<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein festes anorganisches, ein oder mehrere Schichtmineralien enthaltendes Schaumprodukt mit einer Dichte von weniger als 0, 4 g/ml, vorzugsweise weniger als 0, 2 g/ml.
Die Schichtmineralien sind natürlich vorkommende Formen von Silikaten und sind Phyllosilikatmaterialien, d. h. sie haben eine Schichtstruktur. In den Begriff Schichtmaterialien sind eingeschlossen beispielsweise Vermiculit, Kaolinit und andere Tonmineralien, Montmorillonit, Sepiolit, Attapulgit, Illit und Saponit.
Die Tonmineralien treten in Tonen als Teilchen in der Grössenordnung von wenigen 11m Durchmesser, die Aggregate oder Agglomerate von kleinen kristallinen Einheiten des Minerals mit Sub- - Mikrongrösse sind. Kaolinartiger Ton ist im wesentlichen eine Aggregation von buchförmigen Einheiten von Schichten des Tonminerals Kaolinit ; dabei ist zu verstehen, dass die hierin verwendete Bezeichnung Kaolinittone vom Kaolintyp Ballclay, Fireclay und Chinaclay umfasst, in welchen Kaolinmineralien in der Natur auftreten, obwohl solche Tone nicht reinen Kaolinit enthalten müssen. Fireclay ist eine Mischung von Kaolinit und Illit.
Die Schichtmineralien sind an sich bekannt und einige hievon werden zumindest in grösserem Massstab in der Industrie verwendet. Kaolinit und kaolinhaltige Tone werden in grösserem Massstab in zahlreichen Industriezweigen verwendet, z. B. in der Keramikindustrie (Hauptverwendung) zur Herstellung von Weissware, Porzellan und Feuerfestwaren und als Füller für Papier, Farben, Klebemittel, Kunststoffe und Gummis. Vermiculit wird üblicherweise in durch Erhitzen aufgeblätterter Form (expandierter Vermiculit) als loses Isoliermaterial, in gebundener Form als Platte für Isolations-und Brandschutzzwecke sowie in der Landwirtschaft verwendet.
Schichtweise gespaltener Vermiculit, worunter Vermiculit verstanden wird, der durch chemische Behandlung und nachfolgendem Quellen in Wasser und Vermahlen oder Verreiben schichtweise aufgeblättert wurde, wurde vorgeschlagen zur Verwendung bei der Herstellung von folienartigen Materialien oder Papieren als Beschichtungsmaterial für Substrate und zur Herstellung von festen anorganischen Schaumprodukten für Isolations- und Brandschutzzwecke. Schaum aus schichtweise gespaltenem Vermiculit und seine Verwendungen sind beispielsweise in der US-PS Nr. 4, 130, 687 beschrieben.
Hieraus ist es bekannt, einen nassen stabilen Schaum aus einer vergasten Suspension von zu Lamellen aufgespaltenem Vermiculit herzustellen, der unter Bildung eines festen, zelligen Schaumes getrocknet wird. Aus diesem Vorhalt ist es auch bekannt, sowie den nassen Schaum dazu zu verwenden, vorgeformte Vermiculitschaumprodukte bzw. -körper, wie Lagen oder Platten aber auch Granalien von expandiertem Vermiculit untereinander zu verkleben.
Ebenso ist es auch bekannt, Vermiculitstückchen (expandiertes Vermiculit) oder Perlitkörner oder-granalien mittels eines Klebstoffes zusammenzufügen und so feste, steife Produkte zu erhalten.
Aus der DE-PS Nr. 818749 ist eine feuerfeste Wärmeisoliermasse unter Verwendung von "Schaumvermiculit", eines faserigen Verstärkungsstoffes, wie Asbest und eines Bindemittels, wie Natriummontmorillonit bekannt, wobei unter"Schaumvermiculit"nichts anderes als wärmeexpandierter Vermiculit zu verstehen ist. Schliesslich offenbart die DD-PS Nr. 146171 ein wärmeisolierendes Material u. a. in Form eines Vermiculit enthaltenden Schaumes.
Montmorillonit wird in grossem Massstab in der Industrie als Füller für Papier, Klebstoffe und Farben verwendet. Sepiolit wird in grossem Massstab in der Keramikindustrie verwendet.
EMI1.1
umfassen. Obwohl Kaolinit selbst ein schlechter Wärmeleiter ist, weisen die bisher hieraus hergestellten hochdichten, festen Materialien keine guten Isolationseigenschaften auf. Zufolge ihrer hohen Dichte (und demgemäss Schwere), Sprödigkeit und ihren aussergewöhnlichen Isolationseigenschaften werden Produkte aus kaolinhaltigen Tonen nicht zu einem grösseren Ausmass für wärmeisolierende oder Brandschutzzwecke verwendet. Feste Materialien aus expandiertem Vermiculit neigen dazu, dichte (schwere), eher spröde Materialien zu sein, und wenn sie auch in der Industrie als Brand- bzw.
Hitzeschutz für Stahlwerkseinrichtungen verwendet werden, werden sie nicht in grösserem Massstab als Isolierungsmaterialien verwendet. Feste Schaummaterialien aus schichtweise gespaltenem (im Gegensatz zum expandierten) Vermiculit sind leichtgewichtig und weisen gute Brandschutz- und Isolierungseigenschaften auf, doch sind sie schwierig in grossen Grössen herzu-
<Desc/Clms Page number 2>
stellen. Da solche Produkte dazu neigen, leicht zu zerbrechen und beim Trocknen sich stark zu deformieren, sind sie schwierig in Form von Platten in Grössen grösser als etwa 30 cm2 und 3 cm Stärke herzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer eine niedrige Dichte besitzende Produktform von Schichtmineralien, die sowohl leichtgewichtig ist und gute wärmeisolierende und Brandschutzeigenschaften aufweist als auch leicht zu Platten grösseren Ausmasses verarbeitbar ist, z. B. bis zu 3 m x 1 m x 10 cm Stärke.
Die Erfindung besteht nun darin, dass das Schaumprodukt als wesentlichen Bestandteil Zellstruktur aufweisende Klümpchen aus einem oder mehreren Schichtmineralien enthält, wobei die Klümpchen gegebenenfalls mittels eines Klebemittels zusammengefügt sind.
Zum Unterschied zum Stand der Technik besitzen die Schaumklümpchen im wesentlichen eine Zellstruktur. Dieser Aufbau bringt einen ganz wesentlichen Vorteil mit sich. In den bisher vorgeschlagenen, eine einheitliche Struktur aufweisenden Schaumprodukten bzw. -körpern, wie sie insbesondere in der US-PS Nr. 4, 130, 687 geoffenbart sind, treten beim Trocknen des extrudierten Schaumes Risse und Spannungen auf, die nur die Herstellung von Schaumprodukten bzw. -körpern mit kleinen Abmessungen zulassen.
Demgegenüber ermöglicht der Aufbau des erfindungsgemässen Schaumproduktes die Herstellung z. B. Platten in beliebigen Abmessungen, ohne dass dabei die geschilderten Nachteile auftreten.
Dadurch wird die Stabilität des so hergestellten festen erfindungsgemässen Schaumproduktes auch eine höhere als bei den bekannten festen Schaumprodukten bzw. -körpern.
Mit dem Ausdruck "Klümpchen" wie er hierin verwendet wird, werden Teilchen, Kügelchen, Stückchen oder kleine Brocken aus Schaum mit einer im wesentlichen durchgehenden Zellstruktur bezeichnet, worin die Zellwände von den Schichtmineral (ien) teilchen gebildet werden, wenn auch mit diesem Ausdruck keinerlei Hinweis auf eine spezielle Grösse, Form oder Ausbildung der Schaumteilchen verbunden sein soll. Typischerweise können die Klümpchen zylindrische oder im wesentlichen sphärische Schaumteilchen sein mit einer Maximalabmessung unter ungefähr 5 mm, z. B. zwischen 0,5 und 5 mm.
Wie nachfolgend näher beschrieben, werden die anorganischen Schaumprodukte durch Zusammenfügen der Klümpchen mit Zellstruktur in gewünschte Formkörper wie Platten hergestellt, so dass die Produkte im wesentlichen eine Zellstruktur besitzen, obwohl die tatsächliche Zellstruktur nicht durchgehend im gesamten Produkt vorhanden sein muss. Der hierin verwendete Ausdruck "festes anorganisches Schaumprodukt" umfasst solche Produkte, worin die Zellstruktur nicht vollständig durchgehend ist ; so umfasst beispielsweise der Ausdruck Produkte, worin die Klümpchen miteinander verbunden sind mit Hilfe eines Klebemittels oder durch gegenseitige Anziehung, wobei Hohlräume zwischen den Klümpchen in der Produktstruktur vorhanden sind.
Mit dem Ausdruck "fester Schaum", wie er im Zusammenhang mit den Klümpchen verwendet wird, wird ein Material mit einem strukturellen Aufbau bezeichnet, der aus einer Zweiphasendispersion aus Gas in einer festen Matrix besteht, die eine im wesentlichen durchgehende Zellstruktur aufweist ; mit dem Ausdruck "fester anorganischer Schaum", wie er im Zusammenhang mit den Klümpchen verwendet wird, wird ein fester Schaum bezeichnet, der im wesentlichen aus anorganischem Material besteht, wenn auch die Anwesenheit kleiner Mengen organischen Materials als Verunreinigungen in dem (den) Schichtmineral (ien) oder als Zusatz (z. B. ein organisches zur Herstellung des Schaums wie später beschrieben verwendeten oberflächenaktiven Mittels) nicht ausgeschlossen ist.
Durch den Ausdruck "festes anorganisches Schaumprodukt", we er im Zusammenhang mit den Produkten aus zusammengefügten Klümpchen verwendet wird, wird nicht die Anwesenheit einer kleinen Menge, z. B. bis zu 20% eines organischen Materials in den Klümpchen oder als Zusatz beispielsweise als Bindemittel zum Zusammenfügen der Klümpchen zu einer selbsttragenden Struktur, ausgeschlossen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines festen Schaumproduktes, wobei eine Suspension eines oder mehrerer Schichtmineralien in einem ein oberflächenaktives Mittel enthaltenden Medium vergast wird, um einen stabilen nassen Schaum zu bilden, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der nasse Schaum in Tröpfchen oder faserähnliche Extrudate zerteilt wird, dass zumindest ein Teil des flüssigen Mediums von den Tröpfchen oder Extrudaten unter Bildung von Klümpchen entfernt wird und dass schliesslich die Klümpchen zu einem Schaumprodukt ver-
<Desc/Clms Page number 3>
festigt und verformt werden.
Mit dem Ausdruck "stabiler Nassschaum" wird eine vergaste Suspension bezeichnet, die nicht zusammenfällt, wenn sie stehen gelassen wird oder Flüssigkeit von ihr beseitigt wird, und insbesondere die bei Stehenlassen während einer Zeit von 10 min nicht zusammenfällt (keine wesentliche Verringerung der Schaumhöhe). Wie nachfolgend detaillierter ausgeführt, hängt die Stabilität der vergasten Suspension hauptsächlich von dem besonderen verwendeten oberflächenaktiven Mittel ab und es zeigte sich, dass, wenn auch einige oberflächenaktive Mittel, z. B. Fettsäureamine und Saponin, einen Schaum bilden, dieser nicht stabil ist und innerhalb weniger Minuten zusammenfällt ; die Herstellung einer solchen instabilen vergasten Suspension ist von der Erfindung nicht umfasst.
