O/W Wachsdispersionen und hieraus erhältliche Gipsprodukte

Die Erfindung betrifft wässrige Zusammensetzungen enthaltend Wachse und hieraus herstellbare Gipsprodukte, insbesondere Porengipse und Gipsplatten.

Gips ist Calciumsulfat, das mit und ohne Kristallwasser vorliegen kann. Das in der Natur vorkommende Gipsgestein ist Calciumsulfat-Dihydrat (CaSO ₄ x 2H ₂ O), die kristallwasserfreie Form des Calciumsulfats wird häufig als Anhydrit (CaSO ₄ ) bezeichnet. Mit „Gips" werden im Sprachgebrauch dieser Anmeldung das natürlich vorkommende Gipsgestein, die entsprechenden Produkte aus industriellen Prozessen als auch die beim Brennen dieser Ausgangsstoffe entstehenden Erzeugnisse bezeichnet.

Gips ist wegen seiner leichten Entwässerbarkeit (Dehydratation (I)) als Bau- und Werkstoff geeignet. Die Dehydratation ist ein reversibler Prozess. Bei Energieein wir- kung wird das Kristallwasser aus dem Calciumsulfat-Dihydrat teilweise oder vollständig ausgetrieben. Durch die Rückreaktion nach Wasserzusatz (Rehydratation (2)) erlangt der zuvor gebrannte, d. h. zumindest teilweise dehydratisierte Gips, unter Bildung eines kristallinen Gefüges seine Festigkeit.

(CaSO ₄ x 2H ₂ O) + T -> (CaSO ₄ x 0,5 H ₂ O) + 1 ,5 H ₂ O (CaSO ₄ x 2H ₂ O) + T -> CaSO ₄ + 2 H ₂ O

(1) Gipsstein + Energie -> gebrannter Gips

(2) Gipsstein + Energie <- gebrannter Gips

Gipse aus natürlichen Vorkommen unterscheiden sich in ihrem Reinheitsgrad. Zu den natürlichen Beimengungen zählen z.B. Kalkstein (z. B. Muskowit oder Dolomit CaCO ₃ x MgCO ₃ ), Mergel, Tonminerale (z.B. Montmorillonit oder Kaolinit) und gelegentlich auch Sand, Bitumen oder verschiedene Salze. Gips ist aber auch aus verschiedenen technischen Prozessen zugänglich. Zum Beispiel entsteht Rauchgas- bzw. REA-Gips bei der Entschwefelung von Rauchgasen in hoher Reinheit.

Gipskartonplatten sind industriell gefertigte, im Wesentlichen aus Gips bestehende Bauplatten, deren Flächen und ggf. auch Längskanten mit einem fest haftenden, dem Verwendungszweck entsprechenden Karton ummantelt sind. Der kartonummantelte Gipskern kann Luftporen und Zusätze zur Erzielung bestimmter Eigenschaften enthal- ten.

Wesentliche mechanische Platteneigenschaften resultieren aus der Verbundwirkung von Gipskern und Kartonummantelung. Dabei wirkt der Karton als Armierung der Zugzone, wodurch in Verbindung mit dem Gipskern die erforderliche Festigkeit und Biegesteifigkeit der Gipskartonplatten erreicht wird. Es werden verschiedene Arten von Gipskarton-Bauplatten (GKB) unterschieden, z.B. solche, die mit Zusätzen versehen sind, welche die Wasseraufnahme verzögern (Gipskarton-Bauplatten - imprägniert (GKBI) und Gipskarton-Feuerschutzplatten - imprägniert (GKFI)).

Die Wasseraufnahme und Austrocknungszeit der Gipskartonplatten wird nach DIN 18180 (2 Stunden Wasserlagerung) geprüft.

