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Verfahren zur Herstellung poröser, flexibler und bauschelastischer Isolierformkörper
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung poröser, flexibler und bauschelastischer Isolierformkörper auf der Grundlage von anorganischem Material, wobei unter Verwendung dieses Materials als Gerüstsubstanz ein Schaum gebildet und geformt und dann verfestigt wird.
Isolierschaumstoff-Formkörper sind seit langem bekannt. Insbesondere derartige Schaumkörper auf der Grundlage organischen Materials, d. h. Formkörper, bei welchen als Gerüstsubstanz organische Stoffe dienen, werden in grossem Umfang hergestellt. Hiebei ist einerseits zwischen starren Formkörpern, den sogenannten Hartschäumen und anderseits zwischen flexiblen, schwammartigen Produkten zu unterscheiden. Besonders bekannt sind beispielsweise Hartschaum auf Polystyrolbasis und schwammartige flexible Schäume auf Kautschukbasis (Schaumgummi).
Alle diese Schaumkörper haben indessen den Nachteil einer nur unbefriedigenden thermischen Stabilität. Wenn die Gerüstsubstanz selbst nicht entflammbar ist, so wird sie doch zumindest unter dem Einfluss höherer Temperaturen unter Versprödung oder Schmelzen (je nach Art des verwendeten organischen Gerüstmaterials) und schliesslich Verkohlung zersetzt.
Man hat schon versucht, den Nachteil der thermischen Empfindlichkeit derartiger Schaumkörper durch Verwendung anorganischen Gerüstmaterials zu umgeben. Bekannt sind die unter Bezeichnung Schaumbeton, Zellenbeton oder unter Verwendung andern anorganischen Materials hergestellten Schaumprodukte. Diese Produkte haben zunächst den Nachteil, dass die schwammartige Flexibilität organischer Produkte verlorengeht und darüber hinaus diese anorganischen Erzeugnisse ein wesentlich höheren spezifisches Gewicht aufweisen als die unter Verwendung organischer Gerüstmaterialien erhältlichen Schaumkörper.
Der Fachmann, der sich also insbesondere thermischen Isolierungsproblemen gegenübergestellt sah, war in die Zwangslage versetzt, entweder die im spezifischen Gewicht günstigen, in der thermischen Stabilität aber ungünstigen Schaumkörper auf organischer Gerüstbasis, oder aber die in der thermischen Stabilität günstigen, anderseits aber wegen ihres hohen spezifischen Gewichts ungünstigen Schaumkörper auf anorganischer Gerüstbasis zu verwenden.
Trotz dieser erheblichen Nachteile haben sich die Schaumkörper wegen ihres geringen Leitvermögens weitgehend durchgesetzt. Dieses geringe Leitvermögen beruht auf dem Vorhandensein zahlreicher kleiner Zellen, wobei besonders günstige Effekte bekanntlich dann erzielt werden, wenn zwischen den einzelnen bläschenartigen Zellen praktisch Konvektion nicht mehr vorhanden ist.
Ein weiterer Vorteil der Schaumkörper beruht in ihrer leichten Zugänglichkeit. Vielfach wird zur Herstellung so vorgegangen, dass die Gerüstsubstanz meist in wässeriger Aufbereitung zusammen mit schaumbildenden Stoffen in Rührwerken schaumig geschlagen wird und dann dieser Schaum nach Formgebung zur Erstarrung gebracht wird. Dieses Erstarren kann durch physikalische Mittel (z. B. Erwärmung) als auch auf chemischem Wege erfolgen, wobei in letzterem Falle, z. B. während des Rührvorgangs, oder in einem beliebigen andern Zeitpunkt entsprechende die Erstarrung bewirkende Mittel zugesetzt werden können.
Bisweilen wird das Herstellen von Schaumkörpern auch durch Einblasen von Gasen in meist wässerige
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Einstellen eines bestimmten pH-Wertes Schaum bilden bzw. zellen-oder porenbildende Substanzen abspalten. Bei organischen Gerüstsubstanzen ist es sogar möglich, mit nicht oder nur teilpolymerisierten Ausgangszubereitungen zu arbeiten, wobei nach Bildung der porenhaitigen schaumartigen Masse die Verfestigung zumindest teilweise durch eine Weiterpolymerisation erfolgt.