Beim Verfahren zur Herstellung des festen Schaumproduktes kann die vergaste Suspension oder der Schaum in Tröpfchen oder nasse Teilchen vor Beseitigung des flüssigen Mediums getrennt werden. Die Trennung der vergasten Suspension oder des Schaumes in Teilchen oder nasse Tröpfchen kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch Versprühen des Schaumes durch eine Düse oder eine andere Öffnung, durch Extrusion des Schaumes durch Öffnungen in einem Band oder mittels einer andern bekannten Technik zur Trennung von Suspensionen in Tröpfchenoder Teilchenform. Die nassen Teilchen oder Tröpfchen müssen zumindest teilweise getrocknet werden, bevor sie wieder zusammengefügt werden können. Trockene oder teilweise trockene Klümpchen können hergestellt werden mit Hilfe einer Sprühtrockenvorrichtung.
Teilweise trockene Klümpchen können weiter getrocknet werden durch Erwärmen unter Bedingungen, unter welchen ein Zusammenpacken verhindert wird, beispielsweise in einzelnen Lagen oder Rüttelbetten, wie beispielsweise einem Wirbelschichtbett. Klümpchen können gebildet werden durch Verformung des Schaums in faserähnliche Längen, Trocknen und Zerhacken des trockenen oder teilweise getrockneten Materials.
Die Dichte der festen Schaumprodukte Klümpchen oder direkt extrudierte Produkte, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt wurden, können auf ganz verschiedene Weise ver- ändert werden, z. B. durch Einführen verschiedener Gasmengen in die Suspension, durch Verwendung von Blasmitteln und durch Variieren des Feststoffgehaltes der Suspension. Der Feststoffgehalt der Suspension beeinflusst die Viskosität derselben ebenso wie die verwendeten besonderen oberflächenaktiven Mittel und die Temperatur, bei welcher die Vergasung durchgeführt wird, doch führt im allgemeinen die Zunahme des Feststoffgehaltes der Suspension zu einer Zunahme der Dichte des aus der Suspension hergestellten Schaumes. Typischerweise soll der Feststoffgehalt der Suspension zwischen 10 und 60 Gew.-% der Suspension, vorzugsweise zwischen 20 und 40 Gew.-% betragen.
Ein Entflockungsmittel, z. B. Natriumtripolyphosphat kann zugesetzt werden, um Suspensionen mit hohem Feststoffgehalt herstellen zu können.
Die Suspension des Schichtminerals ist üblicherweise eine wässerige und insbesondere eine Suspension oder Dispersion der Schichtmineralteilchen in Wasser, vorzugsweise destilliertem oder entionisiertem Wasser. Schichtminerale sind im allgemeinen leicht in Wasser suspendierbar oder dispergierbar, um Suspensionen mit kolloidalen Eigenschaften herzustellen. Das flüssige Medium der Suspension kann gewünschenfalls eine Mischung von Wasser und einem wassermischbaren Lösungsmittel, z. B. Alkohol, sein. Gegebenenfalls kann die Flüssigkeit auch eine organische Flüssigkeit sein. Zur Überführung der Suspension in einen Schaum und dann in ein festes Schaumprodukt ist es erforderlich, ein oberflächenaktives Mittel in die Suspension einzubringen und dieses Mittel wird üblicherweise dem Wasser vor oder während der Bildung der Suspension zugesetzt.
Dies bedeutet, für den Fall, dass als Schichtmineral Vermiculit verwendet wird, dass die schichtweise Spaltung des Minerals erfolgt, indem ein oberflächenaktives Mittel in das schichtweise zu spaltende Material eingeführt wird, und ein Trennmittel nicht mehr erforderlich ist.
Zusätzlich zu einem oberflächenaktiven Mittel können andere Mittel, wie beispielsweise Füllstoffe, Mittel zur Verbesserung der Druckfestigkeit, Mittel zur Verbesserung der Wasserstabilität und Entflockungsmittel der Suspension vor, während oder nach der Herstellung der Suspension zugesetzt werden.
Ein oberflächenaktives Mittel kann verwendet werden, das bei Vergasung der Suspension zu einem nassen, stabilen Schaum führt, womit gemeint ist, dass dieser nicht nach Stehen über
<Desc/Clms Page number 4>
eine Zeitdauer von mindestens 10 min oder bei Beseitigung des flüssigen Mediums von ihm zusammenfällt. Anionische, nichtionische oder kationische oberflächenaktive Mittel können verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie zu einem stabilen Schaum führen. Ob ein oberflächenaktives Mittel zur Verwendung in dem Verfahren geeignet ist, kann leicht durch einfachen Versuch herausgefunden werden, u. zw. in der Weise, ob das Mittel zur Herstellung eines nassen Schaumes aus einer Suspension von etwa 30% Feststoffgehalt geeignet ist und, zutreffendenfalls, ob der Schaum stabil ist.
Als Leitlinie sei angeführt, dass ein nasser Schaum, der bei Stehenlassen über eine Zeitdauer von 10 min, vorzugsweise über 1 h nicht zusammenfällt (z. B. keine wesentliche Verminderung der Schaumhöhe feststellbar ist), im allgemeinen sich für die Trocknung eignet, um einen erfindungsgemässen festen Schaum zu erhalten. Zu Versuchszwecken kann das oberflächenakive Mittel in jeder beliebigen Menge verwendet werden oder in verschiedenen Konzentrationen, vorausgesetzt, dass der Schaum nicht ausgeflockt wird ; im allgemeinen liefert eine grosse Menge'an diesem Mittel, z. B. 2 Gew.-% der Lösung, einen Hinweis in einem ersten Versuch darauf, ob das Mittel zu weiteren Versuchen brauchbar ist.
Oberflächenaktive Mittel, die in geringen Konzentrationen verwendbar sind, werden bevorzugt, obwohl dies nicht kritisch ist. Es wurde beobachtet, dass ein oberflächenaktives Mittel, das einen stabilen Schaum aus einer Suspension eines Schichtminerals liefert, nicht unbedingt einen Schaum vergleichbarer Stabilität aus einer Suspension eines andern Schichtminerals oder von Mineralgemischen, z. B. einer Mischung von Kaolinit und schichtweise gespaltenem Vermiculit, ergibt. In gleicher Weise kann ein oberflächenaktives Mittel, das zu keinem Schaum aus einer Suspension eines Schichtminerals führt, trotzdem einen stabilen Schaum aus einer Suspension eines andern Schichtminerals oder von Mineralmischungen ergeben.
Beispielsweise führt das oberflächenaktive Mittel n-Butylammoniumchlorid nicht zu einem besonders stabilen Schaum aus einer Suspension lediglich aus Kaolinit, doch wird ein stabiler Schaum aus einer Suspension von schichtweise gespaltenem Vermiculit oder einer 50 : 50 Gewichtsmischung von Kaolinit und schichtweise gespaltenem Vermiculit erhalten. Dies muss beachtet werden, wenn die Eignung eines oberflächenaktiven Mittels untersucht wird, d. h. der Versuch soll vorzugsweise durchgeführt werden unter Verwendung der tatsächlichen Suspension, die vergast und später zu einem festen Schaum getrocknet werden soll.
Im Hinblick auf die oberflächenaktiven Mittel wurde beobachtet, dass auch solche oberflächenaktive Mittel, die besonders leicht zu einem Schaum führen, nicht unbedingt den stabilsten Schaum ergeben. Tatsächlich zeigt es sich, dass im allgemeinen oberflächenaktive Mittel, welche einen Schaum nur mit grosser Schwierigkeit ergeben (z. B. nach langem Quirlen der Suspension), dazu führen, die stabileren Schäume zu ergeben. Die Leichtigkeit, mit welcher mittels eines oberflächenaktiven Mittels ein Schaum hergestellt werden kann, ist jedoch nicht unbedingt abhängig von der Eignung des Mittels zur Verwendung im erfindungsgemässen Verfahren und demgemäss ist die Erfindung nicht beschränkt auf Mittel mit geringen Schäumeigenschaften.
Die verwendete Menge des oberflächenaktiven Mittels kann innerhalb weiter Grenzen variieren und hängt beispielsweise von dem Feststoffgehalt der Suspension, dem besonderen Schichtmineral und dem oberflächenaktiven Mittel, der entsprechenden Vergasungstechnik und der Temperatur der Vergasung ab. Die Menge des oberflächenaktiven Mittels beträgt beispielsweise 0, 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Schichtminerals in der zu vergasenden Suspension. Da das oberflächenaktive Mittel im festen Schaum auch nach Beseitigung der Flüssigkeit von diesem zurückbleibt und seine Anwesenheit im festen Schaum unerwünscht ist, wird bevorzugt, die geringstmögliche Menge an oberflächenaktivem Mittel zu verwenden, die zur Herstellung eines stabilen Schaumes, der nicht nach Beseitigung der Flüssigkeit von diesem zusammenfällt, notwendig ist.
Die Vergasung der Suspension kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch Freisetzen von Gas oder Dampf in der Suspension oder durch mechanisches Einleiten eines Gases in die Suspension durch rasches Rühren derselben. Das Gas wird üblicherweise ein solches sein, das sich gegenüber der (wässerigen) Suspension inert verhält, z. B. Luft, Stickstoff, Kohlendioxyd, ein Kohlenwasserstoff oder ein Chlorfluorkohlenstoff. Mechanisches Einleiten des Gases in die Suspension kann durchgeführt werden, beispielsweise mittels schnellen Rührens, Schlagens oder Quirlens der Suspension.
<Desc/Clms Page number 5>
Freisetzen von Gas oder Dampf in der Suspension kann erfolgen durch Erwärmen derselben, vorzugsweise rasch, um Blasen des vergasten flüssigen Mediums (Dampf in dem Fall, wo das flüssige Medium wässerig ist) oder Blasen des Dampfes einer in die Suspension eingeführten Substanz (Blasmittel) als Dampfquelle für die Vergasung des Schaumes freizusetzen. Das Blasmittel kann beispielsweise ein Kohlenwasserstoff. Chlorkohlenstoff, Fluorkohlenstoff, Chlorfluorkohlenstoff oder eine Kohlendioxydquelle sein. Die Suspension kann vergast werden, indem sie einer elektromagnetischen Strahlung mit einer Frequenz zwischen 10'Hz bis 10. 2 Hz unterworfen wird.
Die Herstellung der Suspension und die Vergasung der Suspension in den Fällen, wo die Vergasung keinen Erhitzungsschritt umfasst, kann vorzugsweise bei Zimmertemperatur durchgeführt werden, obwohl höhere oder niedrigere Temperaturen gewünschtenfalls auch angewendet werden können.
Die Beseitigung des flüssigen Mediums von der vergasten Suspension erfolgt üblicherweise durch Abdampfen, vorzugsweise durch Erwärmen der vergasten Suspension. Die Geschwindigkeit, mit welcher die Flüssigkeit von dem Schaum abgeführt wird, kann gesteuert werden, beispielsweise durch Überwachung der Temperatur des Schaumes oder durch Verwendung eines Trockengefässes, das mit einer Feuchtigkeitssteuerung ausgestattet ist, so dass zu rasches Trocknen des Schaumes, das zum Brechen und Zusammenfallen desselben führt, vermieden wird. Gegebenenfalls kann der nasse Schaum bei Zimmertemperatur über einen längeren Zeitraum, z. B. einige Tage, stehen gelassen werden, um den Schaum austrocknen und um ihm eine festere Struktur zuteil werden zu lassen.
Üblicherweise wird der Schaum jedoch nach Verformung bei Temperaturen bis zu etwa 90 C zur Beseitigung des flüssigen Mediums erwärmt. Die Steuerung der Trocknungsbedingungen kann bedeutsam sein für die Herstellung von Produkten, z. B. von Platten direkt durch Extrusion der vergasten Suspension und nachfolgendem Trocknen, doch ist es weniger bedeutsam für die Herstellung von Klümpchen, wo rasches Trocknen möglich ist, z. B. bei Temperaturen bis zu 200 C oder darüber.
