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Verfahren zur Herstellung von Schaumglas
Wegen der besonderen Eigenschaften des Glases findet dieses in den letzten Jahren in steigendem Masse nicht nur in den beiden herkömmlichen Einsatzgebieten, nämlich als Tafelglas und als Hohlglas, sondern in einer Vielzahl neuer Anwendungsbereiche, darunter vornehmlich in der Bauindustrie, Eingang. Diese macht sich im besonderen die Witterungs- und Korrosionsbeständigkeit, wie auch die-bei möglichst innerer Spannungsfreiheit - ausserordentlich hohe Festigkeit und die optisch erzielbaren Effekte dieses Materials zunutze.
Das Bauglas hat nun nicht nur in Form von Glasziegeln verschiedenster Dimensionen, Aussenwandverkleidungen u. dgl. m. in den letzten Jahren eine immer steigende Bedeutung erlangt, sondern es ist hiezu geschäumtes, poröses Glas als Isolierkörper mit hervorragenden, fast idealen Eigenschaften getreten. Die bereits eingangs erwähnten Eigenschaften der Witterungs- und Korrosionsbeständigkeit treffen selbstverständlich auch beim Schaumglas in ebensolcher Weise zu wie die hohe Temperaturbeständigkeit im Vergleich mit andern herkömmlichen Isolierstoffen auf organischer Basis und die bei gegebenem Raumgewicht sehr hohe Festigkeit im Vergleich mit bisher erzielbaren anorganischen porösen Körpern. Dazu kommt die vielfach gewünschte Wasser- und Dampfdichtigkeit und eine Reihe anderer besonders für Spezialverwendungen vorteilhafter Eigenschaften.
Naturgemäss sind seit vielen Jahren verschiedene Verfahren bekannt, Schaumglas zu erzeugen, die im wesentlichen auf der Erhitzung eines Glaspulvers im Gemisch mit verschiedenen organischen oder anorganischen Stoffen in geschlossenen Formen beruhen, wobei bei der Erweichungstemperatur des Glases diese zugesetzten Stoffe Gase bzw. Dämpfe abspalten, die das sich eben verfrittende Glas zur Aufblähung und Formfüllung bringen.
Die meisten dieser Verfahren kranken nicht nur an einem beträchtlichen Kapitalbedarf für die vielen notwendigen Formen aus zunderbeständigem Material in einer Wandstärke, die dem Blähdruck widerstehen muss, sondern sind auch wegen der besonderen Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung und Kornfeinheit des Glases und von der Reinheit der verwendeten Blähsubstanzen nur sehr schwierig zu steuern und geben nur schwer reproduzierbare Ergebnisse. Vor allem besitzen nach solchen bekannten Verfahren hergestellte Schaumgläser eine ungleichmässige Porenstruktur, welche zur Ausbildung häufig beträchtlicher innerer Spannungen im Glasschaum führt.
Diese ungleichmässige Porenstruktur der nach bekannten Verfahren erhältlichen Schaumgläsern ist vor allem darauf zurückzuführen, dass die verschiedenen als Blähstoffe verwendeten organischen oder anorganischen Stoffe, welche meist in körniger Form zur Anwendung gelangen, mit dem Glaspulver nicht innig genug vermischt werden können, so dass in einzelnen Bereichen der zur Herstellung des Schaumglases dienenden Mischungen eine grössere Menge an Blähstoffen vorliegt als in andern Bereichen.
Um eine weitgehend homogene Verteilung der Blähstoffe im zur Herstellung des Glasschaumes dienenden Glaspulver zu erreichen, wurde bereits vorgeschlagen, das Glaspulver mit einer wässerigen Lösung von organischen Stoffen zu vermischen, jedoch führt dieser Vorschlag nicht zum gewünschten Erfolg, da beim Erhitzen der so erhaltenen Mischungen aus Glaspulver und organischen Stoffen der grösste Teil der bei der thermischen Zersetzung der organischen Stoffe entstehenden Gase ungenutzt entweichen konnte und der erhaltene Glasschaum, abgesehen von einer ungleichmässigen Porenstruktur, noch ein rela-
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tiv hohes Raumgewicht besass.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung von Schaumglas, welches darin besteht, ein Gemisch von Glaspulver und Blähstoffen unter Zusatz von festen Bindestoffen oder flüssigen Bindestoffen, beispielsweise verdünnter Wasserglaslösung mittels welcher das Gemisch aus Glaspulver und Blähstoffen gleichmässig angefeuchtet wird, zu Glaspulverkörpern vorzuformen und diese danach dem Erhitzungsprozess zu unterwerfen und welches vor allem auf die Herstellung von als Schleifkörper verwendbarem Schaumglas relativ hoher Dichte abzielt, könnte bei Verwendung ausreichender Mengen an körnigen Blähstoffen, wie Sulfaten, Karbonaten, Graphiten usw.
auch zur Herstellung von Schaumglas relativ geringer Dichte dienen, jedoch würde so hergestelltes Schaumglas wegenderverwendetenkörnigen Blähstoffe relativ grobporig sein und damit eine für die meisten Zwecke zu geringe mechanische Festigkeit besitzen.