Dem Fachmann sind tatsächlich eine Vielzahl von Verfahren bekannt, um derartige Schaumkörper herzustellen. In dieser Möglichkeit, die Herstellung den jeweiligen Sonderbedingungen anzupassen, liegt ein weiterer Grund für die weite Verbreitung der Schaumkörper.
Das Ziel der Erfindung ist, den bisher den Schaumkörpern anhaftenden erheblichen Nachteil, nämlich Brennbarkeit, unbefriedigende thermische Stabilität, Versprödungserscheinungen, hohes spezifisches Gewicht, zu beseitigen und einen Isolierformkörper herzustellen, der einerseits unbrennbar und selbst bei Dauerbelastungen von mehreren 1000C stabil bleibt und anderseits ein geringes spezifisches Gewicht hat. Erwünscht ist aus Gründen der leichteren Verarbeitbarkeit darüber hinaus Flexibilität und Bauschelastizität.
Erfindungsgemäss gelingt dies dadurch, dass zur Herstellung von porösen Isolierformkörpern auf der Grundlage anorganischen Materials durch Bildung eines dieses Material als Gerüstsubstanz enthaltenden Schaums und anschliessendes Formen und Verfestigen dieses Schaums erfindungsgemäss zunächst eine wässerige, Asbestfasern in dispergierter Form und Netzmittel enthaltende Schaummasse hergestellt und diese unter Verformung verfestigt wird. Tatsächlich gelingt es hiebei, wenn man sich der üblichen Verfahren zur Herstellung von Schaumkörpern bedient, Isolierkörper herzustellen, welche beispielsweise im Temperaturbereich von-100 C bis über +550 C selbst bei Dauerbelastungen keinerlei Ermüdung zeigen.
Die unter Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellten Isolierkörper weisen darüber hinaus ein ausserordentlich geringes spezifisches Gewicht auf, beispielsweise von 0,002 bis 0,03, vorzugsweise von 0,005 bis 0,01 g/cm3.
Es ist zwar schon bekannt, dass man aus einem Gemisch von Steinfasern und Cellulosefasern unter Verwendung von Wasserglas als silikatischem Bindemittel zu starren Isolierkörpern gelangen kann. Steinwolle lässt sich aber nicht wie Asbest dispergieren und hierauf verschäumen. Ausserdem dienen die Fasern bei der bekannten Arbeitsweise lediglich als Gerüststoff und die Bindung muss mit einem speziellen Bindemittel (Wasserglas) bewirkt werden. Demgegenüber wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren durch die innewohnenden Bindungseigenschaften der Asbestfasern nach dem Dispergieren und Verschäumen die notwendige Verfestigung zum fertigen bindemittelfreien Isolierschaumformkörper erzielt.
Dieser Körper ist daher von der vorerwähnten bekannten porösen Isolierplatte, die ein wesentlich höheres spezifisches Gewicht von etwa 0,5 bis 1,0 g/cr* aufweist, grundverschieden.
Zur Durchführung des erfindungsgemässenverfahrens eignen sich auchGemische von Asbestfasern mit andern mineralischen Fasern, wie natürliche und synthetische Fasern auf anorganischer Basis. Mit besonderem Vorteil werden Asbestfasern solcher Art verwendet, bei welchen das Asbestmaterial bis in den Bereich der Einzelfaser bzw. nur noch aus einigen Fasern bestehende Bündel aufgeschlossen ist. Ein solches Fasermaterial, wobei die einzelnen Faserteilchen beispielsweise einen Durchmesser von mehr als ungefähr 10 u aufweisen, haben sich als sehr günstig erwiesen. Besonders bewährt haben sich Massen, bei welchen die Hauptmenge der Faserbündel einen Durchmesser von 20 bis 100 p aufweisen, wenn auch Bereiche von 200 oder 300 li nach oben keineswegs ausgeschlossen sind.