Feste anorganische Schaumprodukte aus Schichtmineralien sind häufig weich und besitzen eine geringe Druckfestigkeit. In Abhängigkeit von dem besonderen Schichtmineral kann die Festigkeit der Schaumprodukte verbessert werden durch Zusetzen eines Mittels zur Verbesserung der Druckfestigkeit und/oder durch Erhitzen des trockenen Schaumes, um ihn zu sintern. Der Zusatz von Vermiculit-Plättchen (schichtweise gespaltener Vermiculit) zu einem Mischmineralschaum, z. B. in die Suspension vor ihrer Vergasung, führt im allgemeinen zu einer Zunahme der Druckfestigkeit des Schaumproduktes. Ausgenommen Schäume, nur mit Vermiculit, werden feste Schaumprodukte durch Sintern des trockenen steifen, durch Trocknung der vergasten Suspension erhaltenen Schaum erhalten, z.
B. durch Erhitzen des trockenen Schaumes bei einer Temperatur bis zu 10000C oder darüber. Sintern des Schaumproduktes kann zu einer Verdichtung des Schaumproduktes führen, doch das gesinterte Schaumprodukt behält eine Zellstruktur bei und bleibt ein leichtgewichtiges Material. Die Sinterung von Schaumprodukten aus Gemischen von Vermiculit und einem andern Mineral kann zu einer Steigerung oder einer Abnahme oder sehr geringen Änderungen der Dichte des Schaumproduktes führen in Abhängigkeit des Anteils an Vermiculit im Schaum und des Gewichtsverlustes des Materials nach Erhitzen des Schaumes bei Sintertemperaturen.
Ungesintere feste Schaumprodukte aus Schichtmineralien besitzen eine geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber Zersetzung durch Wasser und es wird bevorzugt, die Schaumprodukte einer Behandlung zu unterwerfen, um ihre Wasserstabilität zu verbessern. Die Schaumprodukte können beispielsweise durch Zusetzen eines Siliconpolymervorläufers und nachfolgendes Herstellen von sauren Bedingungen im Schaum wasserbeständig gemacht werden, unter welchen die Polymerisation des Vorläufers unter Bildung eines Siliconpolymerenim Schaum erfolgt. Beispielsweise kann Natriummethylsiliconat in eine wässerige Suspension von Kaolinit vor oder während der Vergasung der Suspension eingeführt werden und der erhaltene Schaum kann auch noch im nassen Zustand mit einem sauren Gas, z.
B. Kohlendioxydgas, behandelt werden, um die für die Polymerisation des Siliconats erforderlichen Säurebedingungen herzustellen, so dass ein Siliconpolymeres erhalten wird.
An Stelle der Behandlung des Schaumes mit einem sauren Gas während des Trocknens des festen Schaumes in dem Schaumherstellungsverfahren kann der Schaum vollständig getrocknet und anschliessend mit Wasser im gewünschten Ausmass benetzt werden. An Stelle einer Behandlung mit saurem Gas kann gewünschtenfalls der nasse Schaum in Luft längere Zeit stehen gelassen werden,
<Desc/Clms Page number 6>
wobei Kohlendioxyd aus der Luft absorbiert wird, um die erforderlichen Säurebedingungen im Schaum herzustellen. Gesinterte Schaumprodukte, in welchen ein vor dem Sintern eingeführtes Siliconpolymer zerstört wird, können wasserfest mit einem Siliconpolymeren nach dem Sintern gemacht werden.
Die relativen Anteile der Schichtmineralien in der Suspension von Mischmineralien und demzufolge in dem erhaltenen festen Schaumprodukt können innerhalb weiter Grenzen variieren, beispielsweise in Abhängigkeit von der gewünschten Druckfestigkeit und den erforderlichen Wärmeisolierungseigenschaften im festen Schaumprodukt. Die Schaumprodukte können beispielsweise Kaolinit oder einen kaolinhaitigen Ton und Vermiculit in den Relativanteilen von 90 : 10 bis 10 : 90, bezogen auf das Gewicht, enthalten. Im allgemeinen führt eine Zunahme des Relativanteils an Vermiculitplättchen im festen Schaumprodukt zu einer Zunahme der Druckfestigkeit desselben, doch ebenso zu einer Zunahme des thermischen Isolierungskoeffizienten (K-Wert) des festen Schaumes.
Vorzugsweise enthalten vermiculithaltige Mischmineralschäume ein Mittel zur Verbessung der Druckfestigkeit und der Wasserstabilität von festen Schaumprodukten, die nur Vermiculitplättchen enthalten. Die Verbesserung der Druckfestigkeit und der Wasserstabilität von Vermiculitschäumen durch Zusatz eines Mittels zur Verbesserung der Druckfestigkeit, das ein festes teilchenförmiges Material mit einer basischen Reaktion in Wasser ist, ist in der E-PS Nr. 9310 beschrieben. Entsprechend der vorgenannten Patentschrift ist das bevorzugte Mittel zur Verbesserung der Druckfestigkeit und der Wasserstabilität teilchenförmiges Magnesiumoxyd und es wird bevorzugt, den erfindungsgemässen (vermiculithaltigen) Mischmineralschäumen, aus denen die festen Schaumprodukte hergestellt werden, teilchenförmiges Magnesiumoxyd zuzusetzen.
Wie oben beschrieben, kann die Druckfestigkeit der Mischmineralschaumprodukte auch durch Sintern derselben gesteigert werden.
Die erfindungsgemäss hergestellten festen Schaumprodukte, gleichgültig, ob sie zur Gänze aus einem Schichtmineral hergestellt sind, oder Mineralgemische, z. B. Kaolinit und Vermiculit, enthalten, sind wärmebeständige und wärmeisolierende Materialien, die vorteilhafterweise für viele verschiedene Brandschutz- und Wärmeisolierungszwecke verwendbar sind. Die Produkte können
EMI6.1
Glimmer, Kunststoffen, Vermiculitplatten (geschäumt oder hergestellt aus expandiertem Vermiculitgranulat), mit Vermiculit imprägnierter Glasfasermull und Polymeren. Solche Laminate sind besonders vorteilhafte dekorative Konstruktionsplatten für die Bauindustrie. Platten können direkt verwendet werden ohne Laminierung auf ein anderes Material, z.
B. zur Beschichtung von Holz, Zement oder Stahlkonstruktionselementen, um Brandschutzbarrieren und wärmeisolierende Lagen um die Elemente zu schaffen, sowie als Dachplatten, Verkleidungsplatten und Deckenplatten.
Die festen Schaumprodukte können hohen Temperaturen, z. B. bis zu 1000 C längere Zeit ausgesetzt sein, ohne dass sie zersetzt werden, obwohl eine Versprödung der Produkte eintritt, wenn sie hohen Temperaturen lange Zeit ausgesetzt sind. Eine Pressverformung der Oberfläche der festen Schaumprodukte nach oder während des Trocknens ergibt eine glatte Oberfläche, die gegebenenfalls zur Erzielung dekorativer Effekte entsprechend reliefiert bzw. geformt werden kann.
Die gegebenenfalls mit einem andern Material laminierten festen Schaumprodukte können für Brandschutztüren oder Brandschutz-Trennwände verwendet werden. In Form von Klümpchen sind sie als lose Füllung für Hohlräume, Löcher u. dgl. verwendbar.
Die Schaumklümpchen können zusammengefügt werden, um die gewünschten Produkte zu bilden.
Verschiedene anorganische und organische (jedoch vorzugsweise anorganische) Klebstoffe können zum Zusammenfügen der Klümpchen verwendet werden, um Platten herzustellen, Laminate aus dem festen Schaum zu bilden oder Platten als Überzug oder Beschichtung auf Substrate, z. B. Holz, Zement und Stahlkonstruktionsteile aufzubringen. Platten mit einer Stärke bis zu 10 cm oder mehr können durch Zusammenfügen von Klümpchen trockenen Schaums hergestellt werden. Beispiele verwendbarer anorganischer Bindemittel sind Phosphorsäure, wässerige Lösungen von Phosphaten und Silikaten, Zemente und Kunststoffe. Beispiele verwendbarer organischer Bindemittel sind wässerige Emulsionen von Vinyl und Vinylidenpolymeren und Copolymeren.
Schaumklümpchen, insbesondere solche, die zur Gänze oder teilweise schichtweise gespaltenen
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
<Desc/Clms Page number 8>
der aufgebrachten Lösung und die Konzentration der Lösung beeinflusst insbesondere die Dichte der Formkörper ; im allgemeinen führt die Zunahme der Menge einer besonderen auf die Klümpchen aufgebrachten Lösung zur Zunahme der Dichte von aus den Klümpchen hergestellten Formkörpern und in gleicher Weise führt die Zunahme der Ionenkonzentration der Lösung zur Zunahme der Dichte der aus den Klümpchen hergestellten Formkörper.
Eine andere physikalische Eigenschaft der Produkte, die durch die Menge und die Konzentration der auf die Klümpchen aufgebrachten Lösung beeinflusst werden kann, zumindest im Fall von Phosphatlösungen, ist die Festigkeit der Produkte. Es wurde beobachtet, dass bei einer Zunahme der Menge an Phosphationen (zumindest der Menge im Oberflächenbereich der Klümpchen) ein Höchstwert an Festigkeit des aus den Klümpchen gebildeten Produktes vorhanden ist, und dass die Zunahme der Menge darüber hinaus, entweder durch Zunahme der Menge der aufgebrachten Lösung oder der Konzentration der Lösung dazu führt, dass die Festigkeit der Produkte abnimmt.
Die Menge der auf die Klümpchen aufgebrachten Lösung kann zu einem gewissen Ausmass von der Methode abhängen, mittels welcher die Lösung aufgebracht wird, doch für eine spezifische Aufbringungstechnik kann die optimale Kombination von aufgebrachter Lösungsmenge und Lösungskonzentration leicht durch einfache Versuche festgelegt werden. Die Aufbringung der Lösung auf die Klümpchen kann mittels einer herkömmlichen Technik erfolgen, z. B. Tauchen, Anstreichen oder Aufwalzen, doch ist bei weitem die bevorzugte Aufbringungstechnik Aufsprühen. Die Sprühtechnik hat den Vorteil, dass besonders leicht die Menge der auf die Klümpchen aufgebrachten Lösung kontrolliert werden kann, und dass insbesondere die Oberfläche der Klümpchen mit der Lösung überzogen ist bei einer minimalen Imprägnierung der Klümpchenstruktur.
Klümpchen aus Schichtmineralschaum sind im allgemeinen hochporöse Strukturen, die Flüssigkeiten leicht absorbieren, und, ausser es werden Schritte zur Verhinderung unternommen, durchdringt die auf die Klümpchen aufgebrachte Lösung rasch die Struktur bis in das Innere der Klümpchen. Dies ist erfindungsgemäss unerwünscht vom Standpunkt der Dichte der aus den Klümpchen hergestellten Produkte und der thermischen Leitfähigkeitseigenschaften solcher Produkte aus gesehen. Eine in gesteuerter Art und Weise durchgeführte Sprühtechnik zur Aufbringung der Minimalmenge der zum Überziehen der Oberfläche der Klümpchen notwendigen Lösung wird daher bevorzugt.
Zusätzlich zum Aufbringen der Minimalmenge der zum Überziehen der Oberfläche der Klümpchen notwendigen Lösung wird bevorzugt, schwach verdünnte Lösungen von Phosphorsäure oder Phosphat oder Silikat zu verwenden, um auf diese Weise wieder die auf die Klümpchen aufgebrachte Menge von Phosphorsäure, Phosphat oder Silikat einzuschränken. Als Leitfaden wird bevorzugt, Lösungskonzentrationen zwischen 5 bis 20 Gew.-%, insbesondere Lösungskonzentrationen zwischen 7 und 15 Gew.-% zu verwenden.
