CH677822A5

CH677822A5 -

Info

Publication number: CH677822A5
Application number: CH180689A
Authority: CH
Inventors: Manfred Kaiser
Original assignee: Manfred Kaiser
Priority date: 1989-04-12
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1991-06-28
Also published as: ATA86189A; DE3916097A1; AT391466B

Description

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Beschreibung

Gegenstand der Erfindung ist eine asbestfreie anorganische Thermoisoiationsmasse mit schall-und vibrationsdämmenden Eigenschaften.

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. Ke-ramsit, 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-Formal-dehydharzen, Silikonharzen und Melaminharzen erzeugt. Die Struktur der organischen Thermoisolationsmassen sowie deren Dichte wird hauptsächlich durch den Einsatz von Treibmitteln während der Polymérisations- bzw. Kondensationsprozesse erreicht. Als Treibmittel werden Karbonate und Amin-verbindungen 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 Luftbläschen 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 Magnesiumkarbonat 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 Mängeln, 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 Thermoisolati-onsparameter 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 Wasserabsorbtionsvermögen 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 Thermoisoiationsmasse, die auch schall- und vibrationsdämmen-de 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 Bildung 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 Thermoisoiationsmasse, die grossen Wärmewiderstand 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 wer5

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den, 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

A) 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

B) 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 Montmorillonit-ton, 0,5 bis 15,0 Gew.-Teilen Dikalziumsilikat, 1,4 bis 9,9 Gew.-Teilen Aluminiumsilikate (AI2O3 SiOz), sowie entweder 0,2 bis 1,3 Gew.-Teilen Aluminium- und Titanoxide (AI2O3+TÌO2) 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 Thermoisoiationsmasse 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 Volumenzuwachs der Masse um 100 bis 120%, und eine Verminderung des spezifischen Gewichts bis auf 45%. Bei der Thermoisoiationsmasse 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 Thermoisoiationsmasse 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 Thermoisoiationsmasse gemäss der Erfindung, die bei Umgebungstemperatur expandiert, wird an Stelle von CaO und

AI2O3+TÌO2 Aluminiumpulver oder Eisen- und Siliziumstaub mit einem Siliziumgehalt von mindestens 45% eingesetzt.

Die Thermoisoiationsmasse 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 Thermoisoiationsmasse 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 SÌO2 im Wasserglas massgebend ist. Die Ausbildung dieser Struktur findet bei einer Temperatur von 180 bis 300°C statt. Bei höheren Temperaturen (bis 6Ö0°C) tritt eine keramische Bindung der Bestandteile auf.

Die Thermoisoiationsmasse gemäss der Erfindung wird beispielsweise bei der Erzeugung von Feuerschutztrennwänden und Thermoisolations-trennwänden in industriellen Anlagen, bei der Wärmeisolation von Fernwärmeleitungen, als Schutzbe-schichtung von brennbaren Materialien und als Feuerlöschmittel beim Brand von flüssigen Kohlenwasserstoffen (z.B. auf der Wasseroberfläche) verwendet. Die Thermoisoiationsmasse gemäss der Erfindung hat auch schall- und vibrationsdämmende Eigenschaften, was angesichts der grossen Temperaturbeständigkeit der Masse zum Schutz des bei z.B. Elektroofen, Walzwerken, Stahlwerken beschäftigen Personals ausgenutzt werden kann. Die Thermoisoiationsmasse gemäss der Erfindung ist sowohl bei Umgebungstemperatur als auch im erhöhten Temperaturbereich (bis 1200°C) nicht toxisch und kann auf Gewebe und Matten aufgebracht werden.

Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert:

BEISPIEL 1:

700 kg Natriumwasserglas mit einem spezifischen Gewicht von 1,49 g/cm3 und einem Modul von 2,8 (Modul = Si02/Na20) werden mit 140 kg Dibutyl-phthalat C16H22O4, 10 kg des Natriumsalzes der Al-kylbenzolsulfonsäure und 150 kg Aktivkohle mit Korngrösse von max. 1,3 mm homogenisiert, wodurch etwa 1000 kg des Bestandteiles A gewonnen werden. Unmittelbar danach werden unter ständigem Umrühren 300 kg staubförmige Kieselerde, 25 kg Eisenoxidmischung (Fe203+Fe0), 13 kg Alumi-niumoxid- und Titanoxidmischung (AI203+TÎ20), 200 kg Glimmerpulver, 200 kg Montmorilionitton, 150 kg Dikalziumsilikat, 13 kg Kalziumoxid und 99 kg zerkleinerte Aluminiumsilikate zugeführt, wodurch etwa 2000 kg der Thermoisoiationsmasse 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.