GKB/GKF GKBI/GKFI

Wasseraufnahme in Masse-% 30 - 50 < 10

Austrocknungszeit in h 70 15

Gipskartonplatten werden aus Gips und Zusatzstoffen für den Gipskern sowie hochwertigem, mehrfach vergautschtem Karton auf großen Bandanlagen im kontinuierlichen Betrieb hergestellt. Häufig wird Stuckgips (Niederbrand-Gips, hergestellt bei Temperaturen von etwa 12O ⁰ C bis 180°C) eingesetzt. Der Produktionsprozess umfasst folgende Schritte:

- Zulauf des Kartons unten,

- Zulauf von Gipsbrei mit Verteilung durch die Formstation mit gleichzeitigem Kartonzulauf von oben als obere Deckschicht,

- Abbindestrecke, - Eintrag in einen Trockner (i.d.R. nach vorheriger Zerteilung in Platten) und

- Austrag und ggf. Besäumung der Querkanten und Plattenbündelung.

Daneben gibt es als Gipsbaustoffe auch Wandbauplatten aus Gips, kurz „Gips- Wandbauplatten" genannt. Dies sind werkmäßig aus Stuckgips und Wasser hergestellte Bauelemente für nicht tragende Bauteile. Gips- Wandbauplatten können Fasern, Füll- und Zuschlagstoffe sowie andere Zusätze enthalten und zur optischen Unterscheidung mit Pigmenten gefärbt sein. Sie besitzen ebene Sichtflächen und sind an den Stoß- und Lagerflächen wechselseitig mit Nut und Feder ausgebildet. Auch hier sind hydropho- bierte Platten bekannt.

Die Herstellung der Platten erfolgt in weitgehend automatisierten Produktionsanlagen. In einem Dosier- und Mischaggregat wird aus Stuckgips und Wasser sowie ggf. Zusätzen ein homogener, fließfähiger Brei hergestellt und in die Formenkästen der Gipsplattenmaschine gefüllt. Nach dem Verfestigen der Masse werden die Platten hydraulisch ausgestoßen und zum Trockner befördert. Anschließend erfolgt die Trocknung in beheizten Durchlauf- Trocknern. Nach dem Trocknen werden die Platten zu Plattenpaketen zusammengeführt oder auf Paletten verpackt.

Als Bauplatten auf der Basis von Gips seien weiterhin Gipsfaserplatten genannt.

Die Herstellung von Gips mit niedrigen Rohdichten, insbesondere von so genannten Schaum- oder Porengipsen, ist Gegenstand vieler Patente und Veröffentlichungen. Die bisher bekannten Lösungen lassen sich dabei generell in zwei Gruppen einteilen:

(1) Einsatz von Gasbildnern (Treibmittel), die dem Bindemittel teilweise trocken zugemischt oder diesem ganz- oder teilweise erst im Prozess der Herstellung des Porengipses über das Anmachwasser zugegeben werden. Die Gasbildner bestehen meist aus mehreren Materialkomponenten, bei denen durch das Wasser eine chemische Reaktion, verbunden mit dem Entstehen eines Gases, ausgelöst wird. Die entstehenden Gasblasen treiben den Gipsbrei in der Form auf.

(2) Untermischen eines separat aufbereiteten Schaums, der dem Mischgut im Mischer zugesetzt wird und sofort eine Porenbildung in dem angemachten Materialbrei hervorruft. Die Schaumerzeugung erfolgt meist durch Verdüsen von mit oberflächenaktiven Stoffen (Tensiden) angereichertem Wasser und Luft.

Bekannt ist auch, dass nach den genannten Verfahren hergestellte Porengipskörper zusätzlich hydrophob ausgerüstet werden. Dabei werden in der Phase der Mischgutaufbereitung in dem Mischer hydrophob wirkende Zusätze zugesetzt.

