DE69902447T2

DE69902447T2 - Leichte gipszusammensetzung

Info

Publication number: DE69902447T2
Application number: DE69902447T
Authority: DE
Inventors: M. Jobbins
Original assignee: Rhodia Inc
Current assignee: Solvay USA Inc
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: EP1064237B1; DK1064237T3; ES2178407T3; ATE221864T1; WO1999047470A1; DE69902447D1; PT1064237E; EP1064237A1; US6171388B1; AU3004599A

Description

Hinterrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft neue Gipszusammensetzungen, ein Verfahren zur Herstellung dieser Materialien und Gegenstände, welche die Materialien enthalten. Im Speziellen schließen die Materialien als ein Zusatzstoff ein Latexpolymer und ein Tensid ein. Diese Kombination verleiht der Gipszusammensetzung überraschenderweise Festigkeit, so dass leichtere Materialien, insbesondere Bauplatten mit geringerem Gewicht, hergestellt werden können.

2. Technologische Beschreibung

Eine Gipsplatte wird verwendet, um in Wohngebäuden und Gewerbegebäuden Innenwände zu fertigen. Sie hat Vorteile gegenüber gemauerten Wänden, da sie relativ einfach zu installieren ist, niedrigere Kosten hat und minimales Nachbearbeiten erfordert. Eine Gipsplatte wird normalerweise in Bahnen geliefert, die in der Dicke von 0,635 bis 2,54 cm (0,25 bis 1 Zoll) variieren. 122 cm (48 Zoll) breit sind und in den Längen zwischen 244 und 488 cm (8 und 16 Fuß) sind. 137 cm (54 Zoll) breite Platten sind für Gebäude mit 274 cm (9 Fuß) Decken gefertigt. Die Mehrzahl der gefertigten Gipsplatten ist 122 · 244 · 1,27 cm (4' · 8' · 1/2") dick.
Eine Gipsplatte ist relativ dicht. Für den Versand sind Lastwagen eher durch das Gewicht als durch das Volumen beschränkt. Da ein beträchtlicher Anteil der Kosten einer Gipsplatte die Fracht ist, ist es wünschenswert, das Gewicht einer Gipsplatte zu verringern, ohne auf die Festigkeit zu verzichten. Außerdem sind leichtere Platten einfacher zu handhaben und zu installieren.
Leichtere Struktureinheiten können, falls gewünscht, in größeren Größen gefertigt werden, was auch die Fertigungskosten pro Flächeneinheit verringern kann.
Um für den Handel von Wert zu sein, müssen die Gipsplatten die objektiven Testkriterien der ASTM-Methoden C-36 und C-473 bestehen können.
Eine handelsübliche Gipsplatte enthält etwa 70% Luft pro Volumen. Etwa 30% des Volumens ist durch die Einbringung von Luftblasen bedingt. Mit der Zunahme des Luftblasenvolumens nimmt die Festigkeit der Platten dramatisch ab. Die Erfahrung hat gelehrt, dass durch die Luftzuführung allein keine genügend verbesserten leichten Bauplatten, die eine adäquate Festigkeit haben, hergestellt werden können. Überdies stellt die Einbringung von leichten Partikeln allein, auch in kleinen Mengen, kein befriedigendes leichtes Produkt her.
Probleme, auf die gestoßen worden ist, liegen im Bereich des gründlichen Dispergierens des leichten Gegenstands im nassen Zement oder im gebrannten Gipsgemisch und des Festhaftens solcher Partikel in der ausgehärteten zementithaltigen Matrix. Ursprünglich bezogen Technologien für die Gewichtsabnahme von Struktureinheiten die Verwendung von expandiertem Vermiculit, Perlit und ähnlichem ein. In einem neueren Patent sind leichte Partikel oder Kügelchen aus expandierbaren thermoplastischen Polymerharzen verwendet worden. Sie sind in erster Linie ausdehnbare Polystyrolkügelchen, ebenso wie Polyethylen- und verschiedenartige polymere Copolymere gewesen, die im Allgemeinen vor der Verwendung ausgedehnt werden, um die geringste Dichte zu erhalten. Diese thermoplastischen Partikel oder Kügelchen sind insofern vorteilhaft, als dass jedes Partikel oder Kügelchen geschlossene Zellen umfasst und wenn sie vor-expandiert werden, können sie leicht auf eine so niedrige Dichte wie 16,0 kg/m³ (1 Pfund pro Kubikfuß) oder sogar so niedrig wie etwa 8,00 oder 9,61 kg/m³ (0,5 oder 0,6 Pfund/Kubikfuß) gebracht werden. Im Allgemeinen stellt die Vor-Expandierung auf einer kommerziellen Basis Partikel von so niedriger (Dichte) wie etwa 9,61 kg/m³ (0,6 Pfund pro Kubikfuß) bis etwa 24,0 kg/m³ (1¹/&sub2;Pfund pro Kubikfuß) ohne eine extra und kostspielige Einrichtung und ohne zusätzliche Aufarbeitung her. Daher sind die thermoplastischen leichten Partikel sehr viel vorteilhafter als diese vorhergehend verwendeten aus Vermiculit und/oder Perlit, die eine Dichte von mindestens einigen Malen der thermoplastischen Körnchen haben.
Trotz der Verbesserungen, die mit der Einbringung von Partikel assoziiert sind, kann dies zu einer Sprödigkeit des zementithaltigen Materials führen. In einer leichten Bauplatte verringert das durch den Thermoplasten und/oder die eingebrachte Luft belegte Volumen die Menge der anwesenden Gipsmatrix grundlegend und erniedrigt die Festigkeit und speziell die gewünschte Biegefestigkeit.
Ein anderes Hauptproblem, auf das in der kommerziellen Hochgeschwindigkeitsherstellung von leichten Struktureinheiten gestoßen wurde, ist die Entfernung von überschüssigem Wasser aus dem Brei oder Gemisch während des Aushärtens. Eine bestimmte Menge Wasser ist erforderlich, um das trockene zementithaltige Material, wie zum Beispiel gebranntem Gips oder Zement abzubinden (zu hydratisieren). Um ein frei fließendes Gemisch zu erhalten, ist es notwendig gewesen, überschüssiges Wasser in der Größenordnung von zwei bis drei Mal so viel, wie eigentlich für das Abbinden (Hydratisieren) benötigt ist, zuzugeben, um ein glattes, frei fließendes Gemisch mit niedriger Viskosität, geeignet für die Verwendung beim Transport und Platzieren des Gemisches in eine Form oder andere Vorrichtung, in welcher der Brei oder das Gemisch getrocknet wird, um den Kern der leichten Struktur zu bilden. Die Energie, Zeit und Einrichtung und der Platz, die für die Entfernung der überschüssigen Feuchtigkeit sind, schaffen einen entscheidenden Hindernisgrund bei der preiswerten Fertigung von leichten, Hochgeschwindigkeits-, Hochvolumenherstellung von Struktureinheiten, wie zum Beispiel Gipsbauplatten und ähnlichem.
Das US Patent Nr. 4,265,964 stellt eine Methode zur Herstellung von leichtem Gips bereit, bei dem niedrig-dichte, expandierbare thermoplastische Körnchen oder Partikel, die expandiert worden sind, in Verbindung mit einem zementithaltigen Basismaterial, wie zum Beispiel Gips (im Allgemeinen calciniert in die Hemihydratform, z. B. CaSO&sub4;·1/2H&sub2;O); einem Tensid; einem Zusatzstoff, der als ein Schaumbildner wirkt, um eine angemessene Menge von Luft in das Gemisch einzubringen, um beim Erhalten einer leichten Dichte mitzuhelfen; eine filmbildende Komponente, um einen besseren Fluss und eine bessere Konsistenz des Gemisches bereitzustellen, ebenso wie eine größere Festigkeit, Flexibilität, Wasserabstoßung, und Haftung des Endproduktes, wenn das Gemisch ausgehärtet ist; und eine Stärke, die als ein Bindemittel und um die Haftungseigenschaften des Gemisches zu erhöhen zugegeben werden kann, verwendet werden. Dieses Patent erfordert die Anwesenheit des partikelförmigen Materials, was die Gesamtkosten des Endprodukts erhöht.
