STRUCTURAL ELEMENTS CONTAINING WOOD CHIPS, IN PARTICULAR PLASTER BOARDS

Abstract: A description is given of structural elements, in particular plasterboards of the sandwich-type or pure plasterboards, the plaster core containing up to about 10% wood chips in addition to the additives known in this technology. The chips are made up in turn of elongated strip-shaped flat chips produced in cutter mills and plate-type flat chips produced in swing-hammer mills. They are added to the dry plaster with the other components, after which this mix is processed on a standard sandwich-type plasterboard machine with water being added. <IMAGE>

Description: Beschreibung Bauteile, insbesondere Platten aus Gips, sind in den verschiedensten Ausfertigungen zur Verwendung beispielsweise im Hochbau wie bei der Errichtung von Wohnhäusern ein nicht mehr wegzudenkender Werkstoff. Diese Platten werden mit Kartonummantelung als sogenannte Gipskartonplatten in verschiedenen Stärken und Abmessungen eingesetzt. Sie dienen als Trockenputz, zum Feuerschutz, als Träger von Dämmstoffen gegen Wärme und Schall und sind aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften besonders wertvolle Bauteile. Diese Gipskartonplatten werden mit verschiedenen Zusätzen und in verschiedener Dichte je nach Verwendungszweck hergestellt (Hanusch, "Gipskartonplatten", 1. Auflage, 1978). Es ist ferner bekannt, Gipsplatten ohne Kartonummantelung in verschiedenen Stärken und Abmessungen mit planen Oberflächen in ähnlicher Weise zu verarbeiten wie Gipskartonplatten. Sowohl Gipskartonplatten als auch Gipsplatten ohne liartonummante- lung mit plange4schliffenen Oberflächen können, wie bereits ausgeführt, die verschiedensten Zusätze haben. Insbesondere hat man versucht, mechanische Festigkeiten dndurch zu verbessern dass man faserförmiges Material, sei es aus organischen, sei es aus anorganischen Stoffen, zugesetzt hat (1)1:-OS 15 71 4GG). Als Zusätze zu dem die Platte leitztlich bildenden Kalziumsulfathalbhydrat wurden vorgeschlagen beispielsweise ausser Ton und Rohgips und Kunstharzpulvern. Fasern und Späne aller Art. Die Vorstellung. Späne in die Gipsplatten einzuarbeiten, findet ihrcn Ausdruck auch in einer späteren deutschen Patentanmeldung. nämlich DE-AS 29 19 311. in der vorgeschlagen wird, diese Späne mit Wasser zu tränken, so dass das zur Hydratation des Halbhydratgipses erforderliche Anmachwasser auf diese Weise dem Gemenge zugeführt wird, so dass möglichst wenig überschüssiges Wasser vorhanden ist, das, wie bekannt und in jedem Falle lästig, aber notwendig, später durch Trocknen wieder entfernt werden muss Während in der erstgenannten DE-OS 15 71 466 ganz pauschal von Spänen die Rede ist, ohne anzugeben, welcher Art die Späne sein sollen, ist in der letztgenannten DE-AS 29 19 311 die Beimischung von Holzspänen nur noch ein Vehikel, mit dem man das zum Abbinden erforderliche Wasser in das Halbhydratgemenge eintragen will. Auch hier ist von Spänen nicht die Rede hinsichtlich ihrer Natur, ihrer Art, insbesondere ihrer Gestalt und Abmessungen und dergleichen mehr. Die Gipskartonplatte oder die Gipsplatte ist zwar ein ausgezeichnetes Bauteil mit einer praktisch universellen Verwendung im Innenausbau. jedoch ist sie sowohl herstellungsseitig als auch anwendungsseitig mit gewissen Problemen behaftet, die nicht zuletzt unter Berücksichtigung unserer Umwelt nach Lösungen und seien sie noch so klein verlan gen. Das eine Problem ist die grosse Wassermenge. die bei der Herstellung eines verarbeitbaren Gipsbreies crforderlicll ist und die über die tatsäch- lich zum Abbinden erforderliche Menge hinausgeht und später wieder