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Verfahren zur Erzeugung von anorganischem Schaumglas
Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Verfahren zur Herstellung von Schaumglas.
Schaumglas mit einem Raumgewicht (Dichte) von etwa 0,2 g/cms und relativ guter mechanischer Festigkeit wird als einer der besten anorganischen Isolierstoffe angesehen. Bisher wurde Schaumglas in der Weise hergestellt, dass fein gemahlenes Glaspulver unter Zusatz von aktiver Kohle zur Gasbildung bis zur Sinterung erhitzt wurde, wodurch eine poröse Struktur entsteht. Das Produkt hat wohl sehr gute Eigenschaften, ist aber ziemlich teuer. Gemäss einem neueren Verfahren wird an Stelle von Glasmehl ein faseriges Silikatmaterial, nämlich Mineral- oder Glaswolle, eingesetzt. Dieses Material wird zusammen mit Wasserglas mehrere Stunden lang bis auf 360 C erhitzt. Nach Kühlung wird der feste Rückstand zerkleinert und nochmals unter Zusatz von Zucker od. dgl. als gasbildendes Element auf etwa 8000C erwärmt.
Bei diesem Verfahren erzielt man jedoch keine Gasdichtigkeit, welche eine Voraussetzung für ein gutes Schaumglas ist.
Das bisher verwendete Glasmehl hat zwei prinzipielle Nachteile : Die Mahlung auf die erforderliche Kornfeinheit von etwa 8000 cm/g ist ziemlich kompliziert und kostspielig. Ausserdem enthält das aus gewöhnlichem Glas hergestellte Glaspulver resistenzerhöhende Metalloxyde, wie z. B. MgO und Alzo nur in sehr beschränktem Masse, da diese nur bei viel höheren Temperaturen als bei normalen Glasschmelzen in die Glasphase überführt werden können. Die Erhöhung der Resistenz gegen Chemikalien oder Temperaturwechsel durch leichter einzuschmelzendes Bor ist relativ teuer. Faseriges Silikatmaterial, wie Mineral- und Glaswolle, enthält auch nur ganz geringe Mengen der resistenzerhöhenden
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werden, wie z. B.
Perlitpulver, Diatomeenerde, Kieselgur, Bimsstein, Industriestäube, Schlackepulver oder Basalttuff, mit Alkalisilikaten, Alkalihydroxyden oder Alkalicarbonaten unter Zusatz von Gasbildnern gemischt werden, die erhaltene Mischung in eine Form eingebracht oder granuliert, bei 750 bis 9500C aufgeschäumt und anschliessend abgekühlt wird.
Dieses Verfahren hat unter anderem den Vorteil, dass es auf sehr breiter Basis billiger Rohstoffe durchgeführt werden kann. Es beruht auf dem Zusammenwirken von glas-und gasbildenden Stoffen, die bei Temperaturen zwischen etwa 750 und 9500C (je nach Zusammensetzung) unter Aufschäumung sintern und ein feinporiges rein anorganisches Produkt von geringem Raumgewicht (unter 0,2) und relativ grosser mechanischer Festigkeit ergeben.
Die glasbildenden Substanzen bestehen zum grössten Teil einerseits aus amorphen Mineralpulvern mit hohem SiC-Gehalt neben einem Gehalt an einem oder mehreren mehrwertigen Metalloxyden wie sie oben angeführt sind und anderseits aus alkalihaltigen Stoffen, in erster Linie Alkalisilikaten, z. B.
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Magnesit oder Dolomit.
Der Grund, warum ein wesentlicher Teil der angewandten Mineralpulver amorph sein soll bzw.
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B.(als Trockensubstanz gerechnet) kommen.
Nach Mischung der Komponenten kann die Aufschäumung auf verschiedene Weise erfolgen. Entweder erhitzt man in einem durchgehenden Einschrittverfahren während 1 1/2 bis 2 1/2 h auf eine Temperatur von 750 bis 9500C. Die exakte Temperatur ist je nach Zusammensetzung der gewählten Pulver verschieden. Dann erfolgt langsam Abkühlung. Bei der Erwärmung verdampft langsam das im Wasserglas oder in den andern Stoffen befindliche Wasser, und es entwickeln sich aus der Reaktion der verschiedenen Stoffe Gase.