Es ist in der Literatur vorgeschlagen worden, dass Verbesserungen im gipshaltigen Endprodukt erhalten werden können, wenn ein bis 50 Gewichtsprozent des Endprodukts an Latex zugegeben wird. Siehe zum Beispiel US Patent 5,401,798, JP63307175 A2(CA 111: 44452), JP85018536 B4(CA103: 88836), JP 60021875 A2(CA103: 10530), JP 57038360 A2 (CA 97: 43238), US 4137198, JP 50041943 (CA 84: 78875). Diese vorgeschlagene Lösung ist insofern mangelhaft, als dass sie zwingend erfordert, dass der Latex überall im Gipsprodukt dispergiert ist, ansonsten können eventuell Flächen mit Schwachstellen in der Platte auftreten. Während die Verwendung von Dispersionsmitteln oder Tensiden verwendet werden könnte, um die Dispersion des Latex zu fördern, würde ein Fachmann unvermeidlich zum Schluss geführt werden, dass minimale Mengen an Dispersionsmitteln oder Tensiden zugegeben werden, um die Plattenfestigkeit zu erhalten. Überdies würde die Zugabe von vielen Arten von Tensiden den Fachmann zum Schluss führen, dass die Viskosität des Breis, der verwendet wird, um das Endprodukt zu bilden, auf einen Wert ansteigen würde, der für die kommerzielle Fertigung nicht wünschenswert ist.
Trotz der vorstehenden Lehren existiert auf dem Fachgebiet immer noch eine Notwendigkeit für ein Gipsprodukt, das, wenn es als Bauplatte hergestellt wird, die Kriterien der ASTM- Methoden C-36 und C-473 erfüllt, das kein partikelförmiges Material zugegeben benötigt, und, das trotz einer Verringerung des Gewichts pro Einheitsvolumen die Festigkeit beibehält oder einen Anstieg der Festigkeit, verglichen mit den Produkten mit höherer Dichte, demonstriert. Die vorliegende Erfindung ist darauf ausgerichtet, solche Aufgaben zu lösen.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein neues gipshaltiges Produkt, das die Kriterien der ASTM-Methoden C-36 und C-473 erfüllt, das kein partikelförmiges Material zugegeben benötigt, und, das trotz einer Verringerung des Gewichts pro Einheitsvolumen die Festigkeit beibehält oder einen Anstieg der Festigkeit demonstriert, bereitstellt. Der Schlüssel zum Erfolg der Erfindung ist die Zugabe von Latex zum gipshaltigen Produkt in Kombination mit einer überschüssigen Menge an nichtionischen Tensid.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Zusammensetzung, umfassend
(a) Gips (CaSO&sub4;·2H&sub2;O);
(h) ein oder mehrere natürlich vorkommende oder synthetische Latexpolymere; und
(c) ein oder mehrere nichtionische Tenside, vorliegend in einer Menge zwischen etwa 0,05 und etwa 0,3 Gewichtsteilen pro Gewichtsteil Latexpolymer;
wobei eine Bauplatte, die mit dieser Zusammensetzung und Wasser hergestellt wurde, die Kriterien der ASTM-Methoden C-36 und C-473 erfüllt und eine Dichte nach dem Formen von weniger als etwa 0,64 g/cm³ besitzt.
In, besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das Latexpolymer von Styrol und Acrylmonomeren abgeleitet und das nichtionische Tensid umfasst ein Alkoholethoxylat, vorliegend in einer Menge von mindestens 5 Gewichtsprozenten des zusätzlichen Polymers.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Methode zur Herstellung von leichtem gipshaltigem Baumaterial. Diese Methode umfasst die Schritte von:
(a) Bereitstellen einer Menge an Stuckgips (CaSO&sub4;·1/2H&sub2;O);
(b) Hinzufügen von Wasser in einer Menge von 30 bis etwa 90 Teilen pro 100 Teile Stuckgips:
(c) Hinzufügen eines natürlich vorkommenden oder synthetischen Latex als Bindemittel zu dem Stuckgips und Wasser in einer Menge von etwa 0,25 bis etwa 10 Teile Latexpolymer pro 100 Teile Stuckgips;
(d) Hinzufügen eines nichtionischen Tensids in einer Menge von etwa 2 bis etwa 30 Teilen pro 100 Teile natürlich vorkommenden oder synthetischen Latexpolymers, um das natürlich vorkommende oder synthetische Latex zu dispergieren;
(e) Hinzufügen eines schaumbildenden Mittels zu den Komponenten (a), (b), (c), und (d);
(f) Mischen der Komponenten, damit das gipshaltige Baumaterial formen und härten kann;
zum Herstellen von Baumaterial, das eine Dichte nach dem Formen von weniger als etwa 0,64 g/cm³ aufweist und das die Kriterien der ASTM-Methoden C-36 und C-473 erfüllt.
In bevorzugten Ausführungsformen, gegebenenfalls zugegeben als Verfahrenshilfsstoffe, ist jeder der folgenden Stoffe eingeschlossen: Füllstoffe, Aggregate, Fasern, Pigmente, Verdickungsmittel, Beschleuniger, Verzögerer und Wasserreduzierer. In den meisten bevorzugten Ausführungsformen schließt das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Dispergierens der Mischung zwischen zwei Bahnen Deckpapier vor dem Härten ein, um eine leichte Bauplattenwand zu bilden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues leichtes Konstruktionsmaterial bereitzustellen.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Methode zur Herstellung eines neuen leichten Konstruktionsmaterials bereitzustellen.
Diese und andere Gegenstände werden Fachleuten leicht ersichtlich sein, da auf die detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform Bezug genommen wird.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform wird der Klarheit wegen eine bestimmte Terminologie verwendet. So eine Terminologie bezweckt, die zitierte Ausführungsform einzuschließen, sowie alle technischen Äquivalente, die in einer ähnlichen Art zu einem ähnlichen Zweck arbeiten, um ein ähnliches Ergebnis zu erbringen.
Wenn der Ausdruck "Teile" verwendet wird, um quantitative Mengen zu definieren, bezweckt der Ausdruck, Gewichtsteile zu definieren, falls nichts Gegenteiliges angezeigt wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zusammensetzung zur Herstellung einer leichten Gipsplatte mit exzellenten Festigkeitseigenschaften als ein Ergebnis der Zugabe eines natürlich vorkommenden oder synthetischen Latexpolymers und eines nichtionischen Tensids in einer Menge von etwa 2 bis etwa 30 Teilen pro 100 Teile des Polymers.
Die Gipsplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dichte von weniger als etwa 1650 Pfund/ 1000 Quadratfuß für eine 1,27 em (1/2 Zoll) dicke Platte (das entspricht 0,64 g/cm³), vorzugsweise zwischen etwa 1000 bis etwa 1650 Pfund/1000 Quadratfuß für eine 1,27 cm (1/2 Zoll) dicke Platte (das entspricht zwischen 0,39 und 0,64 g/cm³), mehr bevorzugt zwischen etwa 1000 und etwa 1300 Pfund/ 1000 Quadratfuß für eine 1,27 cm (1/2 Zoll) dicke Platte (das entspricht zwischen 0,39 und 0,51 g/cm³). Die Platte erfüllt auch die Kriterien der ASTM-Methoden C-36 und C-473.
Die meisten Gipsplatten sind aus natürlichem Gips hergestellt (Calciumsulfatdihydrat), einem Mineral, das überall in der Welt weit verbreitet ist. Der Rest wird aus synthetischen Gipsquellen hergestellt, wie zum Beispiel Abfallmaterial aus Arbeitsgängen bei der Rauchgasentschwefelung. Kurz, das Plattenherstellungsverfahren besteht aus den folgenden Schritten:
Gipsgestein wird abgebaut und zu der Plattenmühle transportiert, wo es getrocknet wird, auf eine Partikelgröße von ~25 um zerkleinert wird und bei etwa 175ºC in einem besonderen Brennofen gebrannt wird, um Stuckgips zu ergeben (manchmal als Gips in Hemihydratform bezeichnet). Diese Reaktion ist wie folgend:
Um den Stuckgips (Gipshemihydrat) in Gipsmaterial, das für eine Verwendung in Konstruktionsanwendungen geeignet ist, zurückzuwandeln, wird der Stuckgips mit Zusatzstoffen und Wasser und einer vorgeneriertem Schaum in einem "Bolzen"-Mixer gemixt, um einen Brei zu bilden. Für die Herstellung einer Gipsplatte wird der Brei in lange kontinuierliche Bahnen zwischen zwei Schichten von Papier ausgestaltet. Für geformte Gegenstände wird der Brei in eine Form platziert. Nach erfolgtem Annässen des Stuckgipses, löst sich das Hemihydrat, nadelartige Gipskristalle fällen, die Kristallmasse härtet und wird fest. Die Härtungsreaktion ist wie folgend:
Um das Verfahren abzuschließen, werden Bahnen geschnitten, umgedreht und in großen, kontinuierlichen Öfen getrocknet. Sie sind dann paarweise Fläche-an-Fläche geklebt und für den Versand gestapelt.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, ist die primäre Komponente der Endzusammensetzung Gips (Calciumsulfatdihydrat). Jedoch werden während der Fertigung der Baumaterialzusammensetzung ein synthetisches oder natürlich vorkommendes Latexpolymer und ein nichtionisches Tensid zugegeben, um die Dichte der Endzusammensetzung zu verringern, während überraschenderweise seine Festigkeit erhalten bleibt oder sogar ansteigt.
Das nächste Element der Zusammensetzung ist ein natürlich vorkommender oder synthetischer Latex. Mit dem Ausdruck "Latex" ist bezweckt, ein polymeres Material in einer emulgierten Form, mit Wasser als das bevorzugte Dispersionsmedium, zu definieren. Der Ausdruck "Latexpolymer" definiert das polymere Material des Latex. Als in den Umfang der vorliegenden Erfindung betrachtet sind auch Ausführungsformen, bei denen das Dispersionsmedium ein organisches Lösungsmittel umfasst.
Die natürlich vorkommenden oder synthetischen Latexpolymere der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise von einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomeren abgeleitet, die zur Polymerisation in einer wässrigen Umgebung in der Lage sind. Insbesondere sind die Verwendung eines der folgenden Monomere bevorzugt: Säuren und Ester auf (Meth)acrylbasis, Acrylnitril, Styrol, Divinylbenzol, Vinylester, einschließlich aber nicht begrenzt auf Vinylacetat, Acrylamid, Methacrylamid, Vinylidenchlorid, Butadien und Vinylchlorid. Die Polymere, die hergestellt sind, können die Form von Homopolymeren (z. B. nur eine Art eines gewählten Monomers) oder Copolymeren annehmen (z. B. Gemische aus zwei oder mehr Arten von Monomeren sind ausgewählt; dies schließt besonders Terpolymere und Polymere, die von vier oder mehr Monomeren abgeleitet sind, ein).
Die am meisten bevorzugten Monomere sind vinylaromatische Monomere, wie zum Beispiel Styrol, das entweder allein oder in Kombination mit Monomeren, die Ester auf Acrylbasis sind, verwendet wird. Diese Estermonomere auf Acrylbasis haben vorzugsweise die Formel
wobei R&sub1; vorzugsweise ein Wasserstoffatom oder ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist und R&sub2; ein aliphatischer Rest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist. In den am meisten bevorzugten Ausführungsformen umfasst R&sub1; ein Wasserstoffatom oder einen Methylrest und R&sub2; ist ein Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen. Der Substituent R&sub2; kann überdies mit zusätzlichen organischen Resten, wie zum Beispiel Hydroxyl- (OH), Fluor-, oder Silylgruppen substituiert sein.
Besonders nützliche Monomere, die in den Umfang der Erfindung fallen, schließen Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, Styrol, Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, und Gemische davon, ein. Besonders bevorzugt ist ein Gemisch aus Styrol, Butylacrylat und Acrylsäure.
Andere Monomere oder Startverbindungen, die genutzt werden können, um Latices herzustellen, sind im Fachgebiet gut bekannt. Beispiele werden in The Encyclopedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer, John Wiley & Sons, Vol. 14, S. 82-97, (1981) dargelegt. Für das notwendige Maß wird dieser Abschnitt hiermit durch Referenz einbezogen.
Die Zusammensetzungen dieser Erfindung werden unter Verwendung von herkömmlichen Emulsionspolymerisationsverfahren durch Polymerisation von Monomeren, die in Wasser emulgiert sind, hergestellt. Diese Verfahren können entweder auf eine kontinuierliche, satzweise (diskontinuierliche), schrittweise oder halbkontinuierliche Art stattfinden. Tenside, die zum Emulgieren der Monomere verwendet werden, sind anionische und nichtionische Tenside und Gemische davon.
Beispiele nützlicher anionischer Tenside sind organische Sulfate und Sulfonate, z. B. Natrium- und Kaliumalkyl-, Aryl- und Alkarylsulfate und Sulfonate, wie zum Beispiel Natrium-2- ethylhexylsulfat, Kalium-2-ethylhexylsulfat, Natriumnonylsulfat, Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumlaurylsulfat, Kaliummethylbenzolsulfonat, Kaliumtoluolsulfonat und Natriumxylolsulfonat; höhere Fettalkohole, z. B. Stearyl, Lauryl, etc., die ethoxyliert und sulfoniert worden sind, Dialkylester von Alkalimetallsulfosuccinsäuresalzen, wie zum Beispiel Natriumdiamylsulfosuccinat und Natriumdioctylsulfosuccinat; Kondensationsprodukte von Formaldehydnaphtalinsulfonsäure; und Alkalimetallsalze, unvollständige Alkalimetallsalze und freie Säuren von komplexen organischen Phosphatestern.
Beispiele nichtionischer Tenside, die in dieser Erfindung verwendet werden können, sind Polyether, z. B. Ethylenoxid- und Propylenoxidkondensate, die gerade und verzweigte Ketten von Alkyl- und Alkarylpolyethylenglykol- und Polypropylenglykolethern und -Thioethern einschließen; Alkylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanole mit Alkylresten, die von etwa 7 bis etwa 18 Kohlenstoffatome enthalten und mit von etwa 4 bis etwa 240 Ethylenoxyeinheiten, wie zum Beispiel Heptylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanole; Octyl- und Nonylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanole; die Polyoxyalkylenderivate von Hexit (einschließlich Sorbitane, Sorbide, Mannitane, und Mannide); partielle langkettige Fettsäureester, wie zum Beispiel die Polyoxyalkylenderivate von Sorbitanmonolaurat, Sorbitanmonopalmitat, Sorbitanmonostearat, Sorbitantristearat, Sorbitanmonooleat und Sorbitantrioleat; die Kondensate von Ethylenoxid mit einer hydrophoben Base, die durch das Kondensieren von Propylenoxid mit Propylenglykol gebildet werden; schwefelhältige Kondensate, z. B. jene durch Kondensieren von Ethylenoxid mit höheren Alkylmercaptanen hergestellte, wie zum Beispiel Nonyl-, Dodecyl- oder Tetradecylmercaptan, oder mit Alkylthiophenolen, wobei der Alkylrest von etwa 6 bis etwa 15 Kohlenstoffatome enthält; Ethylenoxidderivate von langkettigen Carbonsäuren, wie zum Beispiel Laurin-, Myristin-, Palmitin- oder Ölsäuren oder Gemischen von Säuren, wie zum Beispiel Tallölfettsäuren; und Ethylenoxidderivate von langkettigen Alkoholen, wie zum Beispiel Octyl-, Decyl-, Lauryl- oder Cetylalkoholen.
Die Mengen an angewandten Tensiden im Emulsionspolymerisationsverfahren wird sich von etwa 0,01 bis etwa 10 Gewichtsprozent erstrecken, vorzugsweise zwischen etwa 0,2 und etwa 5 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der Monomere.
Neben den Tensiden kann das Emulsionspolymerisationssystem auch Schutzkolloide enthalten. Beispiele von Schutzkolloiden sind etherverbindungs-enthaltende Schutzkolloide, wie zum Beispiel Hydroxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Ethylhydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, ethoxylierte Stärkederivate und ähnliches. Andere Schutzkolloidsubstanzen können auch entweder allein oder zusammen mit den etherverbindungs-enthaltenden Materialien verwendet werden. Andere solche Schutzkolloide schließen unvollständig und voll hydrolysierte Polyvinylalkohole, Polyacrylsäure, Natrium- und andere Alkalimetallpolyacrylate, Polyacrylamid, Poly(methylvinylether/maleinsäureanhydrid), Polyvinylpyrrolidon, wasserlösliche Stärken; Klebstoff, Gelatine, wasserlösliche Alginate, wie zum Beispiel Natrium- oder Kaliumalginat, Casein, Agar und natürliche und synthetische Gummis, wie zum Beispiel Guar, Xanthan, Arabingummi, und Tragantgummi ein. Die Schutzkolloide können in Mengen, die sich von etwa 0,1 Gewichtprozent bis etwa 2 Gewichtsprozente erstrecken, basierend auf dem Gesamtgewicht des Latex, verwendet werden. Andere oberflächenaktive Stoffe sind klar als im Umfang der vorliegenden Erfindung vorgesehen.
