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Verfahren zur Herstellung von porösen glasartigen Formkörpern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von porösen glasartigen Formkörpern aus faserigem silikatische Material und Alkalisilikaten, die unbrennbar und wasserfest sind, sehr gut gegen Wärme und Schall isolieren und sich ausgezeichnet bearbeiten lassen.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, poröse Massen aus Alkalisilikaten herzustellen, indem man die Alkalisilikate eindickt und dann so erhitzt, dass man infolge des raschen Verdampfens des Wassers ein
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Es ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Baustoffes bekanntgeworden, der neben Alkalisilikaten und dem lediglich zur Verstärkung zugesetzten Fasermaterial, wie z. B. Asbest, Glimmer u. dgl., noch einen Zusatz von Alkaliboraten enthält. Dieser Baustoff besitzt zwar eine geringe Dichte und gute Wârmeisolationswerte ; er ist aber nicht ausreichend wasserfest, weshalb Platten und Blöcke aus diesem Material durch Aufbringen von Überzügen od. dgl. wasserdicht gemacht werden müssen ; ein solches Material, dem man zur Vergrösserung der Porenzahl gasentwickelnde Stoffe, wie z. B. Kaliumchlorat, zufügt, eignet sich daher in erster Linie zur Verwendung als isolierende Zwischenschicht, kaum jedoch als selbsttragender Baustoff.
Auch bei dem ebenfalls bekannten Verfahren zur Herstellung von zelligen Festkörpern, gemäss dem wasserhaltige Alkalisilikate auf unterhalb ihres Schmelzpunkte gelegene Temperaturen erhitzt werden, besteht das fertige poröse Material aus wasserfreiem Alkalisilikat. Solche Produkte haben aber den Nachteil, dass sie sehr leicht löslich sind und unter dem Einfluss der Feuchtigkeit als selbsttragendes Material nicht verwendet werden können.
Bei Verwendung solcher nicht aufgeschlossener Gemische erhöht sich also zwar die Festigkeit, auch die Verfahrensschritte werden einfacher, aber sowohl die Feuchtigkeitsbeständigkeit als auch das Festigkeitsverhalten der gebildeten Elemente bei Einwirkung höherer Temperaturen und im Brandfalle sind völlig unbefriedigend geblieben.
Ein weiterer Vorschlag, gealterte Gele in Kugelform zum Binden von faserigem Mineralgut zu verwenden, erfordert wiederum eine komplizierte Vorbehandlung aller verwendeten Stoffe, ohne zu einem
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Festigkeit und Isolierfähigkeit neben Feuchtigkeitsbeständigkeit zu erreichen.
Alle diese Nachteile werden bei den nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten porösen glasartigen Formkörpern vermieden, die eine sehr gute statische Festigkeit zeigen, gut schallisolierend sind und sich im Brandfall sehr günstig verhalten. Sie lassen sich auch in jeder Weise bearbeiten ; z. B. durch Schneiden, Schrauben, Nageln, Bohren, Sägen, Fräsen, Schleifen. Ausserdem ist die Bindefähigkeit der Formkörper zu Zement, Beton, Gips, Kalk und Mörtel gut.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass faseriges silikatisches Material in Alkalisilikaten im Verhältni ; von 0,02 bis 0,7 : 1 in wässeriger Lösung gelöst wird. Das Wasser wird hierauf bis auf konstitutionell gebundene Reste bei Temperaturen zwischen 140 und 3600C ausgetrieben, die trockene Masse dann auf Korngrössen zwischen 0,1 und 10 mm zerkleinert und das so erhaltene Vorprodukt auf Temperaturen zwischen 700 und 9000C bis zum Viskoswerden der Masse erhitzt.
Während also bei dem am Ende des zweiten Absatzes geschilderten bekannten Verfahren die Alkalisilikate auf Temperaturen von etwa 200 bis 500 und gegebenenfalls sogar bis 8000C erhitzt werden, sind diese Temperaturen aber immer unterhalb des Schmelzpunktes der Silikate gelegen, während das erfindungsgemässe Produkt bei Temperaturen von 700 bis 9000C schon viskos wird. Auch dient das bei diesem
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bekannten Verfahren gegebenenfalls zugesetzte faserige Material lediglich als Füllstoff, der aber nicht in den Alkalisilikaten gelöst wird. Dies ist auch bei dem zum Stande der Technik ferner geschilderten bekannten Verfahren der Fall. Die Eigenschaften derartiger Stoffe haben aber bisher nicht befriedigt.