Man kann aber auch in einem Zweischrittverfahren den Hauptteil des Wassers durch Erhitzung bis etwa 600 C, vorzugsweise auf 200 bis 350 C, austreiben, wonach die Masse abgekühlt und pulverisiert wird. Dann erst erfolgt die Hauptaufschäumung durch Weitererhitzung auf 750 bis 950 C.
Die Trocknung und Pulverisierung bzw. Granulierung im Zweischrittverfahren kann auch in einem Sprühtrockner vorgenommen werden.
Geeignete amorphe Mineralpulver sind wie schon erwähnt z. B. expandiertes Perlitpulver, z. B. Abfall vom Expandieren, wobei ein Staub von etwa 1 und darunter abgeschieden wird, für welchen man bisher praktisch keine Verwendung hatte ; oder gemahlenes Perlitpulver von gleichem Feinheitsgrad.
Perlit enthält etwa 75% Si02 und etwa 15% Al203'Weiters geeignet sind Diatomeenerde, Kieselgur, Bimsstein, Si02-enthaltende Substanzen oder in Filteranlagen bzw. Schornsteinen aufgefangene Stäube der Ferro-Silicium-Produktion, Erzeugnisse mit hohem SiO-Gehalt und zusätzlichen Metalloxyden, ferner Schlacken aller Art, Flugasche der verschiedensten Produktionen usw., Basalt-Tuff, Apatit, Obsidian, Lineit usw., wenn sie billig erhältlich sind. Eventuell kann auch Glasmehl oder faseriges Silikatmaterial zugesetzt werden, wobei es sich aber empfiehlt, gleichzeitig Metalloxyd-reichere Zusätze beizugeben.
Viele dieser amorphen Mineralien haben ihre glasige Struktur durch vulkanische Prozesse erhalten, wobei schwer schmelzbare Metalloxyde der Glasphase einverleibt wurden. Daraus ergibt sich, dass die Auswahl der in Frage kommenden Stoffe sehr umfangreich ist und man immer jene verwenden kann, die am Produktionsort am billigsten erhältlich sind.
Auch kristalline Pulver (auch aus Schlacken) können in den Satz eingehen, wenn sie mit den amorphen Pulvern und dem Wasserglas bei einer Temperatur zwischen 750 bis 950 C reagieren und da-
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gut eignen sich Kombinationen von Magnesit oder Dolomit mit Talk, z. B. in Form von Microtalk. In Glasschmelzen können nicht mehr als 5% MgO eingebracht werden, während die im herkömmlichen Schaumglas verwendeten Glaspulver überhaupt kein MgO enthalten. MgO senkt das Gewicht und den Ausdehnungskoeffizient. Weiters vermindert es Bruchgefahr und setzt die Kühltemperatur herab. Geringere Entglasungsneigung, niedrigere Erweichungstemperatur und grösseren chemische Widerstandskraft,
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weiss brennende Tone, Feldspat usw. zugeführt werden.
Je nach der Art der Tonerde schwankt der Gehalt an SiO zwischen 40 und 65% und an AlO, zwischen 18 und 47%.
Als kristallines SiO kann Quarzpulver, wenn es preisgünstig erhältlich ist, eingebracht werden.
Kalzium kann in kleinen Mengen in Form von Ca (OH, CaCO bzw. Gips zugesetzt werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die zur Aufschäumung notwendigen Gasbildner, wie C, S und H bereits in denMineralpulvem enthalten sind, wie z. B. Kohlenstoff im grauen Perlitstaub, CO im Magnesit, SOg in Gips usw. oder sie können der Mischung beigefügt werden. Wichtig ist ein inniger Kontakt der gasbildenden Stoffe mit dem Pulvermaterial. Lösliche Gasbildner können auch in das Wasserglas eingeführt werden, eventuell bei erhöhter Temperatur, um die Lösung zu beschleunigen.
Die Wirkung der verschiedenen Gasbildner ist an und für sich bekannt. C kann in Form von Aktivkohle (etwa 0, 5 bis l% der Gesamtmasse) und in entsprechenden Mengen als Melasse, Zucker, Glycerin usw. zugesetzt werden, S in Form von Sulfaten, Sulfiten und Sulfiden.