Die in diese Erfindung verwendeten Monomere werden vorzugsweise mittels eines herkömmlichen freien Radikalpolymerisationsinitiator oder eines Initiatorsystems (das auch als ein Additionspolymerisationskatalysator, ein Vinylpolymerisationskatalysator oder ein Polymerisationsinitiator bezeichnet werden kann) polymerisiert, vorzugsweise, obwohl nicht notwendigerweise eines, der im Wesentlichen wasserlöslich ist. Unter solchen Initiatoren sind Peroxide, wie zum Beispiel Wasserstoffperoxid, tertiär Butylhydroperoxid, Cumenhydroperoxid, Alkalimetall, (z. B. Natrium, Kalium oder Lithium) und Ammoniumpersulfate, -Perphospate, und -Perborate; Azonitrile, wie zum Beispiel Alpha, Alpha-Azobisisobutyronitril und Redoxsysteme, einschließlich solcher Kombinationen wie Gemische von Wasserstoffperoxid, t-Butylhydroperoxid oder ähnlichem und eines der Eisensalze, Titansalze, Zinkformaldehydsulfoxylat oder Natriumformaldehydsulfoxylat; Alkalimetall- oder Ammoniumpersulfat, -Perborat oder -Perchlorat zusammen mit einem Alkalimetallbisulfit, wie zum Beispiel Natriummetabisulfit; und Alkalimetallpersulfat zusammen mit einer Arylphosphinsäure, wie zum Beispiel Benzolphosphinsäure und ähnlichem. Die Menge an angewandten Polymerisationsinitiator wird nicht mehr sein, als erforderlich ist, um eine im Wesentlichen vollständige Monomerumwandlung bei niedrigeren Initiatorkosten zu erhalten. Die Menge an Initiator wird im Allgemeinen von etwa 0,1 bis etwa 1 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gewicht des zugegebenen Monomers, variieren.
Die Emulgierungs- und Polymerisationsreaktion kann durch eines der gut bekannten Verfahren, die beim Herstellen von Emulsionspolymeren verwendet werden, ausgeführt werden. Zum Beispiel können die Monomere, Initiatoren, Tenside, Schutzkolloide, falls verwendet, und Kettenübertragungssubstenzen, z. B. Alkylmercaptane, falls verwendet, in den Reaktor mit geeignetem Schütteln gegeben werden, um eine Emulgierung bei einer Temperatur von etwa 30ºC bis etwa 95ºC zu erhalten, bis die Polymerisation vollständig ist.
In einer anderen Ausführungsform kann die Reaktion durch das Zugeben von Wasser, Tensiden und Schutzkolloiden, falls verwendet, in den Reaktor durch das Erhöhen der Temperatur auf die Reaktionstemperatur und dann durch Zugabe der Monomere und einer Lösung des Initiators zum Reaktor unter Schwenken, ausgeführt werden. Noch eine andere Methode ist, die Monomere in einer Portion Wasser und einer Portion des Tensids gemeinsam mit dem Initiator vorzuemulgieren und die Voremulsion zum Reaktor zuzugeben, der das zurückbleibende Wasser und das Tensid enthält.
Die dem Fachmann geläufige Latexsynthesetechnik kann verwendet werden, um Latices mit einem Zahlenmittel der Partikelgröße, die sich von etwa 10 bis etwa 500 Nanometern erstreckt, mehr bevorzugt zwischen etwa 50 und 300 Nanometern und am meisten bevorzugt zwischen etwa 80 und 250 Nanometern, zu erzielen.
Zusätzlich kann die minimale Filmbildungstemperatur (MFFT) des Polymers des erhaltenden Latex eingestellt werden, um einen idealen Wert durch die Auswahl der Art des Monomers und der jeweiligen zur Erzeugung des Polymers verwendeten Mengen zu erzielen, um das Polymer zu bilden. In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die MFFT zwischen etwa 0 und etwa 85ºC.
In der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Menge an zugegebenen Latex zwischen etwa 0,25 bis etwa 10 Gewichtsteile des Latexpolymers pro 100 Gewichtsteilen des Gipshemihydrats.
Auch werden zum Gipshemihydrat ein oder mehrere nichtionische Tenside zugegeben, um die Endzusammensetzung zu erzielen. Diese Tenside werden zusätzlich zu denjenigen zugegeben, die verwendet werden, um das Latexpolymer zu bilden und werden verwendet, um das Latexpolymer überall im Gipsbrei zu dispergieren. Nichtionische Tenside, die für die Verwendung geeignet sind, sind höhere (größer als C&sub8;) aliphatische Alkoholalkoxylate, aliphatische Säurealkoxylate, höhere aromatische Alkoholalkoxylate, Fettsäureamide von Alkanolaminen, Fettsäureamidalkoxylate, Propylenglykolalkoxylate, Block- oder statistische Copolymere von Ethylen- und Propylenoxid und höhere (größer als C&sub8;) Alkoholpolyethylenpolypropylen-Block- oder statistische Addukte und Gemische davon. Von den vorstehenden Klassen von nichtionischen Tensiden sind Alkoholethoxylate und Alkarylethoxylate besonders bevorzugt.
Die Menge an nichtionischen Tensid, das zugegeben wird, ist als entscheidend für den Erfolg der Erfindung zu betrachten. Ein Fachmann würde intuitiv denken, dass es ein primäres Ziel wäre, die Menge an zugegebenem Tensid zu minimieren. Der Erfinder hat überraschenderweise entdeckt, dass, wenn in Kombination mit dem Latexpolymer ein Überschuss an nichtionischem Tensid zugegeben wird, die folgenden Vorteile erbracht werden: (1) der Latex ist besser überall im Brei verteilt; (2) das so erhaltenen Material hat verbesserte Festigkeit pro Gewichtseinheit; und (3) die Viskosität des Breis ist gemindert. In der Praxis sollte die Menge des zuzugebenden nichtionischem Tensids um mindestens 50% mehr sein, als was früher für eine Polymerisation verwendet worden wäre. Quantitativ macht dies zwischen etwa 0,05 und etwa 0,3 Teilen pro Teil des Latexpolymers aus.
Das andere entscheidende Material, das verwendet wird, um das Endprodukt zu bilden, ist Wasser. Wasser wird dem Verfahren zugegeben, um den Gipsstuck zu hydrieren, die benötigte Fluidität bereitzustellen und um den Schaum zu machen. Je niedriger die Menge des anwesenden Wassers ist, desto niedriger sind die Trocknungskosten. Es wird in Mengen zwischen etwa 30 bis etwa 90 Teilen pro 100 Teile Gipsstuck zugegeben, um das Endprodukt zu bilden.
Auch wird die Anwesenheit der folgenden Zusatzstoffe, die üblicherweise bei der Herstellung von Baumaterialien auf Gipsbasis verwendet werden, als in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallend betrachtet: Wasserreduzierer, Verzögerer, Beschleuniger, schaumbildende Mittel, Entschäumer, Papierfasern, partikelförmige Füllstoffe und Aggregate, Stärke und Deckpapiere (wenn eine Bauplatte das gewünschte Endprodukt ist). Die Mengen dieser gegebenenfalls zuzugebenden Zusatzstoffen sind dem Fachmann bekannt. In der Praxis werden zwischen etwa 0 bis etwa 500 Teile von jedem dieser Zusatzstoffe pro 100 Teile Gips (Hemihydrat) zugegeben. In der Praxis werden die Zusatzstoffe anders als die Füllstoffe und Deckpapiere typischerweise in Mengen von weniger als 1 Gewichtsteil pro 100 Gewichtsteilen Gips verwendet.
Der Ausdruck "schaumbildendes Mittel", wie er hier verwendet wird, bedeutet einen Stoff, der feine Gasblasen in die Zusammensetzungen dieser Erfindung einführen kann und der nicht das nichtionische Tensid ist, das zum Zweck des Verteilens des Latex überall im Gipsbrei zugegeben wird. Typische schaumbildende Mittel sind anionische, nichtionische oder kationische Tenside. Das schaumbildende Mittel kann auch vom reaktiven Typ sein, wie zum Beispiel Aluminium Pulver, das Wasserstoffblasen generiert, wenn es mit nassem Zement gemischt wird. Das schaumbildende Mittel wird vorzugsweise bei einem Wert von 0 bis etwa 10 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen Gipshemihydrat verwendet. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von anionischen Tensiden, spezieller von Alkylethersulfaten, in Wasser.