herausgetrocknet werden muss. wodurch grosse Mengen Wärme erforderlich sind und beträchtliche Mengen Wasserdampf verschwendet werden. Ein anderes Problem ist die Erreichung einer ausreichenden Festigkeit. was trotz der Hinweise. die in der obcn aufgeführten l,itcralur aufgc- zählt sind, bisher nicht in jedem Fall erreichbar war. Dcr Hinweis, dem Gips bzw. dem Gipsbrci Splinte zuzumischen, ltisst den Fachmann noch mit vielen Fragen allein. Die DE-OS 15 71 466 redet Icdiglich von Spänen schlechthin. Es ist weder angegeben, aus welchen Stoffen diese Späne sein sollen, welche Abmessungen noch welche Form sie haben sollen. Praktisch das gleiche gilt für die DE-AS 29 19 311, und wenn man letztere Schrift ausführlich studiert, so tritt das Problem Späne wieder völlig in den Hintergrund, denn sie sind hier zwar etwas deutlicher erwähnt, indem man das Material nennt, aus dem sie bestehen sollen, nämlich aus Holz, aber sie spielen nicht mehr die Rolle der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Platte, sondern sie treten nur noch als Wasserträger für das abzubindende Halbhydrat in Funktion. Das dürfte sicher auch ein Grund sein, weshalb sich diese Informationen, die mehr als 20 Jahre zurückliegen, bisher in der Praxis nicht durchgesetzt halben. Die vorliegende Erfindung schlägt nun vor, eine Bauplatte in der Art einer Gipskartonplatte, die aber auch als reine Gipsplatte mit geschliffenen Oberflächen hergestellt werden kann und die die bisherigen Probleme der mechanischen Festigkeiten im wesentlichen löst, so auszubilden, dass dem pulverförmigen Kalziumsulfathalbhydrat bis zu 10 % Holzspäne zugesetzt sind, die sich aus 30 bis 40 '" in einer Messermühle hergestellte flache Späne und 70 bis 60 % in einer Hammermühle hergestellte flache Späne zusammensetzen und die trocken untergemischt sind. Ohne die Zugabe eines Verflüssigcrs zum Halbhydratgemenge lassen sich etwa 5 bis G t dicscs Holzspänegumisches ohne Problem untermischen. Mit einem Verflüssiger wie beispielsweise Ligninsulfonat erreicht man Mengen bis zu 10 % und ctwas mehr. Der Feuchtigkeitsgehalt der Späne liegt etwa in der Grössenordnung von 2 bis 50 Gew.-%. und die Messermühlenspäne, die streinfärmige Gestalt haben, bezitzen erfindungsgemäss Abmessungen zwischen 10 und 40 mm, Breiten zwischen 1 und 5 mm und Dicken zwischen 0,2 und 0,5 mm. Die in der Hammermühle hergestellten Flach späne sind kürzer und plättchenförmiger in ihrer Gestalt mit Längen zwischen 0,2 und 10 mm, Breiten zwischen 0,2 und 1 mm und Dicken von 0,1 bis 0,2 mm. Es hat sich gezeigt, dass ein Gemisch aus Kalziumsulfathalbhydrat dem erfindungsgemäss zusammengesetzten Holzspänegemisch Anmachwasser mit einem Wasser/GipsiFaktor um 0,60 bis 0,70. Verflüssiger und Schäumer, der bei der Steigerung des Späneanteils in der Gipsmasse entsprechend reduziert wird, anstandslos in Einrichtungen verarbeiten, wie sie zur Herstellung von Gipskartonplatten üblich sind. Es hat sich bei der Herstellung dieser Platten mit den Holzspänen wie beschrieben gezeigt. dass es für Festigkeit, Verarbeitbarkeit und Verhalten der Masse bei der Herstellung wesentlich auf die Gestalt, auf die Zusammensetzung der Späne ankommt. Gleichmässig lange Späne sind wenig geeignet, weil sie dazu neigen. , sich bei dem Fliess- und Fertigungsgang im Laufe der Herstellung der O ipskartonplatte im überwiegenden Masse in diese Fliessrichtung der Fertigung zu orientieren. so dass die l; ;cstig- keiten dadurch insbesondere in dieser Richtung nicht den Erwartungen entsprechen. L:S scheint so zu scin, dass dns Gemisch der unterschiedlichen Späne hinsichtlich ihres Herstellungsverfahrens bzw. ihrer Gestalt und