Als Ausgangsmaterial dient vorzugsweise Glaswolle, Steinwolle oder Basaltwolle, aber auch andere ; faserige silikatische Materialien eignen sich gut. Es ist unbedingt notwendig, die handelsübliche Wasserglaslösung, die etwa 30-33% Feststoffe enthält, zu verdünnen, da sonst die Fasern nicht genügend aufgeschlossen werden und man nicht die gewünschte Porosität erreicht.
Das als Vorprodukt dienende glasartige Mischsilikat, das durch Auflösen von Glas- oder Steinwolle
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) der Erhitzung auf Temperaturen zwischen 140 und 3600C noch maximal 100/0 Wasser strukturell gebunden, das erst oberhalb 3600C ausgetrieben werden kann. Oberhalb 7000C beginnt die Masse viskos zu werden.
Aus den sich zuerst bildenden Hohlräumen, die eine Wandstärke von zirka 0,1 bis 1 p besitzen und die noch durch Kanäle miteinander in Verbindung stehen, bilden sich beim Viskoswerden der Masse Blasen aus und die Kanalverbindungen verschwinden. Der Blasendurchmesser ist von der Temperatur und der Zeitdauer der Erhitzung abhängig. Bei Temperaturen zwischen 700 und 9000C vergrössern sich zuerst diese
Blasen, um bei zu langer Erhitzung auf diese Temperaturen wieder an Volumen zu verlieren, dafür steigt jetzt die Dicke der Blasenwände. Bei einer Plattendicke von zirka 20 mm erreicht man bei 8000C in
10-15 min die gewünschte Porosität. Je nach dem Verwendungszweck und dem Ausgangsmaterial können durch Variation von Zeit, Temperatur und Plattendicke alle gewünschten Durchmesser und Wandstärken der Hohlräume eingestellt werden.
Zur Erzielung besserer Schalldämmung wurde als zweckmässig gefun- den, eine breite Variation der Grösse der Hohlräume im Formkörper zu erreichen.
Es ist in den meisten Fällen völlig ausreichend, den Formkörper 20-30 mm stark zu machen, um die bei Einsatz im Bauwesen oder an sonstigen Stellen geforderten Bedingungen zu erfüllen. Aber auch Körper mit einer Dicke von 100 mm und mehr lassen sich nach dem erfindungsgemässen Verfahren leicht herstel- len. Auch die Einlagerung von Drahtnetzen oder Streckblechen ist möglich, so dass die Formkörper als
Hohl- oder Profilträger verwendet werden können.
Es hat sich gezeigt, dass die Zusammensetzung und Korngrösse des als Vorprodukt dienenden glasarti- gen Mischsilikates von grossem Einfluss auf die Blasengrösse ist. Dabei erwies sich als erforderlich, Korn- grössen zwischen 0,1 und 10 mm zu verwenden. So ist z. B. eine Mischung von 50 Gel.-% der Teilchen mit einer Korngrösse zwischen 0,1 und 1 mm, 40 Gew.-% Teilchen einer Korngrösse von 1 bis 5 mm und
10 Gew.-% der Teilchen mit einer Korngrösse von 5 bis 10 mm besonders vorteilhaft.
Ein Zusatz geringer Mengen, z. B. 0,1-3 Gew.-% von Erdalkalikarbonaten, wie z. B. CaCO, zum
Vorprodukt hat sich als vorteilhaft erwiesen, da die Oberflächenspannung bei dem oben beschriebenen
Verfahren bei Temperaturen oberhalb 7000C verringert wird und sich Blasen mit dünnerer Wandstärke aus- bilden.
Der fertige poröse glasartige Formkörper erhält dadurch auch noch ein geringeres Raumgewicht.
Die Dichte der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Formkörper beträgt im allgemeinen etwa 0,25 g/cnA
Auch ein Zusatz von färbenden Metallsalzen zur Ausgangslösung in Mengen von 0,01 bis 1 Gew. -% erweist sich als vorteilhaft, wenn man den porösen glasartigen Formkörper für Dekorationszwecke ein- setzen will oder sonst Gründe hat, eine farbige Kennzeichnung zu bezwecken, Je nach Wahl der Salze (z. B. Kobaltsulfat, Kaliumchromat, Kadmiumsulfid, Kupfer- oder Eisensalze) kann man jede beliebige
Färbung erreichen. Durch Mischung verschiedenfarbiger Mischsilikate kann man auch Formkörper gemäss der Erfindung mit Farbmustern herstellen.