Wasserstoffgas kann gebildet werden, indem der Mischung ein Zusatz von Aluminiumpulver oder Ferro-Silicium beigefügt wird.
Man kann sich die Aufschäumung so vorstellen, dass in den unteren Temperaturbereichen durch das verdampfende Wasser eine Gasentwicklung und damit Porenbildung stattfindet. In höheren Temperaturbereichen, vorwiegend zwischen 750 und 950 C, bewirken zusätzlich zum Wasserdampf noch CO (aus Karbonaten) oder CO (durch Reaktion des Kohlenstoffes entstanden) oder HS, SO oder SO (aus Sulfa-
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ten, Sulfiten oder Sulfiden entstanden) eine Aufschäumung.
Der Mischung der Komponenten können zur Erleichterung der Dispergierung verschiedene der be- kannten alkalibeständigen Netzmittel beigefügt werden. Als solches fungiert z. B. auch Natrium-Hexa- metaphosphat (2 bis 3% der Grundmasse). Weitere Zusätze, die je nach den gewählten Rohstoffen Vor- teile mit sich bringen können, sind Phosphorsäure, Dicyandiamid, Triäthanolamin, Silikofluoride und gewisse Öle, die in ganz kleinen Mengen auch günstig auf die Oberflächenspannung einwirken können.
Bekannte Armierungszusätze, wie Stahldraht, Metallspäne, bzw. Zusätze wie Blähton usw. können auch hier eingeführt werden.
Wenn das Verfahren in zwei Arbeitsstufen ausgeführt wird, kann das erhaltene Granulat für die an und für sich bekannten Verwendungszwecke eingesetzt werden.
Das Endprodukt kann z. B. vor Kühlung im Autoklaven behandelt werden, wobei man eine Verstär- kung, wie vom Gasbeton bekannt, erzielen kann.
Normalerweise hat das gesinterte Schaumprodukt geschlossene Zellen, aber es können auch offene, kommunizierende Poren erreicht werden, je nach Temperaturkurve bzw. Behandlung vor oder nach der Kühlung.
Die folgenden Beispiele können in weitem Ausmass variiert werden, wirken nicht einschränkend und erläutern das Verfahren : Beispiel l : 160 Gew. -TeileNatron-Wasserglas48/500Béund40 Gew. -Teile Wasser werden mit 40 Gew.-Teilen expandiertem grauen Perlit (etwa 0, 5% C enthaltend), 40 Gew.-Teilen Microtalk und 5 Gew.-Teilen Gips gemischt und gut durchgeknetet, bis sich ein an der Oberfläche feuchtender Teig bildet. Dieser Teig wird in eine Form aus Eisen, Stahl oder keramischem Material gegeben, die durch Auskleidungen wie Asbest, Kaolinschlemmen, Kalziumoxydpulver u. dgl. gegen Anbacken geschützt sein kann, in einen Ofen eingeführt und innerhalb 11/2 bis 2 1/2 h auf etwa 8400C erhitzt.
Das Produkt verbleibt einige Minuten bei der Höchsttemperatur, wonach eine mehrstündige Kühlung jenach Zusammensetzung der Rohstoffe und der Art des Ofens in 5 bis 12 h durchgeführt wird.
Beispiel 2 : Der Satz nach Beispiel 1 wird nur auf etwa 250 C erhitzt und 2 bis 3 h auf dieser Temperatur belassen, bis das meiste Wasser abgedampft ist. Ein Rest des Wassers soll noch verbleiben.
Danach wird das durch Wasserabdampfung vorgeschäumte Produkt rasch abgekühlt und zerkleinert bzw. pulverisiert, was bei der vorliegenden spröden Konsistenz leicht ist. Das erhaltene Granulat wird dann in Formen oder auf kontinuierlichem Band auf etwa 800 C erhitzt, wobei die Aufschäumung durch die von Anfang an eingemischten Gasbildner (C, S) vor sich geht. Danach wird langsam gekühlt.
