche: 1. Schaumgips, enthaltend ein Polyurethan und gegebenen falls weitere übliche Zusatzstoffe, dadurch gekenn zeichnet, dass er zusätzlich einen Polyvinylalkohol und Borsäure enthält. 2. Schaumgips nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Litergewicht des Schaumgipses 200 bis 1000 g beträgt. 3. Schaumgips nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyvinylalkohol eine Esterzahl von mindestens 50 mgKOH/g aufweist. 4. Schaumgips nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität einer 4gewichtsprozentigen wässrigen Lösung des Polyvinylalkohols 3 bis 40 mPa s beträgt (gemessen nach DIN 53015 bei einer Temperatur von 20 C nach Höppler). 5. Verfahren zur Herstellung von Schaumgips durch Verschäu men eines Gemisches aus Gips, Wasser, einem Polyure than-Voraddukt, einem Katalysator und gegebenenfalls weiteren üblichen Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschäumen in Gegenwart eines Polyvinylalkohols und Borsäure durchgeführt wird. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyvinylalkohol in einer Menge von 0,05 bis 5 Gewichtsprozent (bezogen auf die Gipsmenge) verwendet wird. 7. Verfahren nach Anspruch. 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsäure in einer Menge von 0,05 bis 2 Gesvichtspro zent (bezogen auf die Gipsmenge) verwendet wird. 8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschäumen bei einer Temperatur von 20 bis 600C durchgeführt wird. 9. Verwendung des Schaumgipses gemäss Anspruch 1 als Iso liermaterial. 10. Bauelement, bestehend aus Schaumgips gemäss Anspruch 1.

Inventors: ECKARDT, PETER, DR.
Applicants: HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1980
Main classification: C04B21
IPC codes: C04B38, C04B28