Bei Benetzung trockener, überzogener Klümpchen mit Wasser zur Formung in die entsprechenden Produkte, beträgt die zugesetzte Wassermenge meist etwa 60 bis 70 Gew.-% der Klümpchen.
Die benetzten Klümpchen, entweder als einzelne Klümpchen oder als zu geformten Produkten zusammengefügte, können bei Umgebungs (Raum) temperatur trocknen gelassen werden, doch werden sie vorteilhafterweise erwärmt, um die Trocknungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die verwendete Temperatur ist nicht kritisch und kann gegebenenfalls bis zu mehreren hundert C betragen. Im allgemeinen werden die benetzten Klümpchen bei ungefähr dem Siedepunkt der zu beseitigenden Flüssigkeit erwärmt, soferne aus den benetzen Klümpchen hergestellte Formprodukte getrocknet
EMI8.1
wendet werden. Die physikalischen Eigenschaften der trockenen, überzogenen Klümpchen und von aus diesen hergestellten trockenen Formprodukte scheinen nicht abhängig zu sein von den Temperaturen, die zum Trocknen der überzogenen Klümpchen oder der Formprodukte verwendet wurden.
Das Verfahren kann durchgeführt werden durch Vergasen einer Suspension von Vermiculitplättchen, um einen Schaum zu bilden, und durch Beseitigung der Flüssigkeit von dem Schaum unter solchen Bedingungen, dass der erhaltene feste Schaum in Form von Klümpchen oder einer Produktform vorliegt, welche in Klümpchen überführt werden kann. Ein Beispiel einer entsprechenden Produktform zur Überführung in Klümpchen durch Zerhacken, z. B. unter Verwendung eines Gasstrahls, ist eine faserähnliche Extrusion des Schaumes, der in Klümpchen vor oder nach dem
<Desc/Clms Page number 9>
Trocknen zerhackt werden kann. Eine ganze Reihe verschiedener direkter Klümpchenherstellungstechniken können angewendet werden, z.
B. Sprühtrocknen, Bandextrusion, wobei der Schaum durch Löcher in einem Band zur Formung der Klümpchen gepresst wird.
Die chemische schichtweise Spaltung von Vermiculit zur Herstellung von Suspensionen, üblicherweise wässerigen Suspensionen, von Vermiculitplättchen für ihre Überführung in feste Vermiculitschaumklümpchen ist bekannt ; Schichtspaltungsverfahren sind beispielsweise in den GB-PS Nr. 1, 016, 385, Nr. 1, 076, 786 und Nr. 1, 119, 305 und von Baumeister und Hahn in "Micron" 1.
247 (1976) beschrieben.
Zur Herstellung von Schaumklümpchen wird bevorzugt, Suspensionen von Vermiculitplättchen zu verwenden, die nasssortiert wurden, um alle Teilchen mit einer Grösse grösser als 50 11m, vorzugsweise 20 11m, zu beseitigen, und welche einen hohen Anteil, z. B. 40 bis 60 Gew.-% von Plättchen mit einer Grösse unter 5 11m enthalten. Die Festigkeit der erfindungsgemässen verformten Schaumprodukte und insbesondere ihre Biegefestigkeit kann verbessert werden durch Laminieren der Schicht von zusammengefügten Klümpchen mit einer Oberflächenschicht aus einem flexiblen Folienmaterial wie Papier, (z. B. Kraft-Papier oder Vermiculit-Papier oder Glasfasermull imprägniert mit Vermiculit) oder Metallstreifen oder Folien.
Eine solche Deckschicht oder solche Deckschichten können mittels herkömmlicher Laminierungstechniken auf die vorgeformten Formkörper aufgebracht werden, doch wird bevorzugt, die Deckschicht (en) während der Herstellung des Formkörpers aufzubringen. So können beispielsweise Platten hergestellt werden durch Ablegen benetzter phosphatoder silikatüberzogener Klümpchen zwischen Lagen aus einem Deckmaterial, durch leichtes Verpressen der Anordnung und durch Trocknung der Klümpchen, um ein Laminat mit einem Schaumkern mit hiemit fest verbundenen Deckschichten herzustellen.
In Platten aus in einer Zellmatrix verbundenen festen Schaumklümpchen sind folgende Materialien eingeschlossen : (i) Schaumklümpchen, die aus einem Schichtmineral in einer Zellmatrix aus dem gleichen oder einem andern Schichtmineral hergestellt sind, (ii) Mischungen von Schaumklümpchen verschiedener Schichtmineralien in einer Zellmatrix aus einem oder mehreren Schichtmineralien, (iii) Klümpchen aus Kaolinitschaum in einer Zellmatrix aus Vermiculit, (iv) Klümpchen aus Vermiculitschaum in einer Zellmatrix aus Vermiculit oder Kaolinit oder beiden, (v) Klümpchen aus Kaolinitschaum in einer Zellmatrix aus Kaolinit und (vi) Klümpchen aus Kaolinit/Vermiculitschaum in einer Zellmatrix aus Vermiculit oder
Kaolinit oder einer Mischung von Kaolinit und Vermiculit.
Die Herstellung von Produkten mit in einer Zellmatrix eingebetteten Schaumklümpchen umfasst die Einführung vorgeformter Klümpchen in eine vergaste Suspension oder einen Schaum aus einem Schichtmineral und die Trocknung des erhaltenen mit Klümpchen gefüllten Schaumes. Die Klümpchen können in den Schaum durch leichtes Rühren in diesen eingeführt werden und der gefüllte Schaum kann verformt werden, z. B. durch Extrusion in die gewünschte Produktform und anschliessendem Trocknen. Die Klümpchen können aber auch in der gewünschten Form beispielsweise einer Giessform angeordnet werden und der Schaum kann in die hierin angeordneten Klümpchen durch Anwendung von Druck gepresst oder unter die Klümpchen durch Anwendung einer Saugwirkung, z. B. nach einer Vakuumverformungstechnik, gezogen werden.
Das Verpressen der Klümpchen zu einer vorgeformten Schaumschicht, um Platten zu formen, ist ebenso möglich, obwohl im allgemeinen eine solche Technik dazu führt, dass die Klümpchen und/oder der Schaum zusammenbricht und ein Produkt dichter wird, als es mit andern Techniken erhältlich ist. Die verwendete Schaummenge kann innerhalb weiter Grenzen variieren, doch wird üblicherweise gerade so viel verwendet, um die Hohlräume zwischen den zusammengepackten Klümpchen vollständig zu füllen, z. B. ungefähr eine gleiche Gewichtsmenge Schaum nach Trocknung, bezogen auf das Gewicht der Klümpchen.
Eine andere Form einer Platte umfasst expandierte Körnchen von Vermiculit in einer Klümpchenmatrix oder in einer Zellmatrix aus Kaolinit oder einer Mischung von Kaolinit und Vermiculit.
Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1 : Eine Mischung von Kaolinton (60 g), entionisiertem Wasser (240 ml) und einem
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
<Desc/Clms Page number 11>
2 Gew.-%Klümpchenbildung :
Eine wässerige Suspension von Vermiculitplättchen, die durch Quellen von Vermiculit unter Verwendung aufeinanderfolgender Behandlungen mit rückflussgekühlter Salzlösung, rückflussgekühlter n-Butylammoniumchloridlösung und Wasser erhalten wurden, werden Vermahlen und nasssortiert unter Beseitigung aller Teilchen, die grösser als 50 tim sind. Die Suspension wird durch Erwärmen in einem Rührmixer vergast, um einen Schaum zu bilden, Magnesiumoxydpulver (10 Gew.-% bezogen auf den Vermiculit) wird während der Vergasung zugesetzt.
Der nasse Schaum wird unmittelbar auf ein perforiertes Kunststoffband gegossen, wobei der Schaum durch die Löcher in dem Band dringt und an der Unterseite des Bandes "Tröpfchen" bildet.
Die Tröpfchen werden aushärten gelassen und teilweise für einige Minuten getrocknet, bevor sie durch Abschaben vom Band abgenommen werden. Die Tröpfchen werden dann ofengetrocknet auf Tassen, um Klümpchen aus trockenem, festem Schaum zur Herstellung von entsprechenden Formprodukten zu erhalten. Durch Änderung der Konzentration von Vermiculit in der verwendeten Suspension werden Schaumklümpchen verschiedener Dichte erhalten. Die Klümpchen weisen eine rohe zylindrische Form auf und besitzen durchschnittliche Abmessungen von 2 bis 3 mm Durchmesser und 3 bis 5 mm Länge. Sie weisen eine gleichförmige Zellstruktur auf.
Beispiel 10 : Vermiculit-Schaumklümpchen (20 g) mit einer Dichte von 112 kg/m3 werden vorsichtig mit einer wässerigen Lösung (66, 5 g) einer konz. Phosphorsäure (5 g) in entionisiertem Wasser gerührt. Die so befeuchteten Klümpchen werden auf eine flache Trockentasse gebreitet und werden 16 h bei 600C ofengetrocknet. Alle Klümpchenagglomerate werden von Hand aus zerbrochen und jeder feine Staub wird durch Absieben entfernt.
Trockene, phosphat-überzogene Klümpchen (8 g) werden gründlich mit entionisiertem Wasser (16 g) vermischt und die befeuchteten Klümpchen werden leicht in zwei zylindrischen, mit Kunststoff ausgekleideten Röhrchen mit einem Durchmesser von 4, 35 cm und einer Höhe von 2, 0 cm unter Verwendung einer Spachtel zusammengepackt. Die flache Kopf- und Boenfläche der Klümpchenanordnung wird mit der Spatel abgestrichen, um glatte Flächen zu erhalten, und die Röhrchen werden in einem Ofen bei 150 C 4 h lang erwärmt.
Die Röhrchen werden aus dem Ofen genommen und die Schaumzylinder werden von den Röhrchen entfernt und unmittelbar hierauf ihre Druckfestigkeit (10%iges Zusammendrücken) unter Verwendung eines Houndsfield Tensometer bestimmt. Der Formkörper weist einen 20 gew.-% igen Gehalt an Phosphatbindemittel auf und seine Dichte (Mittelwert der zwei Proben) beträgt 206 kg/m3 und die Druckfestigkeit 274, 8 KN/m2.
Beispiel 11 : Formkörper werden, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, mit der Ausnahme, dass sie einen Gehalt von 10 Gew.-% des Phosphatbindemittels an Stelle von 20 Gew.-% aufweisen ; dieser 10%ige Gehalt wird erreicht durch Vermischen von 20 g Schaumklümpchen mit einer Lösung (62, 5 g) konz. o-Phosphorsäure (2, 22 g) in entionisierem Wasser.
Die Formkörper besitzen eine Dichte (Mittelwert der zwei Proben) von 154 kg/m3 und eine Druckfestigkeit von 126, 4 KN/m2.
Beispiel 12 : Vermiculit-Schaumklümpchen (50 g) mit einer Dichte von 104 kg/m3 werden mit o-Phosphorsäure unter Verwendung eines Wirbelschichtbett-Trockners für Laboratoriumszwecke (Modell FBD/L72 der PR Engineering Ltd.) überzogen. Zum Überziehen der Klümpchen werden diese in einem zylindrischen Wirbelschichtbett mit einer Höhe von 30 cm und einem Durchmesser von
EMI11.1
Verwendung einer Luftzerstäubersaugheberdüse bei einer Speisegeschwindigkeit von 0, 22 cm3/s.
Die Klümpchen erhalten hiedurch einen Gehalt von 2, 5 Gew.-% o-Phosphorsäure.
Die trockenen, überzogenen Klümpchen (8 g) werden zu zylindrischen Formkörpern geformt und, wie in Beispiel 1 beschrieben, untersucht. Die fertigen Formkörper besitzen eine Dichte (Durchschnitt der zwei Proben) von 127 kg/m3 und eine Druckfestigkeit von 386 KN/m2.