Abmessungen eine gegenseitige Beeinflussung bewirkt, die, wie bei einem Korngemisch, das entsprechend der Fuller-Kurve hergestellt ist fungiert. Die Gipsmasse kann ausserdem, bezogen auf den Halbhydratanteil, bei dem es sich in der Regel um Stuckgips handelt, auch einen Anteil an Polyvinylalkohol in Mengen zwischen 0,2 und 0,6 % enthalten und bis zu 40 % des Stuckgipses kann durch Zement ersetzt sein, insbesondere durch einen CêA-haltigen Zement. In der nachfolgenden Tabelle sind die mechanischen Festigkeitswerte einer herkömmlichen 18 mm dicken Gipskartonplatte mit einer 18 mm dicken Holzspangipsplatte gegenübergestellt. Insbesondere interessant ist, dass beispielsweise die Schraubenausziehfestigkeit quasi um das Doppelte zugenommen hat und ebenso auch die Nagelauszugsfestigkeit, Eigenschaften, die insbesondere interessant sind für den Fertighausbau, in welchem die Platte besonders günstige Anwendungen erfahren dürfte. Tabel le Hotzspangipsplatte EMI5.1 <tb> <SEP> 18 <SEP> mm <SEP> GKB <SEP> 18 <SEP> mm <SEP> Holzspangips <SEP> platte <tb> Biegezugfestigkeit <SEP> (Nimm2) <SEP> 6,7 <SEP> 6.5 <tb> E-Modul <SEP> (N/mmê) <SEP> 4300 <SEP> 6400 <tb> Druckfestigkeit <SEP> (N/mmê) <SEP> 9.2 <SEP> 13.7 <tb> Kugeldruckhärte <SEP> (N/mmê) <SEP> 15.0 <SEP> 25.3 <tb> Schraubenausziehfestigkeit <SEP> (N) <SEP> ) <SEP> 450 <SEP> 870 <tb> Nagelausziehfestigkeit <SEP> (N) <SEP> 51 <SEP> 140 <tb> Die erfindungsgemässe Holzspangipsplatte kann auf ihrer Aussenseite beschichtet scin, und zwar mit El2(SO4)3 und Ettringit. und in Verfolg des erfindungsgemässen Gedankens ist es auch möglich, statt der Kartonummantelung eine Ummantelung wie an sich bekannt vcrmittels eines Glasfaservlieses oder eines Glasfasergewebes oder -geleges in Kombination mit einem Vlies vorzunehmen. In Weiterentwicklung dieser Beschichtungsart kann auch so verfahren werden, dass die Glasfaserummantelung die schmalen Ränder freilässt und nur die beiden grossen Flächen der Platte abdeckt, wobei die Glasfaserbahnen, sei es als Vlies, sei es als Gelege oder Gewebe, mit unterschiedlicher Dichte oder Maschenweite ausgeführt sein können und ganz oder teilweise in die breiige Oberfläche der Platte eingedrückt sein können. Es ist auch möglich, mehrere Beschichtungen, wenigstens aber zwei, auf diesen grossen Seitenflächen vorzunehmen, von denen eine in den Gipsbrei so weit eingedrückt ist, dass der Gipsbrei mit der nach aussen weisenden Oberfläche des Geleges und Gewebes plan verläuft und die zweite Lage, die dann vorzugsweise aus einem Vlies besteht, nur noch mit den durch die Maschen des eingedrückten Geleges oder Gewebes verklebt wird. Das kann in an sich bekannter Weise ge schuhen. Durch den erfindungsgemässen Vorschlag erhält man eine ausser ordentlich feste, stabile Bauplatte mit praktisch universellen Eigenschaften. Wie bereits erwähnt, besteht eine gewisse Beziehung zwischen Holzspan anteil in der Platte und Aufporungsgrad dadurch Schaumzugabe, mit ande ren Worten bei maximaler Holzspanzugabe wird der Aufporungsgrad praktisch null sein. Da das Raumgewicht der erfindungsgemässen Holzgipsplatte grösser ist als das der herkömmlichen Gipsplatte oder Gipskartonplatte. ergeben sich auch für den Schallschutz bessere Werte. l,s ist natürlich auch möglich. sonstige Zusitze. wie sie bei Gipskartonplatten und Gipsplatten üblich sind, bei der herstellung der erfindungsgemässen Holzspangipsplatte anzuwenden. So kann beispielsweise die erfindungsgemässe Platte, sei es als Gipskartonplatte, sei es als Gipsvliesplatte, mit Glasfasermaterialbeschichtung oder als reine Gipsplatte mit einem bekannten Mittel hydrophobiert werden, beispielsweise