Für die praktische Durchführung des Verfahrens werden Fasermassen, bei welchen der Hauptteil der Faserbündel einen Durchmesser von über 500 aufweist nur in Sonderfällen inFrage kommen. Mit Vorteil können weiter mineralische Fasern wie Steinfasern, Glasfasern, unter der Bezeichnung "Silanwolle" bzw. "Refrasil" erhältliche Kiesel- säure-bzw. Quarzfasern und derartige Materialien verwendet werden. Es ist auch möglich modifizierte anorganische Fasern, beispielsweise auf Grundlage der vorgenannten Art, nach geeigneter Modifizierung (z. B. der Oberfläche), d. h. nach Behandlung mit organischen oder anorganischen Substanzen (z. B. zur Veränderung des Oberflächencharakters) zu verwenden.
Grundsätzlich ist es natürlich möglich, Material auf anorganisch-organischer Basis zu verwenden, z. B. Fasern, welche aus bekannten thermisch stabilen Materialien, wie aus organisch modifizierten Siliciumverbindungen, gewonnen sind.
Bei Verwendung von Asbest können praktisch alle, auch weniger gute Asbestsorten Verwendung finden, z. B. Chrysotil-Asbest 3 R, Cassiar A, AA, AK, C und G3, TC 299, Blauasbest Cape C und D. Auch Gemische von Asbest mit Mineralfasern z. B. mit"Silanwolle", Glasfasern,"Refrasil"u. dgl. können verwendet werden.
Es sind natürlich noch Zuschläge weiterer mineralischer Stoffe, wie Gips, Zement u. dgl. denkbar.
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Zur Herstellung der erfindungsgemässen Isolierformkörper bedient man sich, wie bereits angedeutet, der üblichen Verfahren, wobei in Abhängigkeit der verwendeten Schaummittel und Erstarrungsmittel gegebenenfalls auch starre Körper hergestellt werden können. Wie jedoch bereits ausgeführt, liegt ein besonderer Vorteil in der Herstellbarkeit flexibler und bauschelastischer Produkte. Unabhängig davon, ob es sich um starre oder flexible Erzeugnisse handelt, besitzen alle Produkte auffallend geringes spezifisches Gewicht und sind unbrennbar. Die thermischestabilität kann durch Auswahl von geeignetem Fasermaterial in fast beliebiger Weise erhöht werden. So gelingt es, ohne weiteres Materialien herzustellen, welche bei allen in der Praxis interessierenden Temperaturen mit Erfolg eingesetzt werden können.
Die Leitfähigkeit oder allgemeindielsoliereigenschaften, worunter neben den dominierenden wärmedämmenden auch die schalldämmenden Eigenschaften der erfindungsgemässen Isolierkörper zu verstehen sind, können in an sich bekannter Weise auf dem Umweg über die Porengrösse beeinflusst werden. Die Porengrösse des Endproduktes ist ihrerseits abhängig insbesondere von der jeweils verwendeten Faser und den Schäumungsmitteln und den Reifezeiten. Im allgemeinen wird so vorgegangen, dass die wässerige Aufbereitung der Faser vorzugsweise eine Dispersion der Fasern, insbesondere Dispersionen von feinen Faserbündeln oder vonEinzelfasern mit einem schaumbildendenMittel versetzt wird und dann der Schaum erzeugt wird. Als schaumbildendes Mittel können Seifen, beispielsweise Salze von Fettsäuren, insbesondere Alkalisalze von Fettsäuren, z. B.
Natriumstearat, Natriumoleat u. a. dem Fachmann bekannte, hiefür geeignete Verbindungen verwendet werden. Das Verhältnis von Fasermaterial zu schaumbildendem Material wird im allgemeinen von 10 : 1 bis 1 : 1 (Gewichtsteile) liegen. Bevorzugt ist der Bereich von etwa 10 : 2 bis 10 : 5 und insbesondere ein Faser/Schaumbildner-Verhältnis von etwa 3 : 1. Als günstig hat es sich erwiesen, wenn, an sich bekannte Alkarylsulfonate, wie Alkylbenzolsulfonate, Alkylnaph- thalinsulfonate u. dgl. Verbindungen zugesetzt werden. Hiebei setzt man entweder nichtionogene, vorzugsweise der Ladung der Faser entgegengesetzt geladene Netzmittel zu, d. h. im Falle der Verwendung von Chrysotil-Asbest Anionenaktive, bei Blauasbest Kationenaktive-Netzmittel.