Geeignete Füllstoffe für diese Erfindung schließen Stoffe, wie zum Beispiel Sand. Ton, Flugasche, Schiefer und ähnliches ein. Geeignete Aggregate schließen Stoffe, wie Kies, Schotter, und ähnliches ein. Die Füllstoffe und Aggregate können von 0 bis zu etwa 500 Gewichtsteilen der Zusammensetzungen dieser Erfindung, basierend auf 100 Gewichtsteilen Gipshemihydrat, ausmachen.
Die geschäumten Zusammensetzungen dieser Erfindung können auch gegebenenfalls Kunststoff oder metallisch laminierte Textilien aus Faservlies und Fasern, wie zum Beispiel Glasfasern, Keramikfasern, Glas/Keramikfasern, Metalldrähte, Mineralfasern und natürliche und synthetische Fasern, wie zum Beispiel Baumwolle, Wolle, Nylon, Rayon, Polyester, und ähnliches enthalten.
Die geschäumten Zusammensetzungen dieser Erfindung können gegebenenfalls Pigmente, wie zum Beispiel Titandioxid, Ruß, Eisenoxid und ähnliches enthalten.
Die Beschleuniger verbessern die Härtungsreaktion. Geeignete Beschleuniger schließen zum Beispiel Kaliumsulfat, fein gemahlenen Gips, CaCl, Na&sub2;CO&sub3;, NaOH, CaO, Ca(OH)&sub2; und ähnliches ein. Gewöhnlich werden sowohl Kaliumsulfat als auch speziell hergestellter gemahlener Gips verwendet. Sie haben ergänzende Wirkungen. Der gemahlene Gips stellt viele Keimbildungsstellen für das Kristallwachstum bereit, was darauf abzielt, viele feine Kristalle herzustellen. Das Kaliumsulfat erhöht die Löslichkeit des Calciumsulfats und verändert die Kristall-Verhältniszahl, um größere, dickere Kristalle zu ergeben.
Verzögerer werden verwendet, um die Härtungsreaktionen gerade ein wenig zu verzögern, bis nachdem der Stuckgips/Wasserbrei in einen Bogen geformt worden ist. Dies eliminiert das Verstopfen der Mischanlage mit Gipskristallen. Geeignete Verzögerer schließen zum Beispiel Natriumcitrat, Natriumphosphat, Proteine und ähnliches ein.
Die geschäumten Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können gegebenenfalls von 0 bis etwa 5 Gewichtsteilen Wasserreduzierer, basierend auf 100 Gewichtsteilen hydraulischer Stoffe enthalten. Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck "Wasserreduzierer" einen Stoff, der im Allgemeinen bei Gips verwendet wird, um die Flusseigenschaften zu verbessern, sodass die Zusammensetzungen gepumpt oder auf wirksame Weise gegossen werden können. Die Wasserreduzierer, üblicherweise auch als Superweichmacher (Superplastifizierer) bezeichnet, können verwendet werden, um hydraulische Zusammensetzungen mit einem verringerten Wassergehalt zu machen, die immer noch adäquate Flusseigenschaften beibehalten. Beispiele von geeigneten Wasserreduzierern für die Verwendung in dieser Erfindung schließen, zum Beispiel Lignosulfonate, Natriumnaphtalinsulfonatformaldehydkondensate und ähnliches ein.
Entschäumer können zu Plattenkanten zugegeben werden, um dichtere starke Zonen zum Nageln zu schaffen.
Wenn das herzustellende Endprodukt eine Bauplatte ist, werden Deckpapiere verwendet, um die zwei Außenflächen des Breis zu bedecken. In der Praxis wird speziell gewähltes Papier verwendet, um der Bauplatte die angemessene Erscheinungsform und Festigkeit zu verleihen. Ein Stärkebindemittel zur Haftung des Deckpapiers an den Gipsbrei ist typischerweise auch für diese Ausführungsform anwesend.
Um das Endprodukt herzustellen, wird das folgende Verfahren benutzt. Stuckgips (Gipshemihydrat) Breie werden unmittelbar vor dem Formen in Bögen in einem speziellen Mixer hergestellt. Der Mixer besteht aus einem kurzen zylindrischen Mantel, einige Fuß im Durchmesser, der einen flachen Rotor, der sich mit einer peripheren Geschwindigkeit von 9,14 bis 45,7 m/s (30 bis 150 ft/s) dreht, enthält. Der Rotor und das obere Ende des Mixergehäuses haben Reihen mit Drahtgewebebolzen. Die äußere Peripherie des Rotors hat Sägezähne und die Ausflussöffnung ist unter diesen Zähnen.
Stuckgips wird in das obere Ende des Bolzenmixers einhergehend mit den anderen trockenen Komponenten gespeist. Wasser, welches das Kaliumsulfat, die Wasserreduzierer und Verzögerer enthält, wird durch eine andere Öffnung zugegeben und Schaum, der unter Verwendung des Mischens mit hoher Scherung hergestellt wurde, wird durch eine andere eingespeist. Das Latexpolymer, kann, zusammen mit überschüssigem nichtionischen Tensid mit dem Schaum, mit den wässrigen Komponenten oder einzeln zugegeben werden. Die Aufenthaltszeit im Mixer ist sehr kurz, wahrscheinlich weniger als 1 Sekunde.
Für die Herstellung einer Bauplatte wird der Brei in einer Rinne ausgelassen, die sich auf einem bewegten Papierbogen, der ein wenig breiter als die gewünschte Platte ist, ausbreitet. Ein Deckbogen Papier wird dann auf den Brei platziert und Walzen und Führungen formen es auf die gewünschte Dicke und Breite. Die rohe Platte reist dann für einige Minuten ungestört auf Walzen. Die Härtungsreaktion erfolgt und die Platten werden fest. Platten werden dann in der Länge zugeschnitten, umgedreht und in einen großen kontinuierlichen Ofen zum Trocknen gespeist.
Für geformte Gegenstände wird der Gipsbrei in einer Form verteilt und der Brei härtet, um den Gegenstand zu formen. Es wird auch bezweckt, die Verwendung der erfinderischen Zusammensetzung bei der Herstellung von akustischen Baumaterialien (geräuschreflektierende Wände, geräuschdichte Materialien, lärmvermindernde Materialien und ähnliches) in die vorliegende Erfindung einzuschließen.
Durch Anpassen der Proportion des Schaums im Brei kann das so erhaltene Material eine viel niedrigere Dichte haben als handelsübliche Gipsprodukte. Eine Verringerung der Dichte, verglichen mit den handelsüblichen Gipsprodukten um mindestens 10%, mehr bevorzugt um mindestens 15% und am meisten bevorzugt um mindestens 20%. Dies entspricht Plattenkerndichten von ungefähr 0,58, beziehungsweise 0,54 und 0,51 g/cm³. Handelsübliche Gipsplatten haben eine Dichte von etwa 0,64 g/cm³. Diese Verringerung in der Dichte erlaubt erhöhte Einsparungen, die mit dem Versand dieser Materialien, ebenso wie mit dem leichteren Hantieren und Installieren assoziiert sind. Zusätzlich haben die so erhaltenen Materialien, trotz dem Verlust in der Dichte, keinen entsprechenden Verlust in der Festigkeit. Darüber hinaus kann sich die Festigkeit des gipshältigen Gegenstände um bis zu 35 Prozent erhöhen, verglichen mit Materialien derselben Dichte, die keine Kombination aus Latex/überschüssigem nichtionischen Tensid enthalten. Dieses Ergebnis ist wirklich unerwartet, insbesondere da eine überschüssige Menge an Tensid verwendet wird, um den Latex überall im Gipsbrei zu verteilen.
Die so erhaltenen Baumaterialien (z. B. gipshaltige Bauplatten) müssen die Kriterien, die in den ASTM-Methoden C-36 und C-473 festgelegt sind, erfüllen. Dies sind die Tests, wie sie durch die Amerikanische Gesellschaft für Tests und für Materialien, West Conshohocken, PA definiert sind. Soweit notwendig wird auf diese standardisierten Testmethoden ausdrücklich hingewiesen. Der C-36 Test ist die Standard Spezifikation für Gipshaltige Bauplatten während der C-473 Test die Standard Testmethoden für Physikalisches Testen von Gipshältigen Plattenprodukten und Gipshältigen Latten sind. Erfordernisse für Zusammensetzung, Biegefestigkeit, befeuchtete Durchbiegung, Härte, Nageleinschlagwiderstand, Dimensionen, und Erscheinungsbild sind in diesen Testverfahren spezifiziert. Die entscheidendste Anforderung für eine Gipsplatte ist der Nageleinschlagwiderstand. Für eine 1,27 cm (1/2 Zoll) Platte ist ein 80 Pfund Nagelzug spezifiziert. Die erfinderischen Materialien erfüllen die Kriterien von ASTM C-36 und C-473, wenn sie in Bauplatten geformt sind.
Die Erfindung wird im Einzelnen durch die folgenden, nicht begrenzenden Beispiele beschrieben.