mit einem Polyalkylwasserstoffsiloxan, das zusammen mit einem Emulgator eingesetzt wird. Das Holzspangemisnh kann aber auch in Verfolg des erfindungsgemässen Gedankens weiter abgewandelt werden, indem man in ihren Abmessungen noch kleinere, in einer Hammermühle erzeugte Späne zumischt, und zwar in einer Menge, die etwa 30 % der Menge ausmacht, die sich verteilt zu einem Drittel auf die kleinen Hammermühlenspäne und zu zwei Dritteln auf die grossen Messermühlenspäne Eine solche Mischung wirkt sich auch gut aus, wenn ein Teil des Gipses durch Zement ersetzt wird. In erfindungsgemässem Verfolg des oben beschriebenen Armierungssystems der Gipsplatten unter Verwendung des besonderen Holzspänegemisches wurde gefunden. dass ein geringer Anteil Glnsfasern, wie sie be kannterweise Gipsplatten bereits zugesetzt sind, eine zusätzliche vorteilhafte Steigerung der mechnnischen 1SiRensch;li'lcn der Platten geben. Es wird vermutet. dass durch das Zusammenbringen von festen indifferenten Materialteilchen der hier beschriebenen Art und Form eine Verflechtung oder Verfilzung eintritt, in der Glasfaserchen mit wirken und die Gesamtstruktur günstig beeinflussen. Dic Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung, in der Tcilc des Bauteiles als auch Schnittc durch das Bauteil dargestellt sind, näher erläutert. Fig. 1a + b zeigen perspektivische Ansichten der beiden Holzspänearten, wie sie erfindungsgemäss verwendet werden, Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Platte mit Kartonummantelung in der Art einer Gipskartonplatte und Fig. 3 einen Schnitt durch eine Platte gemäss der Erfindung mit seitlicher Abdeckung aus bahnförmigem Material aus Glasfasern. In Fig. la ist ein Span hergestellt, der ein grosses Längen/Breiten- verhältnis hat und in einer Messermühle erzeugt ist. Dadurch hat der Span eine andere Oberflächenstruktur, und auch die Kanten oder Ränder sind im wesentlichen wie die Flächen glatter. Er ist nur fein gerauht. Der in Fig. 1b hingegen dargestellte Span mit einem kleineren Längen / Breitenverhältnis hat aufgrund seiner Herstellung eine andere Oberflächen- struktur. Beide Späne scheinen sich gegenseitig zu beeinflussen und ein verzahntes und verschachteltes System zu ergeben wobei dieses Ineinandergreifen die mechanischen Eingenschaften besonders günstig entwickelt. In Fig. 2 ist ein Querschnitt einer Gipskartonplatte dargestellt. deren Kern in erfindungsgemässer Weise ausgestaltet ist. Die Fertigung crfolgt in üblicher Art auf einer Gipskartonplattenmaschine. Dcr Ansichtsseitenkarton 1 nimmt den die Holzspänne enthaltenden Gipsbrei auf, der dann schliesslich den Karton 2 in der Platte bildet. Die Striche 3 sollen die Holzspäne darstellen, die in geregelter Unregelmässigkeit die fort schrittlichen Eigenschaften der Platte bedingen. Das 13ezugszeichen 4 bczciclinct den Rückseitcnkurton. Der Karton kann, wie in der Beschreibung erwähnt, auch ersetzt sein durch ein Glasseidengelege oder ein Vlies oder dergleichen Material, das genau wie ein Karton auch verarbeitet wird. In Fig. 3 ist eine andere Art Platte dargestellt. Zunächst handelt es sich um eine Platte mit der erfindungsgemässen Gipsmischung. die den Kern 3 bildet und die entweder ohne jegliche Beschichung oder Ummantelung ist oder wie in Fig. 3 dargestellt, mit bahnförmigen Abdeckungen 5 auf der einen Seite, beispielsweise unter Verwendung eines Glasfaservlieses und mit Abdeckungen 6 auf der anderen Seite, die der Abdeckung 5 entsprechen kann oder aus einer Kombination unterschiedlicher bahnförmiger Materialien besteht, beispielsweise Vliesgewebe oder -gelege, die ganz oder teilweise oder Kombinationen solcher