Meist wird das Netzmittel in Mengen von 1 bis 10, vorzugsweise von 3 bis 7 Gew. -0/0 bezogen auf das Fasergewicht zugesetzt.
Bei wässeriger Aufbereitung geht man häufig von Bädern aus, welche 0, 5 - 8, vorzugsweise 1 bis
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13 bis 160 und mehr haben sich besonders bewährt.
Die Schäumung selbst kann wie bereits angeführt in Rührwerken erfolgen. Ferner durch Einblasen von
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stimmt. Überlässt man die Faserdispersion nach der Bearbeitung sich selbst längere Zeit (lange Reifezeiten), so werden bevorzugt Massen mit kleinen Zellen gebildet. Die Grösse der Zellen kann-schliesslich auch in bekannter Weise durch die Dauer der Bearbeitungszeit, Trocknungstemperaturen (niedrige Temperatur = kleine Poren) und Kombination dieser Massnahmen beeinflusst werden.
Den erhaltenen Schaum kann man in Formen giessen. Neben diesem Guss- oder Spritzverfahren besteht auch die Möglichkeit, den Schaum durch Unterdruck in eine Form zu saugen, ihn zu spachteln, zu schleudern, mit Harz zu tränken und dann zu verformen, oder in anderer an sich bekannterWeise zu verarbeiten. Es ist selbstverständlich möglich, den zu isolierendenTeil selbst als formgebenden Teil zu verwenden, d. h. dass die Schäume auf die zu isolierenden Teile aufgebracht und dort verfestigt werden.
Die Verfestigung des Schaumeserfolgt ebenfalls in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von der jeweiligen Schäumungsmethode. Man kann diese Verfestigung durch Verwendung von geeigneten Härteund Bindemitteln, die man unter Umständen schon der vorzugsweise wässerigen Aufbereitung der Faser, vorzugsweise der Dispersion zusetzen kann, beeinflussen. Die erhaltenen Schaumformkörper kann man in der üblichen Weise zerschneiden, bzw. zersägen oder aber den Formling direkt verwenden. Besonders günstige Isoliereigenschaften erzielt man dann, wenn man darauf achtet, dass die einzelnen Zellen möglichst abgeschlossen sind bzw. zwischen den einzelnen Zellen praktisch kein Gasaustausch stattfindet. Dieser Effekt kann beispielsweise unter Verwendung von Seifen als schaumbildende Mittel (Alkalisalzen vonFettsäuren) bei Asbestfaser-Dispersionen erreicht werden.
Vorzugsweise geht man nach Bildung des Schaumes so vor, dass man den Schaum trocknet, z. B. bei 40 - 1000C und einer Wärmebehandlung, insbesondere im Bereich über etwa 2000C unterwirft. Auf diese Weise gelingt es, ein flexibles Material herzustellen, wobei die schaumbildenden Stoffe teilweise vernichtet und teilweise durch Diffusion aus dem Material ausgetrieben werden. Bis zu einem gewissen Grade können hiebei auch Reaktionen zwischen der anorganischen Gerüstfaser und den zur Schaumbildung ver-
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wendeten Stoffen stattfinden, wobei es möglich ist, die Fasern in der einen oder andern Richtung zu ändern.
Die thermische Nachbehandlung kann selbstverständlich auch in situ vorgenommen werden, was insbesondere dann vorgezogen wird, wenn der Schaum auf die zu isolierenden Teile aufgebracht und dann die Verfestigung dort bewirkt wird.
Die erfindungsgemäss hergestellten Isolierformkörper können überall dort eingesetzt werden, wo Isolierungen über grosse Temperaturbereiche notwendig sind und wo anderseits nur Isoliermassen geringen Gewichts verwendet werden können, die nach Möglichkeit unbrennbar und auch noch schalldämmend sein sollen. Die erfindungsgemäss hergestellten Isolierformkörper sind demgemäss vor allem für den Flugzeug-, Raketen- und Schiffsbau aber auch in der Kühltechnik verwendbar.