Vergleichsbeispiel 1

0,12 Teile fein gemahlener Gips werden zu 150,0 Teilen Stuckgips gegeben. 0,045 Teile Kaliumsulfat und 0,34 Teile Ligninsulfonat werden in 96,4 Teilen Wasser gelöst. In einem eigenen Gefäß werden 1,5 Teile einer 5% Lösung aus Ammonium-linearer-Alkohol-Ethersulfat-Tensid (Rhodapex CD-128) in 33,5 Teilen Wasser eine Minute lang gemischt, um einen Schaum zu erzeugen. Der Stuckgips, die Wasserphase und der Schaum werden schnell miteinander vereinigt, um einen Brei zu bilden. Der gesamte Brei wird unter Verwendung eines Mixers, der bei einer Mixgeschwindigkeit von 1200 bis 4000 Umdrehungen pro Minute arbeitet, 30 Sekunden lang gemischt und in eine Würfelform gegossen um zu härten. Die Zeit von der Zugabe des Wassers zum Stuckgips bis zur Fertigstellung der Würfel nimmt weniger als etwa 60 Sekunden in Anspruch. Die Würfel werden dann über Nacht bei 45ºC getrocknet und in einem Zimmer mit Raumtemperatur und 50% relativer Luftfeuchtigkeit platziert. Die Würfel, die dabei geschaffen werden, haben eine nominale Dicht von 0,64 g/cm³.