Beispiele 13 bis 15 : Trockene, feste Ballclayschäume werden nach dem allgemein im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren aus den folgenden Ballclay-Suspensionen hergestellt :
<Desc/Clms Page number 12>
EMI12.1
<tb>
<tb> Beispiel <SEP> Ballclay <SEP> (g) <SEP> Wasser <SEP> nichtionogenes <SEP> Schlagen
<tb> (cm3) <SEP> fluorchemisches <SEP> Zeit <SEP> (min)
<tb> Schaummittel
<tb> 13"Hymod"/AT <SEP> (100) <SEP> 200 <SEP> 2 <SEP> 20
<tb> 14 <SEP> BSK/L <SEP> (371) <SEP> 200 <SEP> 2,4 <SEP> 20
<tb> 15 <SEP> "Hycast"/VC <SEP> (100) <SEP> 200 <SEP> 2 <SEP> 20 <SEP>
<tb>
"HYMOD"/AT ist ein Ballclay aus Dorset (im Handel erhältlich von English China Clay).
"HYCAST"VC ist ein Ballclay aus Devon (im Handel erhältlich von English China Clay).
BSK/L ist ein Ballclay aus North Devon (im Handel erhältlich von Watson Blake).
Es werden entionisiertes Wasser und ein nichtionogenes fluorchemisches Schaummittel 'Forafac" 1157) verwendet.
Die nassen Schäume werden in trockene, feste Schäume überführt, wie in Beispiel 1 beschrieben, und die trockenen Schäume werden bei 1050 C entsprechend Beispiel 2 gesintert. Die Eigenschaften der nassen und trockenen Schäume werden bestimmt und sind nachfolgend angegeben.
EMI12.2
<tb>
<tb>
Beispiel <SEP> 13 <SEP> 14 <SEP> 15 <SEP>
<tb> Eigenschaft <SEP> :
<tb> Nassdichte <SEP> (kg/m') <SEP> 245 <SEP> 198 <SEP> 196
<tb> Trockendichte <SEP> (kg/m3) <SEP> 124 <SEP> 99 <SEP> 98
<tb> Sinterungsdauer <SEP> (min) <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP>
<tb> Sinterdichte <SEP> (kg/m3) <SEP> 128 <SEP> 101 <SEP> 99
<tb> + <SEP> DF <SEP> gesinterer <SEP> Schaum <SEP> (KN/m2) <SEP> 700 <SEP> 114 <SEP> 172
<tb> + <SEP> DF <SEP> bei <SEP> 100 <SEP> kg/m3 <SEP> 420 <SEP> 114 <SEP> 150
<tb> + <SEP> DF <SEP> bei <SEP> 200 <SEP> kg/m3 <SEP> 1340 <SEP> - <SEP> 630 <SEP>
<tb> + <SEP> DF <SEP> ungesinterter <SEP> Schaum <SEP> 40-10, <SEP> 8 <SEP>
<tb>
EMI12.3
<Desc/Clms Page number 13>
dem Verfahren gemäss Beispiel 1 überführt und der Schaum wird bei 11500C gemäss Beispiel 2 gesintert.
Der nasse Schaum besitzt eine Dichte von 190 kg/m3 und der gesinterte Schaum besitzt eine Dichte von 116 kg/m3 und eine Druckfestigkeit von 70 KN/m2 (bei 10%igem Zusammendrücken).
Beispiel 17 : 7, 04 kg Ballclay EWVA, 12, 9 kg entionisiertes Wasser und 169 ml nichtionogenes fluorchemisches Schaummittel (0, 6%, bezogen auf den Ton) werden vermischt, um eine Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 35% zu bilden. Die Aufschlämmung wird in einem Kenwood Chef- - Küchenmixer 20 min verquirlt und der erhaltene stabile nasse Schaum wird in Schaumklümpchen in einer herkömmlichen Sprühtrocknungsvorrichtung überführt. Die erhaltenen Klümpchen werden bei 11500C 5 min lang gesintert. Der nasse Schaum besitzt eine Dichte von 256 kg/m3 und die gesinterten Klümpchen besitzen eine Dichte von 150 kg/m3.
Beispiel 18 : Sepiolit (38 g) wird mit entionisiertem Wasser (162 g) und nichtionogenem fluorchemischen Schaummittel (0, 06 g - 0, 4%, bezogen auf den Ton) in einem Rührmixer 15 min gemischt, um einen stabilen nassen Schaum zu bilden. Der nasse Schaum mit einer Dichte von 195 kg/m3 wird in Klümpchen mit Zellstruktur mittels der in den Beispielen 10 bis 12 beschriebenen Bandextrusionstechnik überführt. Die Klümpchen werden bei 1050 C 5 min lang gesintert und die gesinterten Klümpchen besitzen eine Dichte von 58 kg/m3.
Beispiel 19 : Eine Aufschlämmung von 18, 9% schichtweise gespaltenem Vermiculit in entionisiertem Wasser (116 g) wird mit entionisiertem Wasser (78 g) und Natriumtripolyphosphat (0, 5 g) vermischt. Schwach sortierter Kaolinton (67 g) wird der Mischung zugesetzt, die dann in einem Rührmixer 15 min verquirlt wird. Schwach sortiertes Magnesiumoxydpulver von BDH (3, 7 g) wird zugesetzt und die Mischung zur Dispergierung des Pulvers verquirlt. Der nasse Schaum wird zu Klümpchen mittels der Bandextrusionsmethode nach den Beispielen 10 bis 12 verformt und die Klümpchen werden bei 15000C 10 min lang gesintert. Die Dichte der gesinterten Klümpchen beträgt 238 kg/m3.
Beispiel 20 : Montmorrilonit (50 g) wird in entionisiertem Wasser (338 g) dispergiert und eine Aufschlämmung (137 g) 18, 3% schichtweise gespaltenem Vermiculit wird der Dispersion zugesetzt und darauffolgend nichtionogenes, fluorchemisches Schaummittel (3 g). Die Mischung wird in einem Rührmixer 1 h verquirlt, um einen stabilen nassen Schaum herzustellen. Der nasse Schaum wird in trockene Klümpchen mit Zellstruktur mittels der Bandextrusionsmethode gemäss den Beispielen 10 bis 12 überführt. Die Klümpchen bei 90 C getrocknet besitzen eine Dichte von 108 kg/m3.
Beispiel 21 : Natrium-Montmorillonit (50 g - Wyoming Bentonit) und Kaolinton (50 g) werden mit entionisiertem Wasser (450 g) in einem Kenwood Chef-Mixer vermischt, bis der Montmorillonit vollkommen dispergiert ist. Ein nichtionogenes fluorchemisches Schaummittel ("Forafac"1157) (6 g) wird zugesetzt und die Mischung wird 1 h bei maximaler Umdrehungsgeschwindigkeit verquirlt, um einen stabilen nassen Schaum herzustellen. Klümpchen aus trockenem Schaum, die aus dem nassen Schaum mittels der Bandextrusionstechnik gemäss den Beispielen 10 bis 12 hergestellt und dann bei 1050 C 10 min gesintert werden, besitzen eine Dichte von 118 kg/m3.
Beispiel 22 : Natrium-Montmorillonit (Wyoming Bentonit 50 g) und entionisiertes Wasser (450g) werden in einem Rührmixer verrührt, bis der Montmorillonit vollkommen dispergiert ist. Ein nichtionogenes fluorchemisches Schaummittel ("Forafac" 1157) (6 g) wird zugesetzt und die Mischung wird mit einer Quirlvorrichtung bei maximaler Umdrehungsgeschwindigkeit ungefähr 1 h geschlagen, um einen stabilen nassen Schaum herzustellen. Klümpchen werden aus dem nassen Schaum mittels der Bandextrusionsmethode gemäss den Beispielen 10 bis 12 hergestellt und bei 1000 C 10 min gesintert. Die gesinterten Klümpchen besitzen eine Dichte von 110 kg/m3.
Beispiel 23 : Natrium-Montmorillonit (200 g) und eine 60%ige wässerige Lösung von Butylammoniumchlorid (360 g) und entionisiertes Wasser (750 g) werden bei 800C unter Rühren 4 h erwärmt. Der erhaltene Butylammonium-Montmorillonit (fest) wird durch Filtrieren abgetrennt und von den Chloridionen freigewaschen. Ein Viertel des Feststoffs wird mit entionisiertem Wasser (120 g) und nichtionogenem, fluorchemischen Schaummittel (12 g) in einem Rührmixer 1 h verquirlt, um einen stabilen nassen Schaum herzustellen. Der nasse Schaum wird in eine Form übertragen und, wie in Beispiel 1 beschrieben, getrocknet, um einen festen Schaum mit Zellstruktur zu erhalten.
<Desc/Clms Page number 14>
EMI14.1
<Desc/Clms Page number 15>
Beispiel 30 : Eine zusammengesetzte Platte aus getrockneten Tröpfchen von expandiertem Perlit und einer Matrix von Vermiculitschaum wird wie folgt hergestellt.
Nasser Vermiculitschaum wird wie in Beispiel 29 zubereitet. Der erhaltene Schaum wird dann mit 100 g expandierter Perlit-Tröpfchen vermischt. Die Tröpfchen besitzen eine Dichte von 130 kg/m3, eine Druckfestigkeit von 250 KN/m2 und einen Durchmesser von 2 bis 5 mm.
Der erhaltene Block hat eine Druckfestigkeit von 250 KN/m2, eine Biegefestigkeit von 300 KN/m2 und eine Dichte von 110 kg/m3. Die thermische Leitfähigkeit der Platte beträgt 0, 046 W/mk bei 20oC.
Beispiel 31 : Eine zusammengesetzte Platte aus trockenen Klümpchen, die aus geschäumtem Kaolin und einer Matrix von Vermiculitschaum zubereitet werden, werden wie folgt hergestellt.
Vermiculitschaum wird, wie in Beispiel 29 beschrieben, hergestellt. Der erhaltene Schaum wird dann mit 50 g aus geschäumtem Kaolin hergestellten Klümpchen vermischt. Die Klümpchen besitzen eine Dichte von 65 kg/m3, eine Druckfestigkeit von 90 KN/m2 und einen Durchmesser von 3 mm.
Der erhaltene Block besitzt eine Druckfestigkeit von 110 KN/m2, eine Biegefestigkeit von 250 KN/m2 und eine Dichte von 85 kg/m3. Die thermische Leitfähigkeit des Blockes beträgt 0, 045 W/mk bei 20 C.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Festes anorganisches, ein oder mehrere Schichtmineralien enthaltendes Schaumprodukt mit einer Dichte von weniger als 0, 4 g/ml, vorzugsweise weniger als 0, 2 g/ml, dadurch gekennzeichnet, dass es als wesentlichen Bestandteil Zellstruktur aufweisende Klümpchen aus einem oder mehreren Schichtmineralien enthält, wobei die Klümpchen gegebenenfalls mittels eines Klebemittels zusammengefügt sind.
<Desc / Clms Page number 1>
The invention relates to a solid inorganic foam product containing one or more layer minerals with a density of less than 0.4 g / ml, preferably less than 0.2 g / ml.
The layered minerals are naturally occurring forms of silicates and are phyllosilicate materials, i.e. H. they have a layered structure. The term layer materials includes for example vermiculite, kaolinite and other clay minerals, montmorillonite, sepiolite, attapulgite, illite and saponite.
The clay minerals occur in clays as particles in the order of a few 11m in diameter, which are aggregates or agglomerates of small crystalline units of the mineral with a sub- - micron size. Kaolin-like clay is essentially an aggregation of book-shaped units of layers of the clay mineral kaolinite; it is to be understood that the term kaolinite clays of the kaolin type Ballclay, Fireclay and Chinaclay used herein, in which kaolin minerals occur in nature, although such clays need not contain pure kaolinite. Fireclay is a mixture of kaolinite and illite.