Die Erfindung bezweckt nun die Beseitigung der Nachteile von im Zuge bekannter Verfahren herstellbaren Glasschäumen. Dies gelingt bei einem Verfahren zur Herstellung von Schaumglas unter Verwendung von Glasmehl und wasserlöslichen organischen Blähstoffen gemäss der Erfindung dadurch, dass die Blähstoffe in einer wässerigen Alkalisilikatlösung zur Anwendung gelangen.
Dadurch, dass die Blähstoffe in einer wässerigen Alkalisilikatlösung zur Anwendung gelangen wird erreicht, dass im Zuge der dem Blähvorgang vorausgehenden Trocknung des mit der wässerigen Alkalisilikatlösung befeuchteten Glasmehl die Blähstoffe in der an denGlaskörnern antrocknendenAlkalisilikatschicht äusserst fein verteilt sind, womit die Gewähr dafür gegeben ist, dass die bei der thermischen Zersetzung der organischen Blähstoffe entstehenden Gase im Zuge des Sinterns des Gemenges die Masse unter Ausbildung einer gleichförmi- gen Porenstruktur aufblähen, das Volumen der einzelnen Poren klein bleibt und, da die entstehenden Gase nicht nutzlos entweichen können, unter Erzielung eines Schaumglases geringen Raumgewichtes ein hoher Blähgrad erhalten werden kann.
Es wurde bereits vorgeschlagen, bei einem Verfahren zur Herstellung von Schaumglas ein Gemenge aus Blähstoffen und Glaspulver mit einer wässerigen Lösung eines Alkalisilikates gleichmässig anzufeuchten, jedoch kann gemäss diesem Vorschlag nicht der durch das erfindungsgemässe Verfahren erzielbare Effekt erreicht werden, da selbst bei Verwendung von wasserlöslichen Blähstoffen auch durch gleichmä- ssiges Anfeuchten des Gemenges aus Blähstoffen und Glaspulver die Blähstoffe nicht zur Gänze gelöst werden können und sich damit nicht die durch das erfindungsgemässe Verfahren erzielbare feine Verteilung der Blähstoffe ergibt. Darüber hinaus werden gemäss diesem bekannten Vorschlag keine wasserlöslichen Blähstoffe, sondern in Wasser unlösliche Blähstoffe, z. B. Sulfate, Carbonate, Graphite, Kohle usw., verwendet.
Da die wässerige Alkalisilikatlösung die Glaskörner des Glasmehl gleichmässig benetzt und nach Trocknung diese Körner gleichmässig inkrustiert und damit die Gewähr dafür geboten ist, dass unter Vermittlung des niedrig-schmelzenden Alkalisilikates die Sinterung frühzeitig eintritt, kann gemäss der Erfindung das Gemisch von Glasmehl und Blähstoffen bereits bei Temperaturen von etwa 700 bis 7500C gebläht werden (um etwa 1000C niedriger als üblich), womit sich einerseits wirtschaftliche Vorteile und anderseits auch der Vorteil ergibt, dass bei solchen niedrigen Blähtemperaturen dieausdenBlähstoffen entstandenen Gase aus dem entstehenden Glasschaum nicht entweichen können.
Eine möglichst weitgehend feine Verteilung der Blähstoffe in der die Glaskörner des Glasmehl bedeckenden Alkalisilikatkruste, u. zw. in einer den späteren Blähvorgang besonders begünstigenden Form, ergibt sich dann, wenn gemäss der Erfindung in an sich bekannter Weise das Gemisch von Glasmehl und Blähstoffen vor der Blähung bei Temperaturen unter 6000C vorerhitzt wird.
Hiebei kann die Vorerhitzung des feuchten Gemisches von Glasmehl und Blähstoffen innerhalb von 1 bis 10 min, beispielsweise in einem Drehrohrofen, und bei Temperaturen zwischen 300-600 C, vorzugsweise bei etwa 500 C, erfolgen. Zweckmässigerweise wird im Rahmen des erfindungsgemässen Ver- fahrens derart vorgegangen, dass auf 100 Gew.-Teile Glasmehl 4-30 Gew.-Teile konzentrierter Wasserglaslösung zugesetzt werden, wobei zwecks Erzielung einer gleichmässigen Verteilung der wässerigen Lösung auf dem Glasmehl dem Wasserglas gemäss der Erfindung 0, 01-0, 5 Gew.-% eines alkalibeständigen Netzmittels zugesetzt werden können.