bahnförmiger Materialien in den Gips eingedrückt sind. Die schmalen Ränder 7 und 8 wären bei dieser Ausgestaltung ohne Abdeckung und bestünden lediglich aus Gips. in dem die Holzspäne teilweise in Erscheinung treten. Ausser dem üblicherweise als Bindemittel verwendeten Gipses kann natürlich auch ein Gemisch von Kalziumsulfat halbhydraten eingesetzt werden, das beispielsweise aus Betaund Alphahalbhydrat besteht oder aus einem aridisierten Halbhydrats welches unter Verwendung von Kristalltracht modifizierten Substanzen teilweise zu Alphahalbhydrat rekristallisiert ist. Für besondere Anwendungszwecke kann auch angeregter Anhydrit zur Herstellung der Platten verwandt werden. Die Holzspäne bestehen vorzugsweise aus Weichholz, z. B. aus Fichten-, Pine- und Pappelholz oder dgl. Es wirkt sich günstig auf die Eigenschaften der Platten aus, wenn man die Holzspäne vorher auf Temperaturen erwärmt, die die flächigen Bestandteile austreiben, aber das Holz noch nicht nachteilig beeinflussen, z. B. auf Temperaturen zwischen 125 und 14O0C. In weiterer Entwicklung der Erfindung können die Späne in natürlicher oder vorbehandelter Form mit Kalziumformeat in wässriger Lösung zum Zwecke der Mineralisierung der Oberflächen behandelt werden. Die feuchten Späne können dann entweder getrocknet oder direkt zum Plattenmaterial verarbeitet werden.

Claims: Structural elements, containing calcium sulphate binder and wood chips, especially boards of gypsum, such as sandwich-type plasterboards, boards or fibre-reinforced plasterboards jacketed or coated with glass fibre material, comprising the usual admixtures and a content of wood chips, characterized in that there are added to the pulverulent, calcium sulphate binder, up to 10% wood chips, which are composed of 30 to 40% of flat chips produced in a chopping mill and 70 to 60% of flat chips produced in a hammer mill and which are dry mixed together. Structural elements according to Claim 1, characterized in that the moisture content of the chips is from 2 to 50% by wt. and the flat chips have a strip-shaped form and the chips produced in the chopping mill are 10 to 40 mm long, 1 to 5 mm wide and 0.2 to 0.5 mm thick and the hammer mill chips have a short, platelet-like form and are 0.2 to 10 mm long, 0.2 to 1 mm wide and 0.1 to 0.2 mm thick. Structural elements according to Claims 1 and 2, characterized in that the structural element contains, in the plaster core (2), also short glass fibres. Structural elements according to Claims 1 to 3, characterized in that the gypsum of the structural element is replaced by up to 40% cement, preferably C₃A-containing cement. Structural elements according to Claims 1 to 4, characterized in that the structural element is coated, at least on its wide faces, with Al₂(SO₄)₃ and Ettringit, and that the structural element is made water repellent. Structural elements according to Claims 1 to 5, characterized in that the binder-forming, pulverulent calcium sulphate hemihydrate is thoroughly dried hemihydrate, beta hemihydrate, alpha hemihydrate or mixtures of these hemihydrates. Structural elements according to Claims 1 to 6, characterized in that the wood chips are softwood chips and, before processing, are temporarily heated to temperatures between 125 and 140°C. Structural elements according to Claims 1 to 7, characterized in that the wood chips, in the natural or heat-treated form, are surface-mineralized by treatment with a calcium formate solution.

Inventors: HILSCHER, GERALD, DIPL.-ING., RENNEN, HEINZ, DR.
Applicants: RIGIPS GMBH
Application year: 1987
Main classification: C04B18
IPC codes: E04C2, C04B41, C04B18, C04B28