The layered minerals are known per se and some of them are used at least on a larger scale in industry. Kaolinite and kaolin-containing clays are used on a larger scale in numerous industries, e.g. B. in the ceramic industry (main use) for the manufacture of white goods, porcelain and refractories and as a filler for paper, paints, adhesives, plastics and rubbers. Vermiculite is usually used in expanded form by heating (expanded vermiculite) as a loose insulation material, in bound form as a plate for insulation and fire protection purposes and in agriculture.
Layered vermiculite, which is understood to mean vermiculite that has been exfoliated by chemical treatment and subsequent swelling in water and milling or grinding, has been proposed for use in the production of sheet-like materials or papers as a coating material for substrates and for the production of solid inorganic foam products for Insulation and fire protection purposes. Layered vermiculite foam and its uses are described, for example, in U.S. Patent No. 4,130,687.
From this it is known to produce a wet stable foam from a gasified suspension of vermiculite split into lamellae, which is dried to form a solid, cellular foam. From this provision it is also known to use the wet foam to bond preformed vermiculite foam products or bodies, such as layers or plates, but also granules of expanded vermiculite to one another.
Likewise, it is also known to assemble pieces of vermiculite (expanded vermiculite) or pearlite grains or granules by means of an adhesive and thus to obtain solid, rigid products.
From DE-PS No. 818749, a refractory heat insulating composition using "foam vermiculite", a fibrous reinforcing material such as asbestos and a binder such as sodium montmorillonite is known, whereby "foam vermiculite" is understood to mean nothing more than heat-expanded vermiculite. Finally, DD-PS No. 146171 discloses a heat insulating material and the like. a. in the form of a foam containing vermiculite.
Montmorillonite is used on a large scale in industry as a filler for paper, adhesives and paints. Sepiolite is used on a large scale in the ceramic industry.
EMI1.1
include. Although kaolinite itself is a poor heat conductor, the high-density, solid materials previously produced from it do not have good insulation properties. Due to their high density (and accordingly heaviness), brittleness and their exceptional insulation properties, products made from kaolin-containing clays are not used to a greater extent for heat-insulating or fire protection purposes. Solid materials made of expanded vermiculite tend to be dense (heavy), rather brittle materials, and if they are used in industry as fire or
If heat protection is used for steelworks, they are not used on a larger scale as insulation materials. Solid foam materials made from layered split (in contrast to expanded) vermiculite are lightweight and have good fire protection and insulation properties, but they are difficult to produce in large sizes.
<Desc / Clms Page number 2>
put. Since such products tend to break easily and deform strongly when dried, they are difficult to manufacture in the form of sheets larger than about 30 cm2 and 3 cm thick.
The object of the invention is to provide a low-density product form of layered minerals, which is both lightweight and has good heat-insulating and fire protection properties and is also easy to process into panels of larger dimensions, e.g. B. up to 3 m x 1 m x 10 cm thick.
The invention now consists in the fact that the foam product contains, as an essential component, lumps of cell structure comprising one or more layered minerals, the lumps possibly being joined together by means of an adhesive.
In contrast to the prior art, the lumps of foam essentially have a cell structure. This structure has a very important advantage. In the previously proposed, uniform structure foam products or bodies, as disclosed in particular in US Pat. No. 4, 130, 687, cracks and tensions occur during drying of the extruded foam, which are only the production of foam products allow or bodies with small dimensions.
In contrast, the structure of the foam product according to the invention enables the production z. B. plates in any dimensions, without the disadvantages described.
As a result, the stability of the solid foam product according to the invention thus produced also becomes higher than that of the known solid foam products or bodies.
The term "lump" as used herein refers to particles, beads, chunks or small chunks of foam with a substantially continuous cell structure, in which the cell walls are formed by the layered mineral (s) particles, although with this term none at all Reference to a special size, shape or formation of the foam particles should be connected. Typically, the lumps may be cylindrical or substantially spherical foam particles with a maximum dimension below about 5 mm, e.g. B. between 0.5 and 5 mm.
As described in more detail below, the inorganic foam products are produced by joining the lumps with cell structure into desired shaped bodies such as plates, so that the products essentially have a cell structure, although the actual cell structure does not have to be present throughout the entire product. The term "solid inorganic foam product" as used herein includes those products in which the cell structure is not completely continuous; for example, the term encompasses products in which the lumps are bonded together by means of an adhesive or by mutual attraction, with voids between the lumps being present in the product structure.
The term "solid foam" as used in connection with the lumps denotes a material with a structural structure which consists of a two-phase dispersion of gas in a solid matrix, which has a substantially continuous cell structure; the term "solid inorganic foam" as used in connection with the lumps denotes a solid foam which consists essentially of inorganic material, although the presence of small amounts of organic material as impurities in the layer mineral (s) ien) or as an additive (e.g. an organic surfactant used to make the foam as described later) is not excluded.
The term "solid inorganic foam product" as used in conjunction with the lumped product does not imply the presence of a small amount, e.g. B. up to 20% of an organic material in the lump or as an additive, for example, as a binder for joining the lumps into a self-supporting structure, excluded.
The invention also relates to a process for producing a solid foam product, wherein a suspension of one or more layered minerals is gasified in a medium containing a surfactant to form a stable wet foam, and is characterized in that the wet foam is in droplets or fiber-like Extrudate is divided so that at least a portion of the liquid medium is removed from the droplets or extrudates to form lumps and that the lumps finally become a foam product
<Desc / Clms Page number 3>
be consolidated and deformed.
The term "stable wet foam" refers to a gasified suspension that does not collapse when it is left to stand or liquid is removed from it, and in particular that does not collapse when left to stand for a period of 10 minutes (no significant reduction in foam height). As detailed below, the stability of the gasified suspension depends mainly on the particular surfactant used, and it has been found that although some surfactants, e.g. B. fatty acid amines and saponin, form a foam that is not stable and collapses within a few minutes; the production of such an unstable gasified suspension is not covered by the invention.
In the process of producing the solid foam product, the gasified suspension or foam can be separated into droplets or wet particles before the liquid medium is removed. The gasified suspension or the foam can be separated into particles or wet droplets in various ways, for example by spraying the foam through a nozzle or other opening, by extruding the foam through openings in a belt or by another known technique for separating Suspensions in droplet or particle form. The wet particles or droplets must be at least partially dried before they can be reassembled. Dry or partially dry lumps can be made using a spray dryer.
Partially dry lumps can be further dried by heating under conditions under which packing together is prevented, for example in individual layers or vibrating beds, such as a fluidized bed. Lumps can be formed by deforming the foam into fiber-like lengths, drying and chopping the dry or partially dried material.
The density of the solid foam products lumps or directly extruded products, which were produced by the inventive method, can be changed in a variety of ways, for. B. by introducing different amounts of gas into the suspension, by using blowing agents and by varying the solids content of the suspension. The solids content of the suspension affects the viscosity thereof as well as the particular surfactants used and the temperature at which gasification is carried out, but generally the increase in the solids content of the suspension leads to an increase in the density of the foam made from the suspension. Typically, the solids content of the suspension should be between 10 and 60% by weight of the suspension, preferably between 20 and 40% by weight.
A deflocculant, e.g. B. Sodium tripolyphosphate can be added to produce suspensions with a high solids content.
The suspension of the layered mineral is usually an aqueous and in particular a suspension or dispersion of the layered mineral particles in water, preferably distilled or deionized water. Layered minerals are generally easily suspendable or dispersible in water to produce suspensions with colloidal properties. If desired, the liquid medium of the suspension can be a mixture of water and a water-miscible solvent, e.g. B. alcohol. If appropriate, the liquid can also be an organic liquid. To convert the suspension into a foam and then into a solid foam product, it is necessary to incorporate a surface active agent into the suspension and this agent is usually added to the water before or during the formation of the suspension.
In the event that vermiculite is used as the layered mineral, this means that the mineral is split in layers by introducing a surface-active agent into the material to be split in layers and a release agent is no longer required.
In addition to a surfactant, other agents such as fillers, compressive strength improvers, water stability improvers and deflocculants may be added to the suspension before, during or after the suspension is made.
A surface active agent can be used which, when the suspension is gasified, leads to a wet, stable foam, which means that this does not persist after standing
<Desc / Clms Page number 4>
a period of time of at least 10 minutes or when the liquid medium is removed from it. Anionic, nonionic or cationic surfactants can be used provided that they result in a stable foam. Whether a surfactant is suitable for use in the process can be easily determined by simple experiment, and the like. between whether the agent is suitable for producing a wet foam from a suspension of approximately 30% solids content and, if applicable, whether the foam is stable.
As a guideline, it should be mentioned that a wet foam that does not collapse when left to stand for a period of 10 minutes, preferably over 1 hour (e.g. no significant reduction in the foam height can be determined), is generally suitable for drying by one to obtain solid foam according to the invention. For experimental purposes, the surfactant can be used in any amount or in various concentrations, provided that the foam is not flocculated; generally a large amount of this agent, e.g. B. 2 wt .-% of the solution, an indication in a first attempt whether the agent is useful for further experiments.
Surfactants that are useful in low concentrations are preferred, although this is not critical. It has been observed that a surfactant which provides a stable foam from a suspension of a layered mineral does not necessarily have a foam of comparable stability from a suspension of another layered mineral or from mineral mixtures, e.g. B. a mixture of kaolinite and layered vermiculite, results. In the same way, a surface-active agent that does not lead to foam from a suspension of a layered mineral can nevertheless result in a stable foam from a suspension of another layered mineral or from mineral mixtures.
For example, the surface active agent n-butylammonium chloride does not lead to a particularly stable foam from a suspension of kaolinite only, but a stable foam is obtained from a suspension of layered vermiculite or a 50:50 mixture by weight of kaolinite and layered vermiculite. This must be borne in mind when examining the suitability of a surfactant, i.e. H. the test should preferably be carried out using the actual suspension which is to be gasified and later dried to a solid foam.
With regard to the surface-active agents, it has been observed that even those surface-active agents which produce foam particularly easily do not necessarily give the most stable foam. In fact, it turns out that, in general, surface-active agents which produce a foam only with great difficulty (for example after long suspension of the suspension) lead to the production of the more stable foams. However, the ease with which a foam can be produced by means of a surface-active agent is not necessarily dependent on the suitability of the agent for use in the process according to the invention and, accordingly, the invention is not restricted to agents with low foam properties.
The amount of surfactant used can vary within wide limits and depends, for example, on the solids content of the suspension, the particular layered mineral and the surfactant, the corresponding gasification technique and the temperature of the gasification. The amount of the surface-active agent is, for example, 0.1 to 5% by weight, based on the weight of the layered mineral in the suspension to be gasified. Since the surfactant remains in the solid foam even after the liquid has been removed from it and its presence in the solid foam is undesirable, it is preferred to use the least amount of surfactant that is possible to produce a stable foam that is not after the liquid has been removed this coincides, is necessary.
The gasification of the suspension can be carried out in various ways, for example by releasing gas or steam in the suspension or by mechanically introducing a gas into the suspension by rapidly stirring it. The gas will usually be one that is inert to the (aqueous) suspension, e.g. As air, nitrogen, carbon dioxide, a hydrocarbon or a chlorofluorocarbon. Mechanical introduction of the gas into the suspension can be carried out, for example by means of rapid stirring, beating or stirring the suspension.
