AT391466B - Anorganische thermoisolationsmasse - Google Patents
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Description
Nr. 391 466
Gegenstand der Erfindung ist eine asbestfreie anorganische Thermoisolationsmasse mit schall· und vibrationsdämmende Eigenschafen.
Die derzeit in der Technik eingesetzten Thermoisolationsmassen werden unter Einwirkung von höheren Temperaturen, die eine Expansion des Volumens der in der Masse eingeschlossenen Gase oder ein Verdampfen des eingeschlossenen Wassers hervorrufen, hergestellt. Die nach diesem Prinzip erzeugten Thermoisolationsmassen bestehen aus mineralischen Bestandteilen, wie z. B. Keramsit, Wermikulit, Perlit, Kieselerde und dgl., wobei als Bindemittel unter anderem Wasserglas dient, dessen Anteil bis zu 45% betragen kann.
Organische Thermoisolationsmassen werden auf Basis von Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyethan, Polyethylen, Polykarbonat und deren Copolymere und Mischungen sowie Kohlensäurediamid-Formaldehydharzen, Silikonharzen und Melaminharzen erzeugt. Die Struktur der organischen Thermoisolationsmassen sowie deren Dichte wird hauptsächlich durch den Einsatz von Treibmitteln während der Polymerisations· bzw. Kondensationsprozesse erreicht. Als Treibmittel werden Karbonate und Aminverbindungen verwendet, wobei während des thermischen Zerfalls der Treibmittel Kohlendioxid und Stickstoff freigesetzt werden, durch die die Struktur der Masse in der plastischen Phase geformt wird.
Wegen der physikalisch-chemischen Eigenschaften der organischen Thermoisolationsmassen ist deren Einsatz auf einen Temperaturbereich bis etwa 60 · 80°C eingeschränkt Sie sind brennbar und können nicht in der Umgebung von organischen Lösungsmitteln verwendet werden.
Die in der Technik verwendeten anorganischen Thermoisolationsmassen können grundsätzlich in drei Gruppen unterteilt werden:
Die I. Gruppe umfaßt Massen auf Basis von Zement und Gips, wobei Körner mit nur kleinen geometrischen Unterschieden verwendet werden, die an den Berührungspunkten zusammengehalten werden. Modifizierte Produkte aus dieser Gruppe enthalten zusätzliche schaumbildende Bestandteile, wobei die Struktur der Masse durch Luftbiäschen geformt wird (Schaumbeton, Schaumsilikate, Schaumgips usw.). In der Praxis wird auch Aluminiumpulver beigemischt, was eine starke Gasentwicklung durch die Reaktion mit dem alkalischen Medium zufolge hat, wodurch nach der Zementbindung ein Gasbeton oder Gassilikat entsteht.
Die II. Gruppe umfaßt Thermoisolationsmassen auf Basis von gemahlenem Glas (Schaumglas), wobei als Treibmittel bei erhöhter Temperatur in der flüssigen Phase des Glases Kohle, Ruß, Kalzium- und. Magnesium» karbonat verwendet werden.
Zur III. Gruppe gehören Thermoisolationsmassen auf Basis von Wasserglas und Silikatfüllstoffen mit einer Korngröße von unter 1,0 mm. Diese Gruppe umfaßt Massen, die bereits eine Endstruktur aufweisen oder deren Struktur erst unter Wärmeeinwirkung geformt wird. Diese Massen können mit Gewebe verstärkt werden und als Platten, wie z. B. PALUSOL, hergestellt werden. Die in der Technik derzeit eingesetzten Thermoisolationsmaterialien und Thermoisolationsmassen haben eine Reihe von Mängel, die ihren praktischen Einsatz einschränken.
Poröse Kunststoffe sind widerstandsfähig nur in einem niedrigen Temperaturbereich, sie sind brennbar und empfindlich gegen bakterielle Medien. Beim Zerfall bei höheren Temperaturen werden giftige Produkte freigesetzt.
Thermoisolationsmassen auf Basis von Zement und Gips sind schwer herzustellen und haben eine lange Aushärtungszeit und ein hohes spezifisches Gewicht Der Einsatz dieser Massen ist hauptsächlich auf Formteile für gerade und senkrechte Räume eingeschränkt Sie haben schlechte Thermoisolationsparameter und nehmen leicht Wasser auf.