Gipsprodukte, besonders Gipskartonplatten, werden für den Einsatz in Feuchtbereichen mit Zusätzen versehen, die die Wasseraufnahme verzögern. In der Regel werden die imprägnierenden Zusätze der Gipsmischung vor Herstellung der Gipsprodukte zugemischt und homogen in diese eingearbeitet, worauf die Gipsmischungen i.d.R. in Schichten bei erhöhter Temperatur von z.B. 100 bis 15O ⁰ C getrocknet und dann abgekühlt werden. Sind die Gipsplatten mit Kartonage kaschiert, werden diese Gipskartonplatten genannt.

Die Einwirkung von Feuchte kann ohne geeignete Hydrophobierung des Gipses zur Erschlaffung des Kartons führen, woraus sich Verformungen ergeben können. Die Verwendung von Gipskartonplatten in Feuchträumen wie Badezimmer, Waschküchen und dergleichen ist daher wegen der sich verringernden Festigkeit und der Verformung problematisch. Dies wirkt sich insbesondere dann schwerwiegend aus, wenn die Gipskartonplatten beispielsweise mit keramischen Fliesen beklebt sind. Durch die Feuchtigkeit weicht der Karton auf, verliert seine innere Festigkeit und unter dem Gewicht der keramischen Platten spaltet sich der Karton auf und die mit den Platten verbundene Kartonschicht fällt herab. Die Zerstörung der restlichen Gipskartonplatte ist dann nur noch eine Frage der Zeit.

Zusätzlich zu der sich verringernden Festigkeit und der Verformung können Korrosions- und Schimmelpilzbildung die Zerstörung beschleunigen. Selbst die ganzflächig aufgebrachte Klebeschicht für die keramischen Fliesen, die meistens auf Kunststoffba- sis bereitet wird, vermag die Wirkung der Feuchte nicht zu hemmen.

Bekannt ist, für die Imprägnierung Silikon- bzw. Siloxanemulsionen / -dispersionen einzusetzen. Darüber hinaus sind Wachsdispersionen auf der Grundlage von Paraffinen, oder Montanwachsen bekannt. Es werden aber auch Polymere und Harze verwendet, die nicht zur Klasse der Wachse zählen. Als Polymere seien Polyvinylalkohole genannt. Die Wachskomponenten werden zum Teil auch als Pulver der Gipsmasse zugegeben. Ebenfalls aus der Patentliteratur bekannt sind Gemische aus Asphalt- bzw. Bitumendispersionen, z.T. eingesetzt in Kombination mit Polyvinylalkoholen, denen eine Siliconverbindung oder die Emulsion eines synthetischen Harzes zum Gips zugegeben wur- den.

Es ist jedoch schwierig, ein befriedigend wasserabstoßendes bzw. hydrophobes Produkt zu erhalten, das ausreichend hydrophobiert ist und gleichzeitig die erforderliche Schaumstabilität zur Herstellung eines porigen Produktes ermöglicht.

Das U.S.-Patent 3,935,021 beschreibt eine Gips-Wandbauplatte, bei der Polyvinylal- kohol und eine Wachs-Asphalt-Emulsion in den Kern aus Gips eingebracht sind. Wachs-Asphalt-Emulsionen werden in Gips- Wandbauplatten in großem Umfang eingesetzt, mit ihrer Verwendung sind jedoch bestimmte Nachteile verbunden.

In der US-A-5,437,722 wird eine wässrige Emulsion zur Hydrophobierung von Gipsprodukten verwendet, die ein Kohlenwasserstoffwachs, ein Montanwachs und ein Emulgator/Stabilisiersystem unter Zusatz von Polyvinylalkohol umfasst.

In der WO 98/09925 ist ein geschäumtes Gipsprodukt, das durch Einschluss einer wässrigen Emulsion, die ein Kohlenwasserstoffwachs, ein Montanwachs und ein kolloidstabilisiertes Emulgatorsystem umfasst, hydrophobiert wird, beschrieben.