<Desc / Clms Page number 5>
Release of gas or vapor in the suspension can be done by heating the same, preferably rapidly, to blow the gasified liquid medium (steam in the case where the liquid medium is aqueous) or to blow the vapor of a substance (blowing agent) introduced into the suspension Release steam source for gasification of the foam. The blowing agent can be, for example, a hydrocarbon. Chlorinated carbon, fluorocarbon, chlorofluorocarbon or a source of carbon dioxide. The suspension can be gasified by being subjected to electromagnetic radiation with a frequency between 10 Hz to 10.2 Hz.
The preparation of the suspension and the gasification of the suspension in cases where the gasification does not include a heating step can preferably be carried out at room temperature, although higher or lower temperatures can also be used if desired.
The liquid medium is usually removed from the gasified suspension by evaporation, preferably by heating the gasified suspension. The rate at which the liquid is discharged from the foam can be controlled, for example, by monitoring the temperature of the foam or by using a drying vessel equipped with a moisture control so that the foam dries too quickly, causing breakdown and collapse leads, is avoided. If necessary, the wet foam at room temperature over a longer period, e.g. B. left for a few days to dry out the foam and to give it a firmer structure.
Usually, however, the foam is heated after deformation at temperatures up to about 90 ° C. to remove the liquid medium. Controlling drying conditions can be important for the manufacture of products e.g. B. from plates directly by extrusion of the gasified suspension and subsequent drying, but it is less important for the production of lumps, where rapid drying is possible, e.g. B. at temperatures up to 200 C or above.
Solid inorganic foam products made of layered minerals are often soft and have a low compressive strength. Depending on the particular layer mineral, the strength of the foam products can be improved by adding an agent to improve the compressive strength and / or by heating the dry foam to sinter it. The addition of vermiculite platelets (layered vermiculite split) to a mixed mineral foam, e.g. B. in the suspension before its gasification, generally leads to an increase in the compressive strength of the foam product. Except foams with only vermiculite, solid foam products are obtained by sintering the dry, stiff foam obtained by drying the gasified suspension, e.g.
B. by heating the dry foam at a temperature up to 10000C or above. Sintering the foam product can lead to compression of the foam product, but the sintered foam product maintains a cell structure and remains a lightweight material. The sintering of foam products from mixtures of vermiculite and another mineral can lead to an increase or a decrease or very slight changes in the density of the foam product depending on the proportion of vermiculite in the foam and the weight loss of the material after heating the foam at sintering temperatures.
Unsintered solid foam mineral products have low resistance to water decomposition and it is preferred to subject the foam products to treatment to improve their water stability. The foam products can be made water-resistant, for example, by adding a silicone polymer precursor and then establishing acidic conditions in the foam under which the precursor is polymerized to form a silicone polymer in the foam. For example, sodium methyl siliconate can be introduced into an aqueous suspension of kaolinite before or during the gasification of the suspension, and the foam obtained can also be wet with an acidic gas, e.g.
As carbon dioxide gas, are treated to produce the acidic conditions required for the polymerization of the siliconate, so that a silicone polymer is obtained.
Instead of treating the foam with an acidic gas while drying the solid foam in the foam manufacturing process, the foam can be dried completely and then wetted with water to the desired extent. Instead of treatment with acid gas, the wet foam can, if desired, be left in air for a longer period of time,
<Desc / Clms Page number 6>
whereby carbon dioxide is absorbed from the air to create the necessary acid conditions in the foam. Sintered foam products in which a silicone polymer introduced before sintering is destroyed can be made waterproof with a silicone polymer after sintering.
The relative proportions of the layered minerals in the suspension of mixed minerals and consequently in the solid foam product obtained can vary within wide limits, for example depending on the desired compressive strength and the required thermal insulation properties in the solid foam product. The foam products can contain, for example, kaolinite or a kaolin-containing clay and vermiculite in the relative proportions of 90:10 to 10:90, based on the weight. In general, an increase in the relative proportion of vermiculite flakes in the solid foam product leads to an increase in the compressive strength thereof, but also to an increase in the thermal insulation coefficient (K value) of the solid foam.
Vermiculite-containing mixed mineral foams preferably contain an agent for improving the compressive strength and the water stability of solid foam products which contain only vermiculite platelets. The improvement of the compressive strength and the water stability of vermiculite foams by adding an agent for improving the compressive strength, which is a solid particulate material with a basic reaction in water, is described in E-PS No. 9310. According to the abovementioned patent, the preferred agent for improving the compressive strength and the water stability is particulate magnesium oxide and it is preferred to add particulate magnesium oxide to the (vermiculite-containing) mixed mineral foams according to the invention from which the solid foam products are produced.
As described above, the compressive strength of the mixed mineral foam products can also be increased by sintering the same.
The solid foam products produced according to the invention, regardless of whether they are made entirely of a layered mineral, or mineral mixtures, e.g. B. kaolinite and vermiculite, are heat-resistant and heat-insulating materials that can be used advantageously for many different fire protection and thermal insulation purposes. The products can
EMI6.1
Mica, plastics, vermiculite sheets (foamed or made from expanded vermiculite granules), glass fiber gauze impregnated with vermiculite and polymers. Such laminates are particularly advantageous decorative construction panels for the construction industry. Panels can be used directly without lamination to another material, e.g.
B. for coating wood, cement or steel construction elements to create fire protection barriers and heat-insulating layers around the elements, as well as roof panels, cladding panels and ceiling panels.
The solid foam products can withstand high temperatures, e.g. B. exposed to up to 1000 C for a long time without being decomposed, although embrittlement of the products occurs when they are exposed to high temperatures for a long time. Press deformation of the surface of the solid foam products after or during drying results in a smooth surface which can be relief-shaped or shaped accordingly to achieve decorative effects.
The solid foam products, optionally laminated with another material, can be used for fire protection doors or fire protection partitions. In the form of lumps they are a loose filling for cavities, holes and. Like. Usable.
The lumps of foam can be put together to form the desired products.
Various inorganic and organic (but preferably inorganic) adhesives can be used to join the lumps together to make sheets, form laminates from the solid foam, or sheets as coatings or coatings on substrates, e.g. B. apply wood, cement and steel construction parts. Sheets up to 10 cm or more thick can be made by putting together lumps of dry foam. Examples of usable inorganic binders are phosphoric acid, aqueous solutions of phosphates and silicates, cements and plastics. Examples of usable organic binders are aqueous emulsions of vinyl and vinylidene polymers and copolymers.
Lumps of foam, especially those that split entirely or partially in layers
<Desc / Clms Page number 7>
EMI7.1
<Desc / Clms Page number 8>
the solution applied and the concentration of the solution in particular influences the density of the shaped bodies; in general, the increase in the amount of a particular solution applied to the clumps leads to an increase in the density of molded articles made from the clumps, and likewise the increase in the ion concentration of the solution leads to an increase in the density of molded articles made from the clumps.
Another physical property of the products, which can be influenced by the amount and concentration of the solution applied to the lumps, at least in the case of phosphate solutions, is the strength of the products. It has been observed that with an increase in the amount of phosphate ions (at least the amount in the surface area of the lumps) there is a maximum level of strength of the product formed from the lumps, and the increase in the amount beyond, either by increasing the amount of applied Solution or the concentration of the solution causes the strength of the products to decrease.
The amount of solution applied to the lumps may depend to some extent on the method by which the solution is applied, but for a specific application technique, the optimal combination of solution amount and solution concentration applied can easily be determined by simple experimentation. The solution can be applied to the lumps using a conventional technique, e.g. B. dipping, painting or rolling, but spraying is by far the preferred application technique. The spray technique has the advantage that the amount of the solution applied to the lumps can be controlled particularly easily, and that in particular the surface of the lumps is coated with the solution with minimal impregnation of the lump structure.
Lumps of layered mineral foam are generally highly porous structures that readily absorb liquids, and unless steps are taken to prevent them, the solution applied to the lumps quickly penetrates the structure into the interior of the lumps. According to the invention, this is undesirable from the standpoint of the density of the products produced from the lumps and the thermal conductivity properties of such products. A spray technique carried out in a controlled manner for applying the minimum amount of the solution necessary for covering the surface of the lumps is therefore preferred.
In addition to applying the minimum amount of solution necessary to coat the surface of the lumps, it is preferred to use weakly dilute solutions of phosphoric acid or phosphate or silicate so as to again limit the amount of phosphoric acid, phosphate or silicate applied to the lumps. As a guide, it is preferred to use solution concentrations between 5 and 20% by weight, in particular solution concentrations between 7 and 15% by weight.
When wetting dry, coated lumps with water for shaping into the corresponding products, the amount of water added is usually about 60 to 70% by weight of the lumps.
The wetted lumps, either as individual lumps or as assembled into molded products, can be allowed to dry at ambient (room) temperature, but are advantageously heated to increase the drying rate. The temperature used is not critical and may be up to several hundred degrees Celsius. In general, the wetted lumps are heated to about the boiling point of the liquid to be removed, as long as molded products made from the wetted lumps are dried
EMI8.1
be applied. The physical properties of the dry, coated lumps and dry molded products made therefrom do not appear to be dependent on the temperatures used to dry the coated lumps or molded products.
The process can be carried out by gasifying a suspension of vermiculite platelets to form a foam and by removing the liquid from the foam under conditions such that the solid foam obtained is in the form of lumps or a product form which can be converted into lumps . An example of a corresponding product form for transfer into lumps by chopping, e.g. B. using a gas jet, is a fiber-like extrusion of the foam, which is in lumps before or after
<Desc / Clms Page number 9>
Drying can be chopped. A number of different direct lump making techniques can be used, e.g.
B. spray drying, tape extrusion, the foam being pressed through holes in a tape to form the lumps.
The chemical cleavage of vermiculite for the production of suspensions, usually aqueous suspensions, of vermiculite platelets for their conversion into solid vermiculite foam lumps is known; Layer splitting processes are described, for example, in GB-PS No. 1, 016, 385, No. 1, 076, 786 and No. 1, 119, 305 and by Baumeister and Hahn in "Micron" 1.
247 (1976).
For the production of foam lumps, it is preferred to use suspensions of vermiculite platelets which have been wet-sorted in order to remove all particles larger than 50 11 m, preferably 20 11 m, and which have a high proportion, for. B. 40 to 60 wt .-% of platelets with a size less than 5 11m contain. The strength of the deformed foam products according to the invention and in particular their flexural strength can be improved by laminating the layer of joined lumps with a surface layer made of a flexible film material such as paper (e.g. kraft paper or vermiculite paper or glass fiber gauze impregnated with vermiculite) or metal strips or foils.
Such a cover layer or cover layers can be applied to the preformed shaped bodies by means of conventional lamination techniques, but it is preferred to apply the cover layer (s) during the production of the shaped body. For example, panels can be made by placing wetted lumps of phosphate or silicate coated between layers of a cover material, gently pressing the assembly, and drying the lumps to produce a laminate with a foam core with cover layers firmly attached to it.
The following materials are included in plates of solid foam lumps connected in a cell matrix: (i) foam lumps which are produced from a layer mineral in a cell matrix from the same or another layer mineral, (ii) mixtures of foam lumps of different layer minerals in a cell matrix from one or several layered minerals, (iii) lumps of kaolinite foam in a cell matrix of vermiculite, (iv) lumps of vermiculite foam in a cell matrix of vermiculite or kaolinite or both, (v) lumps of kaolinite foam in a cell matrix of kaolinite and (vi) lumps of kaolinite / Vermiculite foam in a cell matrix made of vermiculite or
Kaolinite or a mixture of kaolinite and vermiculite.
The production of products with foam lumps embedded in a cell matrix comprises the introduction of preformed lumps into a gasified suspension or a foam from a layered mineral and the drying of the resulting foam filled with lumps. The lumps can be introduced into the foam by gently stirring it and the filled foam can be deformed, e.g. B. by extrusion into the desired product shape and then drying. However, the lumps can also be arranged in the desired shape, for example a casting mold, and the foam can be pressed into the lumps arranged therein by applying pressure or under the lumps by using a suction effect, e.g. B. drawn by a vacuum deformation technique.