Vergleichsbeispiel 2

Eine Latexzusammensetzung wird durch herkömmliche Emulsionspolymerisationsverfahren hergestellt. Der Latex ist aus den folgenden Monomeren gefertigt: 57 Gewichtsteilen Styrol, 41 Gewichtsteilen Butylacetat und 2 Gewichtsteilen Acrylsäure. Die Polymerisation erfolgt in einer wässrigen Umgebung, in Anwesenheit von 5 Gewichtsteilen Igepal CA-897, einem Octylphenolethoxylat nichtionischen Tensid, verkauft durch Rhodia Inc. mit 40 Molen Ethylenoxid, einem HLB-Wert von 18,0 und einem Trübungspunkt von > 100ºC und in Anwesenheit von 0,25 Gewichtsteilen Natriumdodecylbenzolsulfonat. Der Latex hat eine minimale Filmbildungstemperatur von etwa 30ºC und eine mittlere Partikelgröße von etwa 119 nm. Zu 1,0 Teil Stuckgips werden 0,0246 Gewichtsteile Latex (0,01 Gewichtsteile des Polymers) vor dem Mischen zugegeben und in 2,54 cm (1 Zoll) Würfelformen gehärtet. Die so erhaltenen vier Würfel haben eine Durchschnittsdichte von 0,645 g/cm³.

Beispiel 3

Das Verfahren von Vergleichsbeispiel 2 wird wiederholt, außer dass zusätzliches Igepal CA- 897, das bis 0,05 Teile des Tensids pro Teil des Polymers ausmacht, zum Latex vor der Einbringung in den Stuckgipsbrei zugegeben wird. Die so erhaltenen Würfel haben eine Durchschnittsdichte von 0,656 g/cm³.

Beispiel 4

Das Verfahren von Vergleichsbeispiel 2 wird wiederholt, außer dass eine zusätzliche Menge von 0,10 Teilen des Tensids pro Teil Polymer dem Brei zugegeben wird. Die so erhaltenen Würfel haben eine Durchschnittsdichte von 0,626 g/cm³.
Zusätzliche Proben werden hergestellt, wobei die Menge des zugegebenen Polymers gleich 0,02 und 0,04 Gewichtsteilen Stuckgips ist.

Beispiel 5

Das Verfahren von Vergleichsbeispiel 2 wird wiederholt, außer dass eine zusätzliche Menge von 0,15 Teilen des Tensids pro Teil Polymer dem Brei zugegeben wird. Die so erhaltenen Würfel haben eine Durchschnittsdichte von 0,613 g/cm³.

Beispiel 6

Das Verfahren von Vergleichsbeispiel 2 wird wiederholt, außer dass eine zusätzliche Menge von 0,20 Teilen des Tensids pro Teil Polymer dem Brei zugegeben wird. Die so erhaltenen Würfel haben eine Durchschnittsdichte von 0,611 g/cm³.

Beispiel 7

Das Verfahren von Vergleichsbeispiel 2 wird wiederholt, außer dass eine zusätzliche Menge von 0,25 Teilen des Tensids pro Teil Polymer dem Brei zugegeben wird. Die so erhaltenen Würfel haben eine Durchschnittsdichte von 0,605 g/cm³.

Beispiel 8

Das Verfahren von Vergleichsbeispiel 2 wird wiederholt, außer dass eine zusätzliche Menge von 0,30 Teilen des Tensids pro Teil Polymer dem Brei zugegeben wird. Die so erhaltenen Würfel haben eine Durchschnittsdichte von 0,594 g/cm³.

Beispiel 9

Das Verfahren von Beispiel 4 wird wiederholt, außer dass der Latex eine mittlere Partikelgröße von etwa 216 nm hat. Die so erhaltenen Würfel haben eine Durchschnittsdichte von 0,605 g/cm³.
Zusätzliche Proben werden hergestellt, wobei die Menge des zugegebenen Polymers gleich 2,0 und 4,0 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen Stuckgips ist.

Beispiel 10

Das Verfahren von Beispiel 4 wird wiederholt, außer dass der Latex eine mittlere Partikelgröße von etwa 66 nm hat. Die so erhaltenen Würfel haben eine Durchschnittsdichte von 0,583 g/cm³.
Zusätzliche Proben werden hergestellt, wobei die Menge des zugegebenen Polymers gleich 2,0 und 4,0 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen Stuckgips ist.

TEST DATEN

Die Druckfestigkeit der Gipswürfel wird unter Verwendung einer Instron Maschine und des ASTM D-696 Kunststoff-Kompressionsverfahrens gemessen. Die Kompressionsrate wird auf 0,762 mm/min (0,03 Zoll/min) verringert, weil die Gipswürfel bei Druckbelastungen von weniger als 0,254 mm (0,01 Zoll) ausfallen. Im Verfahren sind 2,54 cm (1") Würfel zwischen den Ambossflächen platziert und die Komprimierung wird initiiert. Die Druckkraft wird kontinuierlich überwacht und der Test läuft, bis die Würfel brechen. Die maximale Druckkraft wird aufgezeichnet und als ein Maß für die Würfelfestigkeit verwendet. Die Druckfestigkeit wird in kg/cm² angegeben (Pfund pro Quadratzoll). Die Druckfestigkeit von Gips variiert signifikant mit der Dichte. Analog zu der Festigkeit von geschäumten Kunststoffen, ist gefunden worden, dass für eine gegebene Zubereitung die Festigkeit von Gipswürfeln proportional zu einer Potenz der Dichte ist. In diesem Fall gilt folgende Formel.
Festigkeit = A · (Dichte)³
Diese Formel wird zum Anpassen der Festigkeitswerte auf einer üblichen Basisdichte verwendet.
Festigkeitswerte für die Würfel von Vergleichsbeispiel 2 und Beispielen 3-8 sind in der folgenden Tabelle gezeigt. Die Druckfestigkeiten sind auf eine Dichte von 0,64 g/cm3 angepasst.
Wie aus den Danten ersichtlich ist, steigt die Festigkeit des Würfels durch den Zusatz einer überschüssigen Menge an nichtionischem Tensid an. Der maximale Festigkeitsanstieg tritt bei einer zugesetzten Menge an Tensid von 10-15 Gewichtsprozent Polymer im Latex auf. Zusätzliches Testen der Festigkeit ist, basierend auf den Variablen der Partikelgröße des Latex und der Menge von zugesetztem Polymer zu dem Gipsbrei gemacht worden. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle gezeigt.
Die erfinderischen Zusammensetzungen (Beispiele 3-10) werden zum Herstellen von Standard gipshältigen Bauplatten (1,27 cm (1/2 Zoll) dick) unter Verwendung der hier beschriebenen Methoden (z. B. Aufbringen des Breies auf ein Deckpapier, Bedecken des Breis mit einem anderen Bogen von Deckpapier, Härten des Breies, Schneiden der Platte auf eine geeignete Größe und Trocknen) verwendet. All diese Bauplatten, die aus den erfinderischen Zusammensetzungen gefertigt wurden (Beispiele 3-10), erfüllen die Kriterien von ASTM C- 36 und C-473 erfolgreich.
Mit dem Beschreiben der Erfindung im Detail und durch Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform davon, wird es offensichtlich, dass Modifikationen und Veränderungen möglich sind, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzurücken.