Weitere wässrige Wachsdispersionen zur Hydrophobierung von Gipsprodukten, die Stärke, langkettige Alkylphenole, verseifte Montan- Wachse, Tensid, Komplexierungs- mittel und Paraffin- Wachse enthalten sind z.B. aus der US 6,585,820 bekannt. Ebenso nennt die US 5,695,553 Tensid, Montan- Wachs und Paraffin- Wachs als Bestandteil der wässrigen Wachsdispersion.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hydrophobierungmittel zu finden, das sowohl für herkömmliche Gipsbaustoffe geeignet ist, als auch für die technisch kompliziertere Herstellung von Porengipsen. Weiterhin hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, trotz der Hydrophobierung eine ausreichende Dampfdurchlässigkeit zu gewährleisten. Darüber hinaus soll der Wachszusatz das Fließverhalten der Gipsmasse verbessern, eine geringe Veränderung des Versteifungsverhaltens des Gipses, eine deutliche Verbesserung der Kartonhaftung und eine sehr geringe Beeinflussung der Schaumbildung im Prozess bewirken.

Die Wirkungsweise von Wachsdispersionen in Gipsprodukten hängt kritisch von der Zu- sammensetzung ab. Offenbar ist es wichtig, dass die innere Oberfläche der Mikroporen im Gips versiegelt wird. Die Poren dürfen dagegen nicht vollständig verschlossen sein, um die gewünschte Dampfdurchlässigkeit zu erhalten. Dies ist mit reinen Kohlenwasserstoff-Dispersionen nach diesseitigen Erkenntnissen nicht zu erreichen. In der Vergangenheit hat man hier Montanwachs in der Mischung mit Paraffinen verwendet. Das Montanwachs ist ein fossiles Hartwachs pflanzlicher Herkunft, welches den Inkoh- lungsprozess nahezu unverändert überstanden hat. Deshalb kommt es in einigen Braunkohlen als extrahierbarer Bestandteil vor. Wichtige chemische Parameter sind u.a. die Säure- (SZ) und Verseifungszahl (VZ) des Montanwachses. Des Weiteren sind in Montanwachsen wenige Kohlenwasserstoffe, aber in nicht unerheblichen Anteilen Montanharze und Asphaltstoffe enthalten, wobei letztere zu einem nicht unerheblichen Anteil anorganische Aschebestandteile enthalten (0,4 bis 4 Gew.%).

Montanharze und Aschebestandteile können, wenn z.B. im Sichtverbau, wo eine besonders helle Gipsfarbe gewünscht ist, zu einer Beeinträchtigung der Farbe führen. Die Kohlenwasserstoffketten in den Wachssäuren und Wachsalkoholen haben eine Kettenlänge von 20 bis 34 C-Einheiten mit einem Maximum bei ca. 30 C-Einheiten. Dabei liegt der Schwerpunkt auf den Ketten mit einer geradzahligen Anzahl an Kohlenstoffatomen.

Bei der Verwendung von Wachsdispersionen in GKBI und GKFI ist generell von besonderer Bedeutung, dass diese keinen negativen Einfluss auf die Haftung der Karton- schicht auf der Oberfläche des Gispkernes haben. Des Weiteren müssen auch die Emulgatorsysteme auf optimale Haftung der Kartonschicht und eine möglichst geringe Störung des Schaumverhaltens des Gipsbreis abgestellt sein. überraschend wurde gefunden, dass sich der bisher überwiegend von montanwachshaltigen Wachsdispersionen bekannte Hydrophobierungseffekt in Gipsprodukten auch mit anderen speziell ausge- wählten polaren synthetischen und natürlichen Komponenten erzielen lässt. Als Basiswachsphase lassen sich neben Paraffinen auch längerkettige Alphaolefine (hydriert und/oder unhydriert) und Fischer-Tropsch Wachse verwenden. Ebenfalls einsetzbar in der Zusammensetzung sind Naturwachse, Fette, Fettalkohole sowie synthetische und synthetisch modifizierte natürliche Harzkomponenten.