Mischt man den Ausgangsmaterialien oder dem bereits gekörnten Mischsilikat gesteinsartige Stoffe bei, die sich nicht völlig in der Alkalisilikatlösung auflösen, wie z. B. Bimsstein in Körnungen von 1 bis
3 mm, so wirken sich diese, wenn durch die gewählte Dosierung der Abstand der festen Körnchen im
Formkörper eine Entfernung von zirka 10 mm voneinander nicht überschreiten, vorteilhaft auf die Ver- kürzung der Kühlzeit der fertigen Formkörper aus, ohne die sonstigen Eigenschaften ungünstig zu be- einflussen.
Das Ankleben der porösen glasartigen Körper an metallischen Unterlagen kann in bekannter Weise durch CaO-haltige Schichten verhindert werden. Man überzieht daher zweckmässig die Oberflächen der
Formen, in denen die porösen Formkörper sich bilden und aushärten, mit derartigen Schichten.
Soll das poröse glasartige Verfahrensprodukt dagegen fest auf Metall aufgebracht werden, so entspannt man dieses durch sogenannte"Temperaturschnitte", um ein Abplatzen des porösen glasartigen Produktes zu verhindern. Sehr günstig ist das ein- oder beidseitige Aufschmelzen des porösen glasartigen Verfahrens- produktes auf z. B. Glasplatten. Dabei wirkt sich die nur punktweise, nichtflächige Haftung sehr vorteilhaft
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aus, und die Dilatationskurven der verschiedenen Gläser müssen nicht übereinstimmen, man vermeide jedoch trotzdem die Anwendung von Gläsern, deren Dilatationskurven zwischen oberem und unterem Trans-
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ser gefunden, deren Zusammensetzung etwa der des üblichen Fensterglases entsprechen. Auch ein ein- oder beidseitiges Überfangen der fertigen porösen Formkörper gemäss der Erfindung mit z. B.
Fensterglas ist unter Umständen zweckmässig.
In andern Fällen können auch sonstige Überzugsmittel fur die erfindungsgemässen Formkörper verwen- det werden, die man entweder aufklebt, aufstreicht oder aufspritzt. So ist das Bekleben mit festen orga- nischen oder anorganischen flächigen Gebilden vorgesehen, da gerade für die Anwendung im Bauwesen dadurch ausgezeichnete dekorative Wirkungen erreicht werden können.
Im Brandfall erleidet der nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Formkörper bei langsamer
Erhitzung, z. B. in 30 min auf 700 C, keine Veränderung. Bei plötzlich einwirkenden Stichflammen ent- stehen nicht sichtbare Haarrisse in dem Körper, die jedoch bei längerer Einwirkung höherer Temperaturen (800 C und darüber) wieder verschmelzen.
Die Wärmeleitung ist im Brandfall bei ungefähren Temperaturen von 8000C schon bei einer 3 cm dicken Platte so gering, dass z. B. die Rückseite dieser Platte erst nach 15 min eine Temperatur von zirka
1000C aufweist.
Die erfindungsgemäss hergestellten Formkörper können im Bauwesen als verlorene Schalung Verwen- dung finden, d. h. die beim Bau eingesetzte Platte bleibt gleich als Bestandteil der Wand stehen und bie- tet einen guten Schall- und Wärmeschutz. Man kann so das Gewicht der Zwischenwände bedeutend her- absetzen, denn das spezifische Gewicht der Platten liegt zwischen 0,15-0, 3 g/cm3. Gleichzeitig kann sogar das Verputzen der Wände eingespart werden, wenn die Platte eine glatte Oberfläche aufweist. Auch als Dachplattenelement eignet sich das poröse glasartige Verfahrensprodukt vorzüglich. Die leichte Bau- weise ermöglicht auch einen Einsatz in Erdbebengebieten oder an Stellen, wo lange Transportwege eine
Rolle spielen.
Sowohl in nördlichen kalten wie in warmen tropischen Gebieten ist die gute Isolierfähigkeit des po- rösen glasartigen Produktes gegen Wärme von grosser Bedeutung.