Claims

1. Zusammensetzung, umfassend

(a) Gips (CaSO&sub4;·2H&sub2;O);

(b) ein oder mehrere natürlich vorkommende oder synthetische Latexpolymere; und

(c) ein oder mehrere nichtionische Tenside, vorliegend in einer Menge zwischen etwa 0,05 und etwa 0,3 Gewichtsteilen pro Gewichtsteil Latexpolymer;

wobei eine Bauplatte, die mit dieser Zusammensetzung und Wasser hergestellt wurde, die Kriterien der ASTM-Methoden C-36 und C-473 erfüllt und eine Dichte nach dem Formen von weniger als etwa 0,64 g/cm³ besitzt.

9 Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, die eine Dichte nach dem Formen zwischen etwa 0,39 und etwa 0,64 g/cm³ hat.

3. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, die eine Dichte nach dem Formen zwischen etwa 0,39 und etwa 0,51 g/cm³ hat.

4. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das Latexpolymer ein Polymer ist, das von ethylenisch ungesättigten Monomeren abgeleitet ist, die Säuren und Ester auf (Meth)acrylbasis, Acrylnitril, Styrol, Divinylbenzol, Vinylestern, Acrylamid, Methacrylamid, Vinylidenchlorid, Butadien und Vinylchlorid und Mischungen davon ausgewählt ist.

Zusammensetzung gemäß Anspruch 4, wobei das Latexpolymer ein Homopolymer von Styrolmonomeren oder ein Copolymer, abgeleitet von Styrolmonomeren und einem Monomer umfassend einen Ester auf Acrylbasis der Formel

ist, wobei R&sub1; Wasserstoff oder ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist und R&sub2; ein aliphatischer Rest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist.

6. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das eine oder die mehrere nichtionische Tenside aus höheren aliphatischen Alkoholalkoxylaten, aliphatischen Säurealkoxylaten, höheren aromatischen Alkoholalkoxylaten, Fettsäureamiden von Alkanolaminen, Fettsäureamidalkoxylaten, Propylenglykolalkoxylaten, Block- oder statistische Copolymere von Ethylen- und Propylenoxid und höheren Alkoholpolyethylen-polypropylen-Block- oder statistischen Addukten und Mischungen davon ausgewählt ist/sind, wobei "höhere" eine hydrophobe Einheit mit mindestens acht Kohlenstoffatomen bedeutet.

7. Zusammensetzung gemäß Anspruch 6, wobei das eine oder die mehreren nichtionischen Tenside aus Alkoholethoxylaten und Alkarylethoxylaten ausgewählt ist/sind.

8. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das Latexpolymer eine Partikelgröße im Bereich von etwa 50 bis 300 Nanometern aufweist.

9. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die Menge des einen Latexpolymers oder der mehreren Latexpolymere, die zugefügt werden, zwischen etwa 0,25 und etwa 10 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Gipshemihydrat, das verwendet wird um den Gips herzustellen, liegt.

10. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 enthaltend eine oder mehrere der folgenden zusätzlichen Substanzen: Wasserreduzierer, Verzögerer, Beschleuniger, schaumbildende Mittel, Entschäumer, Papierfasern, partikelförmige Füllstoffe und Aggregate, Stärke, Pigmente und Deckpapier.

11. Zusammensetzung, im wesentlichen bestehend aus:

(a) Gips (CaSO&sub4;·2H&sub2;O);

(b) einem Latexpolymer, wobei das Polymer durch Polymerisation von Styrol, Butylacrylat und Acrylsäure gebildet wurde; und

(c) einem nichtionischen Tensid, umfassend einem Octylphenolethoxylat, vorliegend in einer Menge zwischen etwa 0,05 und etwa 0,3 Gewichtsteilen pro Gewichtsteil Latexpolymer;

wobei eine Bauplatte, die mit der Zusammensetzung und Wasser hergestellt wurde, die Kriterien der ASTM-Methoden C-36 und C-473 erfüllt und eine Dichte nach dem Formen von weniger als etwa 0,64 g/cm³ aufweist.

12. Verfahren zur Herstellung von leichtem, gipshaltigen Baumaterial umfassend die Schritte:

(a) Bereitstellen einer Menge an Stuckgips (CaSO&sub4;·¹/&sub2;H&sub2;O);

(b) Hinzufügen von Wasser in einer Menge von 30 bis etwa 90 Teilen pro 100 Teile Stuckgips;

(c) Hinzufügen eines natürlich vorkommenden oder synthetischen Latexpolymers als Bindemittel zu dem Stuckgips und Wasser in einer Menge von etwa 0,25 bis etwa 10 Teile Latexpolymer pro 100 Teile Stuckgips;

(d) Hinzufügen eines nichtionischen Tensids in einer Menge von etwa 2 bis etwa 30 Teilen pro 100 Teile natürlich vorkommenden oder synthetischen Latexpolymers, um das natürlich vorkommende oder synthetische Latexpolymer zu dispergieren;

(e) Hinzufügen eines schaumbildenden Mittels zu den Komponenten (a), (b), (c) und (d); und

(f) Mischen der Komponenten damit das gipshaltige Baumaterial formen und härten kann;

zum Herstellen von Baumaterial, das eine Dichte nach dem Formen von weniger als etwa 0,64 g/cm³ aufweist und das die Kriterien der ASTM-Methoden C-36 und C-473 erfüllt.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, umfassend den zusätzlichen Schritt, in dem die Mischung in Schritt (f) vor dem Härten des gipshaltigen Baumaterials zwischen zwei Bahnen Deckpapier aufgebracht wird.

14. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Latexpolymer ein Polymer ist, das von ethylenisch ungesättigten Monomeren abgeleitet ist, die Säuren und Ester auf (Meth)acrylbasis, Acrylnitril, Styrol, Divinylbenzol, Vinylestern, Acrylamid, Methacrylamid, Vinylidenchlorid, Butadien und Vinylchlorid und Mischungen davon ausgewählt ist.

15. Zusammensetzung, umfassend

(a) Gips (CaSO&sub4;·2H&sub2;O);

(b) ein oder mehrere natürlich vorkommende oder synthetische Latexpolymere in einer Menge von etwa 0,25 bis etwa 10 Teile Latexpolymer pro 100 Teile Gipshemihydrat, der verwendet wird, den Gips zu bilden; und

(c) zusätzlich zu einem Tensid, das bei der Polymerisation des Latexpolymers eingesetzt wird, ein oder mehrere nichtionische Tenside in einer Menge von etwa 0,05 bis etwa 0,3 Teile pro Teil Latexpolymer;

wobei die Zusammensetzung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Dichte von weniger als etwa 0,64 g/cm³ und dass sie eine Druckfestigkeit pro Oberflächeneinheit der Zusammensetzung aufweist, die größer ist, als die Druckfestigkeit pro Oberflächeneinheit einer ähnlichen Zusammensetzung, wobei Komponente (c) in der ähnlichen Zusammensetzung nicht vorhanden ist.