Es zeigte sich, dass sich die gewünschte Hydrophobierung auch mit Hilfe von Wachsphasen ohne Montanwachs erzielen lässt. Dabei wurden sowohl andere Wachsphasen als auch andere polare Additive als verwendbar identifiziert. Dies führt im zu helleren / weißeren, auch im Sichtbau verwendbaren Gips-Produkten, da die Wachsphasen im speziellen die verwendeten Zusatzstoffe erheblich geringere bzw. keine Aschegehalte aufweisen und auch keine dunklen Asphalt- und Harzbestandteile enthalten.

Die Erfindungsgemäße O/W- Wachsdispersion zur Verwendung in Gipsprodukten bestehend aus: - zumindest 30 Gew.%, insbesondere 30 bis 80 Gew.%, vorzugsweise zu 40 bis 65 Gew.%, Wasser,

- zumindest 20 Gew.%, insbesondere 70 bis 20 Gew.%, vorzugsweise 35 bis 60 Gew.%, Wachsphase als disperse Phase, wobei die Wachsphase oder die zur Herstellung der Wachsphase eingesetzte Summe der diese bildenden Stoffe (d.h. vor der ggf. weiteren Verseifung durch das fakultative Alkalischmachen bzw. dem Alkali-/ Erdalkali-Zusatz) eine Versei- fungszahl von größer 0,2 mgKOH/g aufweist,

- zumindest 0,1 Gew.%, insbesondere 0,5 bis 5% Gew.%, eines Emulgators oder eines Verdickungsmittels als Dispergierhilfsmittel, sowie

- maximal 20 Gew. %, insbesondere weniger als 10 Gew.% anderen Stoffen, insbesondere als Bestandteil der kontinuierlichen Phase, wobei die Wachsphase besteht aus, jeweils bezogen auf die Wachsphase:

(a) zu 50 bis 98 Gew.% aliphatischen Kohlenwasserstoffen (KW) bzw. einem KW-Gemisch jeweils mit einem Erstarrungspunkt von größer 5O ⁰ C und kleiner 95 ⁰ C, insbesondere 55 bis 80 ⁰ C,

(b) zu 2 bis kleiner 50 Gew.%, insbesondere zu 5 bis 20 Gew.%, aus polaren langkettigen Verbindungen mit Kettenlängen von mindestens 18 Kohlenstoffatomen, insbesondere aliphatische, enthaltend

- zumindest eine Carboxyl-Gruppe, ggf. teilweise oder ganz derivatisiert,

- eine Ether- Gruppe und/oder

- zumindest eine Hydroxylgruppe (-OH) pro Molekül, jedoch nicht mehr als zusammen drei der oben genannten Gruppen, insbesondere polare langkettige Verbindungen, die pro Molekül mindestens eine Carboxyl-Gruppe, ggf. teilweise oder ganz derivatisiert neben ggf. bis zu zwei weiteren Gruppen pro Molekül einschließlich der Carboxyl-Gruppe, ggf. derivatisiert, enthalten und ggf.

(c) zu maximal 10 Gew.%, insbesondere kleiner 5 und vorzugsweise kleiner 0,5 Gew.%, anderen bei Raumtemperatur festen Stoffen, insbesondere aromaten- frei, oder keine und (d) zu maximal 3 Gew.% bei Raumtemperatur flüssigen Stoffen (bei Raumtemperatur und Normaldruck), insbesondere kleiner 1,5 Gew.%.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschrieben. Weiterhin beansprucht sind Gipszusammensetzungen, wie diese eingangs beschrieben sind, enthaltend die Wachsdispersionen und die Verwendung der Wachsdispersionen in solchen Gipszusammensetzungen bzw. den eingangs beschriebenen Gipsprodukten.

Erfindungsgemäß einsetzbar als aliphatische Kohlenwasserstoffe sind Paraffine, syn- thetische Fischer-Tropsch Wachse und Alpha-Olefme (AO, hydriert und nichthydriert) mit einem Erstarrungspunkt von größer 5O ⁰ C und kleiner 95°C und insbesondere jeweils mit mittleren C-Kettenlängen größer 25.