Beispiel 3 : Der imBeispiell genannte Satz, aber mit 100 Gew.-Teilen Wasser, wird in einem geschlossenen Behälter auf etwa 2000C erhitzt. Danachwird dieaufgeschlossene Massedurcheinen Sprüh- trockner geleitet, in welchem alles Wasser bis auf 10 bis 20% verdampft. Die Versprühung geschieht in Form eines feinen Granulates. Dieses Granulat wird dann in Formen oder auf einem kontinuierlichen Band auf etwa 8000C erhitzt, wobei die Aufschäumung und Sinterung erfolgt.
Beispiel 4 : 40 Gew.-Teile expandiertes graues Perlit-Pulver (0, 5*% C enthaltend), 40 Gew.Teile Microtalk und 5 Gew.-Teile Gips werden mit 80 Gew.-Teilen zerkleinertem, festem Natriumsilikat gemischt und mit 120 Gew.-Teilen Wasser in einem Autoklaven bei 5 bis 6 atü aufgeschlossen. Danach wird die aufgeschlossene Masse durch einen Sprühtrockner geleitet und wie in Beispiel 3 weiterbehandelt.
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:Gew.-Teilen Microtalk, 10 Gew.-Teilen Kaolin, 5 Gew.-Teilen Metallsulfat, 0, 6 Gew.-Teilen aktiver Kohle und 20 Gew.-Teilen Wasser. Danach wird wie in den vorhergehenden Beispielen unter Erhitzung auf 8800C vorgegangen.
Beispiel 6 : Der Ausgangssatz besteht aus 240 Gew. -Teilen Natron-Wasserglas 48/50 Bé, 20 Gew.-Teilen, 40 Gew.-Teilen Kieselgur, 40 Gew.-Teilen pulverisierte Schlacke, 25 Gew.-Teilen pulverisiertem Magnesit, 10 Gew.-Teilen blähbarem Ton, 2 Gew.-Teilen Melasse. Danach wird wie in den vorhergehenden Beispielen vorgegangen.
Beispiel 7 : Der Ausgangssatz besteht aus 40 Gew.-Teilen NaOH, 60 Gew.-Teilen Wasser, 64 Gew.-Teilen Kieselgur, 12 Gew.-Teilen Kaolin. Die weitere Behandlung erfolgt wie in den vorhergehenden Beispielen. Die Temperatur beträgt 820 C.
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8 : Der Ausgangssatz besteht aus 200 Gew.-Teilen Natron-Wasserglas 48/50 Be,Gew.-Teilen Wasser, 40 Gew.-Teilen weissem Perlit-Pulver, 15 Gew.-Teilen Dolomit, 5 Gew.-Teilen Kalziumsulfit, 2 Gew.-Teilen Ca (ohm, 2 Gew.-Teilen Glycerin. Danach erfolgt die Behandlung wie
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in den vorhergehenden Beispielen.
Beispiel 9 : Es wird einer der vorherigen Sätze verwendet, die Pulver werden jedoch vorher entweder mit einer Wasserglas-Lösung oder mit Alkali-Silikatpulver, z. B. Trisilikat, besprüht.
Beispiel 10 : Es wird einer der vorigen Sätze, wozu noch 3 Gew.-Teile Natrium-Hexameta- phosphat und 2 Gew.-Teile Dicyandiamid kommen, verwendet.
Beispiel 11 : Es wird einer der vorigen Sätze, wozunoch3 Gew.-Teile 70% igePhosphorsäure kommen, verwendet.
Beispiel 12 : Es wird einer der vorigen Sätze, in welchen noch kleine Mengen von Armierungsmaterial, z. B. dünner, zu kurzen Längen geschnittener, hitzebeständiger Stahldraht, Metallspäne, Blähton od. dgl. eingemischt werden, verwendet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von anorganischem Schaumglas, dadurch gekennzeichnet, dass Mineralpulver mit hohem SiO,-Gehalt und grosser spezifischer Oberfläche, die amorph sind bzw. bei Erhitzung auf einige 1000C amorph werden, wie z. B. Perlitpulver, Diatomeenerde, Kieselgur, Bimsstein, Industriestäube, Schlackepulver oder Basalttuff, mit Alkalisilikaten, Alkalihydroxyden oder Alkalicarbonaten unter Zusatz von Gasbildnern gemischt werden, die erhaltene Mischung in eine Form eingebracht oder granuliert, bei 750 bis 9500C aufgeschäumt und anschliessend abgekühlt wird.
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