Das Schaumglas ist nicht brennbar und hat verhältnismäßig gute Thermoisolationseigenschaften, die Wärmebehandlung jedoch, die wegen Beseitigung von inneren Spannungen notwendig ist verursacht eine deutliche Anisotropie, was sich negativ auf die mechanischen Werte und Gebrauchseigenschaften auswirkt Darüber hinaus wird das Schaumglas als Platten, die aus einem Block geschnitten werden, hergestellt wodurch die verschlossenen Zellen durchgetrennt werden und das Wasserabsoiptionsvermögen erhöht wird.
Die Gruppe der Silikatmassen ist zum Einsatz als Thermoisolationstrennwände und Feuertrennwände bestimmt. Der Hauptmangel dieser Produkte besteht darin, daß sie nicht wasserbeständig sind, weswegen eine zusätzliche Beschichtung mit brennbaren Kunststoffüberzügen notwendig wird. Die derzeit verwendeten Thermoisolationsmassen auf Silikatbasis bekommen ihre Endstruktur erst nach der Wärmeeinwirkung am Ort ihrer Anbringung. Es gibt keine Möglichkeit für ihre Expandierung in der Umgebungstemperatur von etwa 20°C.
Gegenstand der Erfindung ist eine Thermoisolationsmasse, die auch schall- und vibrationsdämmende Eigenschaften besitzt und die aus wässerigen Lösungen von Natrium- oder Kaliumsilikaten als Hauptbindemittel sowie Zusätzen wie: Verflüssiger, Korrektionsmittel, Katalysatoren, Stabilisatoren, Inert- und Aktivfüllstoffe und die Büdung einer porösen Struktur bei Umgebungstemperatur und bei erhöhter Temperatur beeinflussende Zusätze gebildet wird.
Die Thermoisolationsmassen gemäß der Erfindung können in zwei Modifikationen vorliegen. Die eine Modifikation besteht aus zwei getrennten Hauptbestandteilen (Flüssigkeit + zerkleinerte, feste Bestandteile), die am Einsatzort vermischt werden, die andere Modifikation ist eine homogene Masse in Form von Granulat bzw. Formteilen usw. Jede Modifikation kann einen Zusatz enthalten, der schon bei Umgebungstemperatur eine Volumenexpansion bewirkt
Das Ziel der Erfindung ist die Herstellung einer Thermoisolationsmasse, die großen Wärmewiderstand -2-
Nr. 391466 aufweist, nicht brennbar ist, bei Temperaturen von 650 bis 950°C eingesetzt werden kann, physiologisch neutral ist, aus der bei erhöhter Temperatur keine giftigen Bestandteile freigesetzt werden, die auch bei komplizierten geometrischen Formen eingesetzt werden kann und die zusätzlich schall- und vibrationsdämmende Eigenschaften besitzt.
Dieses Ziel wird durch eine Modifikation bzw. Veredelung des eingesetzten Wasserglases, das als Sol im Bereich der Homogenisierung und Ausrichtung der Solteilchen ein sehr empfindliches Medium ist, durch Bildung von isolierenden Umhüllungen, die das Ansammeln von CO2 auf den Teilchen verhindern und gleichzeitig aber das elektrolytische Gleichgewicht nicht stören, erreicht. Zusätzlich wird auch eine Änderung der Viskosität bewirkt, wodurch eine bessere Benetzung der verwendeten mineralischen Bestandteile durch das modifizierte Wasserglas erreicht werden kann. Die neuen Thermoisolationsmassen auf Basis von Wasserglas bestehen erfindungsgemäß aus einer Gesamtmischung aus einer Mischung A) aus 70,0 bis 98,0 Gew.-Teilen Natrium- oder Kaliumwasserglas, 0,8 bis 14,0 Gew.-Teilen Phthalate, 0,2 bis 1,0 Gew.-Teilen Tensid, 1,0 bis 15,0 Gew.-Teilen Aktivkohle oder Ruß; und einer Mischung B) aus 30,0 bis 90,0 Gew.-Teilen Kieselerde (in Pulver- oder Kolloidform), 0,3 bis 2,5 Gew.-Teilen Eisenoxid (Fe203+Fe0), 3,5 bis 20,0 Gew.-Teilen Glimmer, 4,0 bis 20,0 Gew.-Teilen Montmorillonitton, 0,5 bis 15,0 Gew.-Teilen Dikalziumsilikat, 1,4 bis 9,9 Gew.-Teilen Aluminiumsilikate (AI2O3.S1O2), sowie entweder 0,2 bis 1,3 Gew.-Teilen Aluminium- und Titanoxide (A^O^ + T1O2) und 0,1 bis 1,3 Gew.-Teilen
Kalziumoxid (CaO) oder 0,1 bis 2,6 Gew.-Teilen Aluminiumpulver oder Eisen- und Siliziumstaub mit einem Siliziumgehalt von mindestens 45 %.