Polare Verbindungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Verbindungen aufweisend Kohlenwasserstoffketten mit pro Molekül zusammen größer 18 C- Atomen und zumindest eine Hydroxylgruppe, eine Ether-Gruppe und/oder eine Carboxylgruppe (-C(=O)O-) ₅ ggf. auch derivatisiert, d.h. verestert oder verseift. Vorzugsweise weisen die polaren Verbindungen nicht mehr als drei der oben genannten Gruppen bzw. insgesamt überhaupt drei polare Gruppen pro Molekül auf, insbesondere eine oder zwei Gruppen.

Die polaren Verbindungen können sein oxidierte und ggf. zusätzlich teilverseifte Fi- scher-Tropsch- Wachse, oxidierte Paraffine, oxidierte Polyethylene, sogenannte PE- Wachsester (zusammen oxidierte Kohlenwasserstoffe (KW) bzw. teilverseifte oxidierte KW genannt) und modifizierte natürliche und/oder synthetische Harze, sowie Naturwachse wie Bienenwachs und insbesondere Carnaubawachs. Weiterhin sind Fette (Triglyceride) z.B. pflanzlichen Ursprunges wie Palmen-, Soja- und Rübfette geeignet. Die in den polaren Zusatzstoffen enthaltenen Säuregruppen können dabei im Laufe der Wachsdispersionsherstellung mithilfe von alkalischen Substanzen (z.B. Kali oder Natronlauge) verseift werden. Diese Laugen werden dabei bevorzugt überdosiert, so dass sich pH- Werte größer 11 ergeben. Dies wirkt sich zudem günstig auf die Beständigkeit der Wachsdispersionen gegenüber biologischem Abbau und Pilzbefall aus. Geeignet sind auch synthetisch modifizierte, insbesondere veresterte, Kolophonium-Harze wie Glycerin- und/oder Pentaerythrit-Maleinsäure-Kolophoniumharze, vorzugsweise in Kombination insbesondere zusammen mit oxidierten KWs und/oder teilverseiften oxi- dierten KWs.

Besonders bevorzugt enthält die Wachsdispersion Carnaubawachs als Bestandteil der polaren Verbindungen, insbesondere zu 1 bis 20 Gew.%, insbesondere 1 bis 15 Gew.%, bezogen auf die Wachsphase.

Insbesondere vorteilhaft sind Mischungen der polaren Verbindungen, die enthalten als polare Verbindungen obige oxidierte Kohlenwasserstoffe (KW) bzw. teilverseifte oxidierte KW (größer 1 Gew.%) und Carnaubawachs (größer 1 Gew.%) oder obige oxidierte Kohlenwasserstoffe (KW) bzw. teilverseifte oxidierte KW (größer 1 Gew.%) und obige synthetisch modifizierte Kolophonium-Harze oder aliphatische Kohlenwasser- stoffharze (größer 1 Gew.%). Die Massenanteile sind jeweils bezogen auf die Wachsphase (= 100 Gew.%).

Eine Verstärkung des Hydrophobierungseffektes wird erzielt, wenn die polaren Verbindungen als vorherrschenden Bestandteil oxidierte und ggf. zusätzlich teilverseifte Fischer-Tropsch- Wachse, oxidierte Paraffine, oxidierte Polyethylene, sogenannte PE- Wachse und als Minderbestandteil Fette (z.B. Palmfette oder Sojaöle) und/oder Fettal- kohole (z.B. Nafol® 20+) enthalten. Hierdurch treten synergistische Effekte auf. Das heißt, die Reduzierung der Wasseraufnahme bei Kombinationen von Additiven verstärkt sich mehr, als aus der Summe der Einzelwirkungen zu erwarten ist.