Als wasserlösliche organische Blähstoffe können im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens mehrwertige Alkohole, wie Glycol, Glyzerin, Zucker, wasserlösliche Zellulose- oder Stärkederivate oder wasserlösliche Harnstoff- bzw. Phenol-Formaldehyd-Vorkondensate verwendet werden.
Durch die oben erläuterte feinste Verteilung der organischen Blähstoffe kann es bei der eigentlichen Blähung zur Ausbildung von Mikroporen in den Wänden der Makroporen kommen. Diese Mikroporen, die die Schaumlamellen weiter unterteilen, ergeben nicht nur ein erhöhtes Isoliervermögen, sondern auch eine leichtere Bearbeitbarkeit von Schaumglasformkörpern an der Baustelle, die ja durch Sägen,
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Bohren u. dgl. auf die jeweils gewünschten Dimensionen zugerichtet werden müssen.
Es wurde weiters gefunden, dass bei Zusatz von über 2 Gew.-Teilen organischer Substanz und über 15 Gew.-Teilen Alkalisilikat dunkelgrauer bis schwarzer Glasschaum erzeugt wird, dessen gemahlene Abfälle zur wiederholten Blähung eingesetzt werden können, wobei gegebenenfalls zur Erzielung deren Expansion bei ausschliesslicher Verwendung gemahlener Abfälle die Blähtemperatur gegenüber dem ersten Blähvorgang um 10 - 200C gesteigert werden muss. Dies ist ein bei bisherigen Schaumglasmaterialien vollständig unbekannter Effekt, der offensichtlich darauf beruht, dass durch das rasche Aufheizen beim eigentlichen Blähvorgang nur ein Teil der aktiven Stellen zur Blähung gelangt und der Rest der nicht verbrauchten aktiven Stellen für spätere wiederholte Blähprozesse verfügbar bleiben.
Dieser Vorteil ermöglicht das Arbeiten in kontinuierlicher Arbeitsweise gegebenenfalls in offenen Formen oder überhaupt ohne Formen, da jeglicher durch nachheriges Beschneiden entstandene Abfall wieder eingesetzt werden kann.
Bei einem Zusatz von unter 1 Gew.-Teil organischer Substanz und unter 10 Gew.-Teilen Alkalisilikat wird jedoch weisser bis hellgrauer Glasschaum erzeugt, dessen gemahlenen Abfällen keine Blähkraft mehr innewohnt.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird im folgenden durch Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Beispiel l : 10 kg Glasmehl, hergestellt durch Vormahlen von Flaschenglas auf 0-0, 2 mm und 0, 25 kg geblähtes Alkalisilikat mit einem Schüttgewicht von zirka 0, 06 kg/l werden mit einer Lösung, bestehend aus 2 kg Wasserglas mit einer Dichte von 1, 4, 1, 51 Wasser, 0, 3 kg Zucker und 30 g Netzmittel (Benax 2 A 1) innig gemischt, in einem Drehrohrofen innerhalb von 5 min auf zirka 5500C erhitzt, schnell abgekühlt und auf unter 0, 5 mm gemahlen. Man erhält ein dunkelgraues Pulver, bei welchem alle Glaskömer mit schaumartiger Kruste bedeckt sind.
Dieses graue bis schwarze Schaumgranulat wird in einer offenen Eisenform in einen auf zirka 7000C erhitzten Ofen eingesetzt, auf 7300C erhitzt und 1 h auf dieser Temperatur gehalten. Nach langsamem Abkühlen von zirka 18 h Dauer wird bei etwa 500C aus dem Ofen entnommen und ausgeformt.
Manbekommt einen dunkelgrau bis schwarzenglassehaumkörper, welcher beim Zersägen keinenGeruch entwickelt, unter dem Mikroskop ein sehr gleichmässiges Gefüge mit zahlreichen Mikroporen in den Lamellenwänden aufweist.
Beispiel 2 : 2 kg Wasserglas, 1, 51 Wasser, 0, 3 kg Zucker und 30g Netzmittel werden mit 0, 25 kg geblähtem Alkalisilikat gemischt und im Drehrohrofen granuliert. Dieses Granulat wird gemahlen, mit 10 kg Glasmehl gemischt und wie im Beispiel 1 thermisch behandelt. In diesem Fall bekommt man nur ein lockeres Pulver.
Beispiel 3 : Die nach Beispiel 1 hergestellten Schaumglaskörper werden auf Feinheit 0, 75 mm vermahlen und wie in Beispiel 1 angegeben, jedoch auf 7500C erhitzt. Es entsteht ein Körper mit ähnlichen Daten wie im Beispiel 1.