Nachfolgend werden einige typische Beispiele angeführt.
Beispiel l : Es wurde eine Mischung aus folgenden Teilen hergestellt :
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<tb>
<tb> Chrysotile <SEP> Asbest <SEP> 3 <SEP> R <SEP> 1110 <SEP> g
<tb> Seife <SEP> 444 <SEP> g
<tb> Anionenaktive <SEP> bzw.
<tb> nichtionogene <SEP> Netzmittel <SEP> 66, <SEP> 6 <SEP> g <SEP>
<tb> Wasser <SEP> hart <SEP> 58 <SEP> 000 <SEP> g
<tb>
Beispiel 2 :
Es wurde eine Mischung aus folgenden Teilen hergestellt :
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<tb>
<tb> Blauasbest <SEP> Cape <SEP> C <SEP> 227 <SEP> g
<tb> Seife <SEP> 111 <SEP> g
<tb> Kationenaktive <SEP> bzw.
<tb> nichtionogene <SEP> Netzmittel <SEP> 16,7 <SEP> g
<tb> Wasser <SEP> 14500 <SEP> g
<tb>
Beispiel 3 : Es wurde eine Mischung aus folgenden Teilen hergestellt :
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<tb>
<tb> Chrysotile <SEP> Asbest
<tb> Cassiar <SEP> A <SEP> zirka <SEP> 300 <SEP> g
<tb> "Silanwolle"zirka <SEP> 600 <SEP> g
<tb> Seife <SEP> 444 <SEP> g
<tb> Anionenaktive <SEP> bzw.
<tb> nichtionogene <SEP> Netzmittel <SEP> 66,6 <SEP> g
<tb> Wasser <SEP> 58 <SEP> 000 <SEP> g
<tb>
Beispiel 4 : Es wurde eine Mischung aus folgenden Teilen hergestellt :
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<tb>
<tb> Chrysotile <SEP> Asbest
<tb> Cassiar <SEP> AA <SEP> 1110 <SEP> g
<tb> Seife <SEP> 444 <SEP> g
<tb> Anionenaktive <SEP> bzw.
<tb> nichtionogene <SEP> Netzmittel <SEP> 66, <SEP> 6 <SEP> g <SEP>
<tb> Wasser <SEP> 58000 <SEP> g
<tb> +Zement <SEP> 1000 <SEP> g
<tb>
Beispiel 5 : Eines der vorgenanntenGemische wird in ein mit einemmitteltourigen Rührwerkoder einer mitteltourigen Pumpe versehenes Gefäss gegeben und so lange gerührt, bis sich daraus Schaum bil-
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det. Dieser wird in Formen gegossen und bei leicht erhöhter Temperatur getrocknet (40-100 C), wodurch man ein Produkt erhält, das ein spez. Gewicht von 0,002 bis 0, 03 g/cm3 aufweist.
Man kann den erhaltenen Schaum auch in Formen bringen, die man evakuiert, wodurch sich der Schaum den Wandungen anpasst und man erhält somit nach Aushärtung bzw. TrocknungdesSchaumesdie gewünschte Form des Isolierformkörpers.
Den nach oben beschriebenem Verfahren erhaltenen Schaum kann man auch auf die zu isolierenden Teile aufspritzen oder spachteln und ihn einer anschliessenden Trocknung unterwerfen. Durch eine Hochtemperaturbehandlung, vorzugsweise über 200 C, entsteht ein bauschelastisches, flexibles, nicht brennbares, weitgehend schalldämmendes, chemisch beständiges, nicht schmelzendes, geruchfreies Produkt, welches innerhalb grosser Temperaturbereiche eingesetzt werden kann (0-5500C).
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung poröser, flexibler und bauschelastischer Isolierformkörper, die im wesentlichen aus anorganischen Fasern bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine wässerige, Asbestfasern in dispergierter Form und Netzmittel enthaltende Schaummasse hergestellt und diese unter Verformung verfestigt wird.