Zur Erhöhung der Stabilität der Formkörper, insbesondere hinsichtlich Durchbiegebelastung, hat sich der Einbau von Drahtnetzen oder Streckblech als vorteilhaft gezeigt. Auf diese Weise wird auch die Her- stellung leichter, mechanisch gut zu bearbeitender Träger in Profilform, z. B. Doppel-T, Rechteck- oder
Rohrform möglich. Bei Betondecken erweist sich ein Aufbringen des Betons auf erfindungsgemäss herge- stellte Platten zur besseren Trittschalldämmung als günstig. Allgemein können aus dem Verfahrenspro- dukt hergestellte Formteile im Schiff-, Flugzeug- oder Fahrzeugbau mit guter Wirkung eingesetzt wer- den. Auch als Schwimmkörper bewähren sich speziell geformte Formteile. Beim Bau von Kühl- und Kli- maanlagen sind Körper und Platten aus Produkten gemäss der Erfindung hervorragend einzusetzen.
In den folgenden Beispielen sei das erfindungsgemässe Verfahren beschrieben. Diese sind jedoch nur als Erläuterungen zu verstehen und nicht als irgendeine Begrenzung der Erfindung.
Beispiel 1 : 150gSteinwolle und 11 wässerige Alkalisilikatlösung (Trockensubstanz 310 g) werden mit 1 1 einer 0,3 Gew. igen Kobaltsulfatlösung versetzt, die Steinwolle durch Erhitzung völlig gelöst und dann 6 h lang bei 3000C in einem eisernen Kessel eingedampft. Der feste Rückstand wird nach Ab- kühlung herausgebrochen und in einem üblichen Grob-Brecher auf eine Korngrösse von maximal 10 mm zerkleinert. Die mit einer Schlichte ausgekleideten Metallformen werden dann mit dem Vorprodukt ge- füllt, 15 min auf 8000C erhitzt und innerhalb von 2 h langsam abgekühlt.
Beispiel 2 : Nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren werden 100 g Steinwolle, 11 der
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auf Korngrössen von maximal 3 mm erfolgt eine Erhitzung des Vorproduktes auf 820 C, die nach 11 min abgebrochen wird und der sich eine langsame Abkühlungszeit von 4 h auf Zimmertemperatur herab anschliesst. Man erhält einen feinblasigen Körper mit einer maximalen Porengrösse von 5 mm Durchmesser.
Beispiel 3: Wie im Beispiel 1 beschrieben, werden 150 g Steinwolle und 20 g Bimsstein mit 11 Natronwasserglas und 11 Wasser, in dem 20 g CaO gelöst sind, versetzt. Nach dem Eindampfen bei 2000C wird das Material bis zu einer Korngrösse von 5 mm gebrochen. Dann wird das glasartige Vorprodukt in mit Ca (OH) 2-bestrichenen Metallformen während 15 min auf 8500C erhitzt. Nach 1 1/2 h Kühlung lösen sich die porösen Körper mühelos aus den Metallformen.
Beispiel 4: Ähnlich wie im Beispiel 1 beschrieben, werden 80 g Glaswolle, 11 der in Beispiel 1 genannten Wasserglaslösung und 11 0, 2 -%iger wässeriger Eisenchloridlösung bei 2500C während 4 h zur Trockne eingedampft. Nach Zerkleinerung des Vorproduktes auf Korngrössen unter 5 mm erfolgt die
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Erhitzung auf 7900C für 10 min in Formen, in die vorher eine Glasscheibe und ein Drahtnetz eingelegt wurde. Der gebildete Formkörper eignet sich ausgezeichnet sowohl als Wandverkleidung als auch als verlorene Schalung beim Bau.
Beispiel 5 : Eine nach Beispiel 2 hergestellte Platte wird an einer Seite mit einer pastellfarbigen unbrennbaren Polyvinylchloridfolie von 0,2 mm Stärke beklebt. Die Platte zeigt gute Dekorationswirkung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von porösen glasartigen Formkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass fa-
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:gelöst, zur Trockne gedampft, auf Korngrössen zwischen 0,1 und 10 mm zerkleinert und das so erhaltene Vorprodukt auf Temperaturen zwischen 700 und 9000C bis zum Viskoswerden der Masse erhitzt wird.