Beispiel 4: 6 Gew.-Teile des nach Beispiel 1 hergestellten Schaumgranulates werden mit 4 Gew.-Teilen unbehandeltem Glasmehl innig vermischt und wie im Beispiel l, jedoch auf 7 400C erhitzt.
Man erhält ebenfalls ein gutes Schaumglas.
Beispiel 5 : 10 kg Glasmehl werden mit einer Lösung, bestehend aus 1 kg Wasserglas, 2 l Wasser, 0, 1 kg Zucker und 20 g Netzmittel sowie mit 0, 4kg geblähtem Alkalisilikat innig gemischt und wie im Beispiel 1 zum Schaumgranulat verarbeitet. Dieses ist etwas heller. Nach der Blähung dieses Schaumgranulates, welches wie in Beispiel 1 erfolgt, ergibt sich ein lichtgrauer Glasschaum. Wird dieses Produkt gemahlen und noch einmal auf 7500C erhitzt, erfolgt keine Blähung.
Beispiel 6 : 10 kg Glasmehl werden mit einer Lösung aus 2, 5 kg Wasserglas, 11 Wasser, 0, 2 kg Zucker und 20 g Netzmittel gut benetzt und durch direktes Erhitzen auf 7300C zu Schaumglas verarbeitet.
Beispiel 7 : 10 kg Glasmehl werden mit einer Mischung von 0, 9 kg Wasserglas und 0, 3 kg konzentriertem Glycerin gemischt und wie im Beispiel 6 zu Schaumglas umgewandelt. Man erhält besonders dunkle Körper mit vielen Mikroporen in den Lamellenwänden.
Beispiel 8 : 10 kg Glasmehl und 0, 25 kg geblähtes Alkalisilikat werden mit einer Lösung aus 1, 5 kg Wasserglas, 1, 5 I Wasser, 0, 3 kg alkalilösliches Phenolharz und 30 g Netzmittel gemischt und zu Vorgranulat geröstet. Gebläht wird wie im Beispiel 1.
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Daten <SEP> der <SEP> gemäss <SEP> den <SEP> obigen <SEP> Beispielen
<tb> hergestellten <SEP> Schaumgläser
<tb> Beispiel <SEP> Raumge- <SEP> Biegezug- <SEP> Druckfe- <SEP> Wärmeleit- <SEP> Gasdurch- <SEP> Wasserwicht <SEP> festigkeit <SEP> stigkeit <SEP> fähigkeit <SEP> lässigkeit <SEP> aufnahme
<tb> 1 <SEP> 0,20 <SEP> kg/l <SEP> 8 <SEP> kg/cm2 <SEP> 18 <SEP> kg/cm2 <SEP> 0,06 <SEP> Keal/ <SEP> 7 <SEP> Nano- <SEP> 1,6Vol.-%
<tb> m. <SEP> h. <SEP> C <SEP> perm
<tb> 3 <SEP> 0, <SEP> 22 <SEP> kg/l <SEP> 9 <SEP> kg/cn2 <SEP> 25 <SEP> kg/cm2 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 0,22 <SEP> kg/l <SEP> 9 <SEP> kg/cm2 <SEP> 20 <SEP> kg/cm2 <SEP> 0,065Kcal/ <SEP> 22 <SEP> Nano- <SEP> 2,1Vol.-%
<tb> m. <SEP> h. <SEP> C <SEP> perm
<tb> F) <SEP> 0,23 <SEP> kg/l <SEP> 11 <SEP> kg/cm2 <SEP> 25 <SEP> kg/cm2 <SEP> 0,07 <SEP> kcal/ <SEP> 16 <SEP> Nano- <SEP> 1,7Vol.-%
<tb> m. <SEP> h.
<SEP> OC <SEP> perm
<tb> 6 <SEP> = <SEP> 13 <SEP> kg/cm2 <SEP> 26 <SEP> kg/cm2 <SEP> 0,07 <SEP> Keal/ <SEP> 17 <SEP> Nano- <SEP> 2,0Vol. <SEP> -%
<tb> m. <SEP> h. <SEP> C <SEP> pern <SEP>
<tb> 7 <SEP> O. <SEP> 18 <SEP> kg/l <SEP> 10 <SEP> kg/cm2 <SEP> 18 <SEP> kg/cm2 <SEP> 0,55 <SEP> Keal/ <SEP> 12 <SEP> Nano- <SEP> 1,9Vol.-%
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<tb> 8 <SEP> 0,25 <SEP> kg/l <SEP> 13 <SEP> kg/cm2 <SEP> 28 <SEP> kg/cm2 <SEP> 0,075Keal/ <SEP> 20 <SEP> Nano- <SEP> 2,3Vol.-%
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PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von Schaumglas unter Verwendung von Glasmehl und wasserlöslichen
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