Die Thermoisolationsmasse gemäß der Erfindung wird durch Homogenisierung der Hauptbestandteile A und B gewonnen, die nach dem Zusammenmischen eine Masse mit flüssiger oder dickflüssiger Konsistenz bilden sollen. Beim Zusammenmischen der Bestandteile A und B werden Reaktionen hervorgerufen, die die Festigung und Aushärtung der Masse zufolge haben. Unter Wärmeeinwirkung erfolgt ein Volumenszuwachs der Masse um 100 bis 120 %, und eine Verminderung des spezifischen Gewichts bis auf 45 %. Bei der Thermoisolationsmasse gemäß der Erfindung besteht die Möglichkeit, schon beim Vermischen das Volumen der Masse um bis zu 50 % zu vergrößern. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der neuen Thermoisolationsmasse ist dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserglas mit Dibutyl- und/oder Dioctylphthalat unter Zugabe von Tensid und Aktivkohle modifiziert und dann mit den übrigen Bestandteilen vermischt wird. Durch die Verwendung von einigen Wasserglasveredelungszusätzen bei der Herstellung der Masse gewinnt die auf chemischem Wege stabilgewordene Masse im Temperaturbereich bei 60 bis 250°C thermoplastische Eigenschaften, wodurch ein Ausfüllen von beliebig komplizierten Formen in diesem Temperaturbereich möglich gemacht wird.
Bei jener Modifikation der Thermoisolationsmasse gemäß der Erfindung, die bei Umgebungstemperatur expandiert, wird an Stelle von CaO und AI2O3 + T1O2 Aluminiumpulver oder Eisen- und Siliziumstaub mit einem Siliziumgehalt von mindestens 45 % eingesetzt.
Die Thermoisolationsmasse gemäß der Erfindung ist thermoaktiv, d. h. jene Grundstruktur, die einen großen Wärmewiderstand besitzt, entsteht erst nach der ersten Wärmeeinwirkung. Die Kinetik bei der Ausbildung des strukturalen Skeletts der Thermoisolationsmasse gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Umhüllungen der Sol- und Gelteilchen zerstört werden und das in ihnen eingeschlossene Wasser freigemacht wird, das als Wasserdampf bei der Bildung der sphäriodalen Struktur in der Endphase der Gelierung von SiC>2 im Wasserglas maßgebend ist. Die Ausbildung dieser Struktur findet bei einer Temperatur von 180 bis 300°C statt Bei höheren Temperaturen (bis 600°C) tritt eine keramische Bindung der Bestandteile auf.
Die Thermoisolationsmasse gemäß der Erfindung wird beispielsweise bei der Erzeugung von Feuerschutztrennwänden und Thermoisolationstrennwänden in industriellen Anlagen, bei der Wärmeisolation von Fernwärmeleitungen, als Schutzbeschichtung von brennbaren Materialien und als Feuerlöschmittel beim Brand von flüssigen Kohlenwasserstoffen (z. B. auf der Wasseroberfläche) verwendet. Die Thermoisolationsmasse gemäß der Erfindung hat auch schall- und vibrationsdämmende Eigenschaften, was angesichts der großen Temperaturbeständigkeit der Masse zum Schutz des bei z. B. Elektroöfen, Walzwerken, Stahlwerken beschäftigten Personals ausgenutzt werden kann. Die Thermoisolationsmasse gemäß der Erfindung ist sowohl bei Umgebungstemperatur als auch im erhöhten Temperaturbereich (bis 1.200°C) nicht toxisch und kann auf Gewebe und Matten aufgebracht werden.
Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der folgenden Beispielen näher erläutert:
Beispiel 1; 700 kg Natriumwasserglas mit einem spezifischen Gewicht von 1,49 g/cm^ und einem Modul von 2,8 (Modul = Si02/Na20) werden mit 140 kg Dibutylphthalat C-\6&22®4' 10 kg des Natriumsalzes der Alkylbenzolsulfonsäure und 150 kg Aktivkohle mit Kömgröße von max. 13 mm homogenisiert, wodurch etwa 1000 kg des Bestandteiles A gewonnen werden. Unmittelbar danach werden unter ständigem Umrühren 300 kg staubförmige Kieselerde, 25 kg Eisenoxidmischung ^2()3 + FeO), 13 kg Aluminiumoxid- und Titanoxidmischung (AI2O3 + ^O), 200 kg Glimmerpulver, 200 kg Montmorillonitton, 150 kg -3-
Nr. 391466
Dikalziumsilikat, 13 kg Kalziumoxid und 99 kg zerkleinerte Aluminiumsilikate zugeführt, wodurch etwa 2000 kg der Thermoisolationsmasse gemäß der Erfindung hergestellt werden, die zur Erzeugung von wärmedämmenden Formteilen verwendet werden kann. Diese Formteile können nach einer Wärmebehandlung während 2,5 Stunden bei einer Temperatur von 700°C als thermische Isolation bei Hüttenöfen eingesetzt werden.
Beispiel 2: 980 kg Natriumwasserglas mit einem spezifischen Gewicht von 1,30 g/cm und einem Modul von 3,2 (Modul = SiC^/NajO) werden mit 8 kg Dioktylphthalat C2^^^04, 2 kg Natriumsalz der Cerylbenzolsulfonsäure und 10 kg Aktivkohle mit Kömgröße unter 1,0 mm homogenisiert, wodurch etwa 1000 kg des Bestandteiles A hergestellt werden. Anschließend werden unter ständigem Umrühren 900 kg staubförmige Kieselerde, 3 kg Eisenoxidmischung (FejOj + FeO), 2 kg Aluminiumoxid- und
Titanoxidmischung (AI2O3 + TiC^), 35 kg Glimmer, 40 kg Montmorillonitton, 5 kg Dikalziumsilikat, 1 kg Kalziumoxid und 14 kg Aluminiumsilikatpulver zugeführt, wodurch etwa 2000 kg der Thermoisolationsmasse gemäß der Erfindung hergestellt werden, die zur Erzeugung von Granulat und Formteilen verwendet wird, die nach einer 3,5 Stunden dauernden Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 600°C als thermische Isolation bei Hüttenanlagen eingesetzt sein können.
Beispiel 3: 700 kg Kaliumwasserglas mit einem spezifischen Gewicht von 1,28 g/cm^ und einem Modul S1O2: Na20 von 2,9 werden mit 140 kg Dibutylphthalat, 10 kg Natriumsalz der Alkylbenzolsulfonsäure und 150 kg Aktivkohle homogenisiert, wodurch etwa 1000 kg des Bestandteiles A gewonnen werden.
In einem zweiten Behälter, der mit einer Mischvorrichtung ausgestatten ist, werden 300 kg staubförmige Kieselerde, 25 kg Eisenoxidmischung ^2()3 + FeO), 200 kg Glimmer, 200 kg Montmorillonitton, 150 kg Dikalziumsilikat, 26 kg Aluminiumpulver und 99 kg Aluminiumsilikatpulver homogenisiert, wodurch etwa 1000 kg des Bestandteiles B der Thermoisolationsmasse gemäß der Erfindung hergestellt werden. Anschließend werden zum Bestandteil A unter ständigem Umrühren 700 kg des Bestandteiles B zugeführt, wodurch etwa 1700 kg der Thermoisolationsmasse gemäß der Erfindung hergestellt weren, die als Füllungsmasse zum Ausgießen von Isolationsspalten bestimmt ist. Nach 24 Stunden bei einer Temperatur von 20°C hatte die Masse ihr Volumen um etwa 30 % vergrößert, und nach anschließender Erwärmung bis zu 550°C vergrößerte sie ihr Volumen etwa um weitere 100 %.