Die Zuführung der Wachsphase in den Gipsbrei ist dabei bevorzugt in Form einer wässrigen Wachsdispersion, da die Gipsplattenproduktion auf Wasserbasis erfolgt, und die Dosierung der Wachsphase so erheblich exakter erfolgen kann. Des Weiteren sorgt die bevorzugt geringe Partikelgrösse der dispersen Wachsphase (mittlere Partikelgröße kleiner 2μm und insbesondere ungefähr lμm) für eine besonders homogene Verteilung des Wirkstoffes im Gipsbrei.

Als Emulgator sind prinzipiell alle Typen geeignet, die für die Herstellung von Wachsdispersionen verwendet werden, d.h. nichtionische, anionische und kationische Emul- gatortypen, aber auch deren Kombinationen (nichtionische mit anionisch und nichtionische mit kationisch). Insbesondere sind nichtionische und anionische Emulgatoren geeignet. Des Weiteren sind auch Emulgatoren, die die Stabilisierung über eine Verdickung der Wasserphase erzielen, geeignet. Dies können z.B. natürliche Harze (Gum Ghatti, deri- vatisierte Cellulosen) oder Xanthanpolymere, bzw. Polysaccharide, aber auch anorganische Substanzen vom Bentonittyp sein. Besonders geeignet als Emulgatoren sind SuI- fonate wie Napthalinsulfonat und/oder Ligninsulfonat, bevorzugt zusammen mit einem Verdickungsmittel wie insbesondere Gum Ghatti.

Weiterhin können der Wachsdispersion Polyvinylalkohole zugesetzt sein, insbesondere bis 0,5 bis 4 Gew.%, bezogen auf die Wachsdispersion, die z.B. als teilhydrolisierte Ethylenvinylacetatpolymere, aber auch aus Acrylaten und anderen Polyvinylestern her- gestellt, erhältlich sind. Hydrolysegrade von über 70%, insbesondere über 85% sind gewünscht, aber nicht Bedingung.

Die erfϊndungsgemäßen Zusammensetzungen sind vorteilhafterweise Wachsdispersionen, die mit Hilfe von Homogenisatoren hergestellt werden können. Hierbei werden zumindest zwei Phasen miteinander vermischt (Voremulsion).

Zumindest die wachshaltige Phase wird dazu über den Erstarrungspunkt erwärmt, um das Wachs zu schmelzen. Die andere Phase ist die wässrige Phase. Diese ist vorzugsweise mit dem Emulgator versetzt und wird vorteilhafterweise ebenfalls erwärmt.

Die Voremulsion wird dann im Kreis solange über z.B. Spalthomogenisatoren gefahren, bis die gewünschte Teilchengröße der Wachsphase erreicht ist. Danach wird die Emulsion über eine Kühlung auf Temperaturen unter den Erstarrungspunkt der Wachphase gebracht. Durch das Verfahren werden die einzelnen Wachspartikel der dispersen Phase in der wässrigen, kontinuierlichen Phase gleichmäßig verteilt und so eine über längere Zeit stabile Wachsdispersion erhalten. Hierbei entsteht dann die Wachsdispersion. Es handelt sich um eine öl in Wasser(O/W)-Wachssuspension mit einem mittleren Teilchendurchmesser von insbesondere 0,1 bis 10 μm, vorteilhafterweise von 0,5 bis 2 μm. Die erfindungsgemäßen Wachsdispersion eigenen sich besonders gut zur Herstellung der eingangs beschrieben hydrophobierten Gipszusammensetzungen, ins- besondere solche enthaltend oder bestehend aus aufgeschäumten Gipsen oder Porengipsen und insbesondere kaschierte Gipskartonplatten, vorzugsweise unter Verwendung der genannten Gipse.