Pressing the lumps into a preformed foam layer to form panels is also possible, although in general such a technique causes the lumps and / or foam to collapse and a product to become denser than is available with other techniques. The amount of foam used can vary within wide limits, but just enough is usually used to completely fill the voids between the packed lumps, e.g. B. approximately an equal amount by weight of foam after drying, based on the weight of the lumps.
Another form of plate comprises expanded granules of vermiculite in a lump matrix or in a cell matrix made of kaolinite or a mixture of kaolinite and vermiculite.
The invention is illustrated by the following examples.
Example 1: A mixture of kaolin clay (60 g), deionized water (240 ml) and one
<Desc / Clms Page number 10>
EMI10.1
<Desc / Clms Page number 11>
2% by weight lump formation:
An aqueous suspension of vermiculite platelets obtained by swelling vermiculite using successive treatments with refluxed saline, refluxed n-butylammonium chloride solution, and water are ground and wet sorted to remove all particles larger than 50 tim. The suspension is gasified by heating in a stirred mixer to form a foam, magnesium oxide powder (10% by weight based on the vermiculite) is added during the gasification.
The wet foam is poured directly onto a perforated plastic band, the foam penetrating through the holes in the band and forming "droplets" on the underside of the band.
The droplets are allowed to harden and partially dried for a few minutes before being scraped off the belt. The droplets are then oven dried on cups to obtain lumps of dry, solid foam for the manufacture of appropriate molded products. By changing the concentration of vermiculite in the suspension used, lumps of foam of different densities are obtained. The lumps have a raw cylindrical shape and average dimensions of 2 to 3 mm in diameter and 3 to 5 mm in length. They have a uniform cell structure.
Example 10: Vermiculite foam lumps (20 g) with a density of 112 kg / m3 are carefully mixed with an aqueous solution (66.5 g) of a conc. Phosphoric acid (5 g) stirred in deionized water. The lumps moistened in this way are spread on a flat drying cup and are oven-dried at 600C for 16 h. All clump agglomerates are broken up by hand and any fine dust is removed by sieving.
Dry, phosphate-coated lumps (8 g) are thoroughly mixed with deionized water (16 g) and the moistened lumps are easily placed in two cylindrical, plastic-lined tubes with a diameter of 4.35 cm and a height of 2.0 cm packed using a spatula. The flat top and bottom surface of the lump assembly is scraped with the spatula to obtain smooth surfaces and the tubes are heated in an oven at 150 ° C for 4 hours.
The tubes are removed from the oven and the foam cylinders are removed from the tubes and immediately thereafter their compressive strength (10% compression) is determined using a Houndsfield tensometer. The molded body has a 20% by weight content of phosphate binder and its density (average of the two samples) is 206 kg / m3 and the compressive strength is 274.8 KN / m2.
Example 11: Molded articles are produced as described in Example 1, with the exception that they have a content of 10% by weight of the phosphate binder instead of 20% by weight; this 10% content is achieved by mixing 20 g foam lumps with a solution (62.5 g) conc. o-phosphoric acid (2.22 g) in deionized water.
The moldings have a density (average of the two samples) of 154 kg / m3 and a compressive strength of 126.4 KN / m2.
Example 12: Vermiculite foam lumps (50 g) with a density of 104 kg / m3 are coated with o-phosphoric acid using a fluid bed dryer for laboratory purposes (model FBD / L72 from PR Engineering Ltd.). To cover the lumps, they are placed in a cylindrical fluidized bed with a height of 30 cm and a diameter of
EMI11.1
Use of an air atomizer siphon nozzle at a feed rate of 0.22 cm3 / s.
The lumps are given a content of 2.5% by weight of o-phosphoric acid.
The dry, coated lumps (8 g) are shaped into cylindrical shaped bodies and, as described in Example 1, examined. The finished moldings have a density (average of the two samples) of 127 kg / m3 and a compressive strength of 386 KN / m2.
Examples 13 to 15: Dry, solid ballclay foams are produced from the following ballclay suspensions by the process generally described in example 1:
<Desc / Clms Page number 12>
EMI12.1
<tb>
<tb> example <SEP> Ballclay <SEP> (g) <SEP> water <SEP> non-ionic <SEP> hit
<tb> (cm3) <SEP> fluorochemical <SEP> time <SEP> (min)
<tb> foaming agent
<tb> 13 "Hymod" / AT <SEP> (100) <SEP> 200 <SEP> 2 <SEP> 20
<tb> 14 <SEP> BSK / L <SEP> (371) <SEP> 200 <SEP> 2.4 <SEP> 20
<tb> 15 <SEP> "Hycast" / VC <SEP> (100) <SEP> 200 <SEP> 2 <SEP> 20 <SEP>
<tb>
"HYMOD" / AT is a ballclay from Dorset (commercially available from English China Clay).
"HYCAST" VC is a Devon ballclay (commercially available from English China Clay).
BSK / L is a North Devon ballclay (commercially available from Watson Blake).
Deionized water and a non-ionic fluorochemical foaming agent "Forafac" 1157) are used.
The wet foams are converted into dry, solid foams, as described in Example 1, and the dry foams are sintered at 1050 C in accordance with Example 2. The properties of the wet and dry foams are determined and are given below.
EMI12.2
<tb>
<tb>
example <SEP> 13 <SEP> 14 <SEP> 15 <SEP>
<tb> property <SEP>:
<tb> wet density <SEP> (kg / m ') <SEP> 245 <SEP> 198 <SEP> 196
<tb> dry density <SEP> (kg / m3) <SEP> 124 <SEP> 99 <SEP> 98
<tb> sintering time <SEP> (min) <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP>
<tb> sintered density <SEP> (kg / m3) <SEP> 128 <SEP> 101 <SEP> 99
<tb> + <SEP> DF <SEP> sintered <SEP> foam <SEP> (KN / m2) <SEP> 700 <SEP> 114 <SEP> 172
<tb> + <SEP> DF <SEP> at <SEP> 100 <SEP> kg / m3 <SEP> 420 <SEP> 114 <SEP> 150
<tb> + <SEP> DF <SEP> at <SEP> 200 <SEP> kg / m3 <SEP> 1340 <SEP> - <SEP> 630 <SEP>
<tb> + <SEP> DF <SEP> unsintered <SEP> foam <SEP> 40-10, <SEP> 8 <SEP>
<tb>
EMI12.3
<Desc / Clms Page number 13>
transferred to the process according to Example 1 and the foam is sintered at 11500C according to Example 2.
The wet foam has a density of 190 kg / m3 and the sintered foam has a density of 116 kg / m3 and a compressive strength of 70 KN / m2 (at 10% compression).
Example 17: 7.0 kg ballclay EWVA, 12.9 kg deionized water and 169 ml non-ionic fluorochemical foaming agent (0.6% based on clay) are mixed to form a slurry with a solids content of 35%. The slurry is whipped in a Kenwood Chef mixer for 20 minutes and the stable wet foam obtained is transferred to lumps of foam in a conventional spray dryer. The lumps obtained are sintered at 11500C for 5 minutes. The wet foam has a density of 256 kg / m3 and the sintered lumps have a density of 150 kg / m3.
Example 18: Sepiolite (38 g) is mixed with deionized water (162 g) and nonionic fluorochemical foaming agent (0.06 g - 0.4% based on the clay) in a stirred mixer for 15 minutes to form a stable wet foam . The wet foam with a density of 195 kg / m 3 is transferred into lumps with a cell structure using the belt extrusion technique described in Examples 10 to 12. The lumps are sintered at 1050 C for 5 minutes and the sintered lumps have a density of 58 kg / m3.
Example 19: A slurry of 18.9% vermiculite split in layers in deionized water (116 g) is mixed with deionized water (78 g) and sodium tripolyphosphate (0.5 g). Poorly sorted kaolin clay (67 g) is added to the mixture, which is then stirred in a stirred mixer for 15 minutes. Poorly sorted magnesium oxide powder from BDH (3.7 g) is added and the mixture is dispersed to disperse the powder. The wet foam is formed into lumps using the belt extrusion method according to Examples 10 to 12 and the lumps are sintered at 15000C for 10 minutes. The density of the sintered lumps is 238 kg / m3.
Example 20: Montmorrilonite (50 g) is dispersed in deionized water (338 g) and a slurry (137 g) of 18.3% layered vermiculite is added to the dispersion followed by nonionic fluorochemical foaming agent (3 g). The mixture is stirred in a stirred mixer for 1 hour to produce a stable, wet foam. The wet foam is transferred into dry lumps with a cell structure using the tape extrusion method according to Examples 10 to 12. The lumps dried at 90 C have a density of 108 kg / m3.
Example 21: Sodium montmorillonite (50 g - Wyoming bentonite) and kaolin clay (50 g) are mixed with deionized water (450 g) in a Kenwood Chef mixer until the montmorillonite is completely dispersed. A non-ionic fluorochemical foaming agent ("Forafac" 1157) (6 g) is added and the mixture is swirled for 1 hour at maximum speed to produce a stable wet foam. Lumps of dry foam, which are produced from the wet foam using the belt extrusion technique according to Examples 10 to 12 and then sintered at 1050 C for 10 min, have a density of 118 kg / m3.
Example 22: Sodium montmorillonite (Wyoming bentonite 50 g) and deionized water (450 g) are stirred in a stirred mixer until the montmorillonite is completely dispersed. A non-ionic fluorochemical foaming agent ("Forafac" 1157) (6 g) is added and the mixture is beaten with a beater at maximum speed for about 1 hour to produce a stable wet foam. Lumps are produced from the wet foam using the tape extrusion method according to Examples 10 to 12 and sintered at 1000 ° C. for 10 minutes. The sintered lumps have a density of 110 kg / m3.
Example 23: Sodium montmorillonite (200 g) and a 60% aqueous solution of butylammonium chloride (360 g) and deionized water (750 g) are heated at 800 ° C. with stirring for 4 hours. The butylammonium montmorillonite (solid) obtained is separated off by filtration and washed free of the chloride ions. A quarter of the solid is stirred with deionized water (120 g) and nonionic fluorochemical foaming agent (12 g) in a stirred mixer for 1 h to produce a stable wet foam. The wet foam is transferred to a mold and dried as described in Example 1 to obtain a solid foam with a cellular structure.
<Desc / Clms Page number 14>
EMI14.1
<Desc / Clms Page number 15>
Example 30: A composite plate of dried droplets of expanded pearlite and a matrix of vermiculite foam is made as follows.
Wet vermiculite foam is prepared as in Example 29. The foam obtained is then mixed with 100 g of expanded pearlite droplets. The droplets have a density of 130 kg / m3, a compressive strength of 250 KN / m2 and a diameter of 2 to 5 mm.
The block obtained has a compressive strength of 250 KN / m2, a bending strength of 300 KN / m2 and a density of 110 kg / m3. The thermal conductivity of the plate is 0.046 W / mk at 20oC.
Example 31: A composite slab of dry lumps made from foamed kaolin and a matrix of vermiculite foam is made as follows.
Vermiculite foam is produced as described in Example 29. The foam obtained is then mixed with 50 g of lumps made from foamed kaolin. The lumps have a density of 65 kg / m3, a compressive strength of 90 KN / m2 and a diameter of 3 mm.
The block obtained has a compressive strength of 110 KN / m2, a bending strength of 250 KN / m2 and a density of 85 kg / m3. The thermal conductivity of the block is 0.045 W / mk at 20 C.
PATENT CLAIMS:
1. Solid inorganic foam product containing one or more layered minerals with a density of less than 0.4 g / ml, preferably less than 0.2 g / ml, characterized in that it has lumps of one or more layered minerals as an essential constituent contains, the lumps are optionally joined together by means of an adhesive.