Beispiel 4: 980 kg Kaliumwasserglas mit einem spezifischen Gewicht von 1,39 g/cnr und einem Modul von 3,8 werden mit 8 kg Dioktylphthalat, 2 kg Natriumsalz der Alkylbenzolsulfonsäure und 1 kg Aktivkohle homogenisiert, wodurch etwa 1000 kg des Bestandteiles A gewonnen weiden.
In einem zweiten Behälter, der mit einer Mischvorrichtung ausgestattet ist, werden 900 kg staubförmige Kieselerde, 3 kg Eisenoxidmischung (Fe2C>3 + FeO), 35 kg Glimmerpulver, 40 kg Montmorillonitton, 5 kg Dikalziumsilikat, 3 kg Aluminiumpulver und 14 kg Aluminiumsilikatpulver homogenisiert, wodurch etwa 1000 kg des Bestandteiles B der Thermoisolationsmasse gemäß der Erfindung hergestellt werden.
Anschließend werden dem Bestandteil A unter ständigem Rühren 650 kg des Bestandteiles B zugeführt, wodurch etwa 1650 kg der Thermoisolationsmasse gemäß der Erfindung gewonnen worden, die als Füllungsmasse zum Ausgießen von Isolationsspalten oder zur Granulaterzeugung bestimmt ist. Nach 24 Stunden bei einer Temperatur von 20°C hatte die Masse ihr Volumen um etwa 25 % vergrößert, und nach anschließender Erwärmung auf bis zu 600°C vergrößerte sie ihr Volumen etwa um weitere 110 %.
Die Thermoisolationsmasse gemäß der Erfindung zeichnet sich durch folgende technische Eigenschaften aus:
150 bis 450 kg/nr 1,5 bis 8,5 kg/cm^ 30 bis 45 dB (6 mm) 1200° 850 bis 950°C 0,004 bis 0,005 kcal/m.h°C spezifisches Gewicht
Druckfestigkeit Schalldämmung:
Temperaturbeständigkeit Afbeitstemperatuibereich für Dauereinsatz: Wärmeleitzahl: -4-
Claims (2)
- 5 Nr. 391 466 PATENTANSPRÜCHE 1. Anorganische Thermoisolationsmasse auf Basis von Wasserglas, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 10 einer Gesamtmischung aus einer Mischung A) aus 70,0 bis 98,0 Gew.-Teilen Natrium- oder Kaliumwasserglas 0,8 bis 14,0 Gew.-Teilen Phthalate, 0,2 bis 1,0 Gew.-Teilen Tensid, 1,0 bis 15,0 Gew.-Teilen Aktivkohle oder Ruß; und einer Mischung B) aus 30,0 bis 90,0 Gew.-Teilen Kieselerde (in Pulver- oder Kolloidform), 0,3 bis 2,5 Gew.-Teilen Eisenoxid (I^Oß + FeO), 3,5 bis 20,0 Gew.-Teilen Glimmer, 4,0 bis 20,0 Gew.-Teilen Montmorillonitton, 0,5 bis 15 15,0 Gew.-Teilen Dikalziumsilikat, 1,4 bis 9,9 Gew.-Teilen Aluminiumsilikate (A^Oj.SiC^), sowie entweder 0,2 bis 1,3 Gew.-Teilen Aluminium- und Titanoxide (AI2O3 + TiC^) und 0,1 bis 1,3 Gew.-Teilen Kalziumoxid (CaO) oder 0,1 bis 2,6 Gew.-Teilen Aluminiumpulver oder Eisen- und Siliziumstaub mit einem Siliziumgehalt von mindestens 45 % besteht.
- 2. Verfahren zur Herstellung einer Thermoisolationsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserglas mit Dibutyl- und/oder Dioctylphthalat unter Zugabe von Tensid und Aktivkohle modifiziert und dann mit den übrigen Bestandteilen vermischt wird. -5-
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