Fig. 1 zeigt, wie die O/W Emulsionen typischerweise hergestellt sind. In einem Wachs- kessel (1) ausgestattet mit einem Temperaturfühler und einer Temperierung werden Wachsemulgator (2), Wasser und Heißdampf (3) vorgelegt, verrührt und mittels einer Pumpe (5) in den Voremulsionskessel (4) verbracht, wo Wasseremulgator-Gemisch (6) zugefügt wird. Der Austrag und die überführung in den Homogenisator (8) erfolgt mit der Pumpe (7). Mittels eines Kühlmediums (9) wird die Temperatur der Emulsion in der Kühlung (10) erniedrigt, z.B. auf 30°C um die fertige Wachsdispersion (11) zu erhalten.

Experimentelles

Das Ausmaß der Hydrophobierung kann mittels Tauchtests eines Gipskörpers festge- stellt werden. Hierzu wird die Wasseraufnahme in Gew.% nach einer Tauchzeit von 120 Minuten bestimmt (Spalte H ₂ O 120min in nachfolgender Tabelle). Geeignete Grenzwerte sind dabei < 10 Gew.% und insbesondere < 5 Gew.% Wasseraufnahme.

Die Tabelle 1 zeigt die Daten der fertigen Wachsphasen (% steht jeweils für Gew.%). Es zeigt sich, dass überwiegend harte Wachsphasen (Nadelpenetration bei 25 °C < 20 [0,1 mm] gemäß ASTM D1321) mit Erstarrungspunkten zwischen 60 und 80°C sowie

Säurezahlen (DIN 51558) zwischen 0 und 10 (mgKOH/g) sowie Verseifungszahlen von 0 bis 20 mgKOH/g sich günstig auf die Hydrophobierung auswirken.Dies führt zu den von der DIN 18180 geforderten Werten von < 10 Gew.% Wasseraufnahme. Die Wasseraufnahme ist somit gegenüber dem Blindwert (31%) des in diesem Fall ver- wendeten Naturgipses deutlich reduziert, was die Wirkung der als Wachsdispersionen eingesetzten Wachsmischungen belegt. Die Wachsdispersionen (WD) wurden gemäß folgender Richtrezeptur hergestellt:

60 Gew.% Wasser; 3 Gew.% Marlophen® NP 10 (nichtionisches Tensid der Sasol Olefms und Surfactants GmbH auf Ethoxylatbasis); 1 Gew.% KOH (45 Gew.%-ig) und 36% Wachsphase.

Herstellung der Wachsdispersion im Labor:

Das Wasser wurde zusammen mit dem Tensid und dem KOH auf ca. 8O ⁰ C erwärmt und ca. 20 min. gerührt. Danach wurde die aufgeschmolzene (80-100°C) Wachsphase hin- zugegeben und 5 Minuten weitergerührt. Die Voremulsion wurde in den Homogenisator gegeben und 1 Minute im Kreis gefahren, danach wird 1 Minute lang mit einem Druck von ca. 200 bar homogenisiert. Die Wachsemulsion wurde danach auf Raumtemperatur abgekühlt, dabei verfestigen sich die Wachspartikel und es entstand die Wachsdispersion.

Tabelle 2 : Eingesetzte Substanzen

Bezeichnung Typ Hersteller

Paraffin Sasolwax 6403 (Fully Paraffin) EP 64/66 Sasol Wax GmbH

Carnaubawachs Natürliches Palmwachs Kahl & Co

Harz Escorene 1102 F, Aliphatisches Koh- Exxon Mobil lenwasserstoffharz

Legende zur Tabelle 1

(*) Blindwert des unbehandelten Natur gipses 31%

(**) Diese beiden Dispersionen dienen dem Vergleich mit dem Stand der Technik

(1) Erstarrungspunkt ASTMD 938 (2) Nadelpenetration ASTMD 1321 bei 25 ⁰ C

(3) Säurezahl nach DIN 51558 (4) Verseifungszahl nach DIN 51559 (5) Wasseraufnahme nach DIN 81180 (6) Interne Hausmethoden

+ besser als Blindwert (ggf. um wie viel besser als Wert bei Gips)

= gleich Blindwert - nicht gemessen

Tabelle 1: Eigenschaften verschiedener Wachsdispersionen