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BEISPIEL 2:

980 kg Natriumwasserglas mit einem spezifischen Gewicht von 1,30 g/cm3 und einem Modul von 3,2 (Modul = SiCVNaaO) werden mit 8 kg Dioktylphtha-iat C24H38Ö4, 2 kg Natriumsalz der Cerylbenzolsul-fonsäure und 10 kg Aktivkohle mit Korngrösse 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 (Fe2Ó3+ FeO), 2 kg Aluminiumoxid- und Titanoxidmischung (AI2O3+TÌO2), 35 kg Glimmer, 40 kg Montmorillonit-ton, 5 kg Dikalziumsilikat, 1 kg Kalziumoxid und 14 kg Alumittiumsilikatpulver zugeführt, wodurch etwa 2000 kg der Thermoisoiationsmasse 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.

BEISPIELS:

700 kg Kaliumwasserglas mit einem spezifischen Gewicht von 1,28 g/cm3 und einem Modul 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 ausgestattet ist, werden 300 kg staubförmige Kieselerde, 25 kg Eisenoxidmischung (Fe203+Fe0), 200 kg Glimmer, 200 kg Montmorillo-nitton, 150 kg Dikalziumsilikat, 26 kg Aluminiumpulver und 99 kg Aluminiumsilikatpulver homogenisiert, wodurch etwa 1000 kg des Bestandteiles B der Thermoisoiationsmasse gemäss der Erfindung hergestellt werden. Anschliessend werden zum Bestandteil A unter ständigem Umrühren 700 kg des Bestandteiles B zugeführt, wodurch etwa 1700 kg der Thermoisoiationsmasse gemäss der Erfindung hergestellt werden, die als Füllungsmasse zum Aus-giessen 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 ver-grösserte sie ihr Volumen etwa um weitere 100%.

BEISPIEL 4:

980 kg Kaliumwasserglas mit einem spezifischen Gewicht von 1,39 g/cm3 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 werden.

In einem zweiten Behälter, der mit einer Mischvorrichtung ausgestattet ist, werden 900 kg staubförmige Kieselerde, 3 kg Eisenoxidmischung (F2O3+ FeO), 35 kg Glimmerpulver, 40 kg Montmorillonit-ton, 5 kg Dikalziumsilikat, 3 kg Aluminiumpulver und 14 kg Aluminiumsilikatpulver homogenisiert, wodurch etwa 1000 kg des Bestandteiles B der Thermoisoiationsmasse gemäss der Erfindung hergestellt werden.

Anschliessend werden dem Bestandteil A unter ständigem Rühren 650 kg des Bestandteiles B zugeführt, wodurch etwa 1650 kg der Thermoisoiationsmasse gemäss der Erfindung gewonnen werden, 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 Thermoisoiationsmasse gemäss der Erfindung zeichnet sich durch folgende technische Eigenschaften aus:

spezifisches Gewicht: 150 bis 450 kg/m3 Druckfestigkeit: 1,5 bis 8,5 kg/cm2 Schalldämmung: 30 bis 45 dB (6 mm) Temperaturbeständigkeit: 1200°G Arbeitstemperaturbereich für Dauereinsatz: 850 bis 950°C

Wärmeleitzahl: 0,004 bis 0,005 W/(m.°K) Patentansprüche

1. Anorganische Thermoisoiationsmasse auf Basis von Wasserglas, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus

A) 70,0 bis 98,0 Gew.-Teilen Natrium- oder Kaliumwasserglas, 0,8 -bis 14,0 Gew.-Teilen Phtha-late, 0,2 bis 1,0 Gew.-Teilen Tensid, 1,0 bis 15,0 Gew.-Teilen Aktivkohle oder Russ; und

B) 30,0 bis 90,0 Gew.-Teilen Kieselerde in Pulveroder Kolloidform , 0,3 bis 2,5 Gew.-Teilen Eisenoxid 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 sowie entweder 0,2 bis 1,3 Gew.-Teilen Aluminium- und Titanoxide und 0,1 bis 1,3 Gew.-Teilen Kalziumoxid 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 Thermoisoiationsmasse 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.

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