CN103119001A - 包含膨胀火山玻璃的材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种材料，该材料通过借助微波加热一种膨胀火山玻璃粒和水溶液中的水玻璃的混合物而形成。将糖化物类添加至该待微波固化的混合物中。除其他优点之外，如此获得了所形成材料的更高强度。这种材料作为用于建筑隔热的隔热板是尤其有利的。

Description

包含膨胀火山玻璃的材料

本发明涉及一种含有膨胀火山玻璃的材料，并且还涉及一种用于这种材料的特别有利的应用以及还涉及一种用于生产这种材料的方法。

AT 504 051 B1描述了一种通过使用热曝露来膨胀含结晶水的矿物粒而生产批量产品的方法。典型地这种矿物是火山玻璃，更特别地是珍珠岩或松脂岩。通过将这些矿物粒引入一个轴炉的顶端并且允许它们在其受热并且膨胀的过程中向下落入这个炉中来发生起泡。在底端，这些粒在一个以漏斗形式的收集墙上并且还能以用作输送的一个空气冷却流而被冷却并且固化。这样生产出具有玻璃化的、封闭表面的珠粒。

EP 956 277 B1和DE 100 33 804 A1描述了一种由膨胀珍珠岩粒形成的轻质材料，并且还描述了一种用于生产该轻质材料的方法。将膨胀珍珠岩颗粒，优选地通过被喷射，与水溶液中的水玻璃相结合，以及还与一种疏水剂和任选的一种固化剂相结合，并且被引入一个模中，轻压，并且除去液体水并且通过微波加热固化。该轻质材料可以典型地被用作用于建筑隔热的一种隔热面板。尽管借助微波加热固化意味着所得到的元件的强度与其他技术相比是显著地更好，然而对于许多建筑应用而言还是太低。

按照EP 48 570 A1，通过将膨胀珍珠岩粒与水玻璃相结合来生产绝热材料。另外，添加磷酸盐类和粘土，由此有利地影响凝固行为、强度和收缩行为。

从这个现有技术开始，本发明人着手解决提供一种基于发泡火山玻璃的材料的问题，该材料可以被用作建筑上的隔热面板并且与讨论的这些材料相比，具有相对于该隔热能力更高的强度。

为了解决这个问题，该起始点是如在EP 956 277 B1和DE 100 33 804A1中的生产技术。因此，对用水溶液中的水玻璃润湿的通过火山玻璃颗粒（例如，珍珠岩、脂纤蛇纹石（resinalite）、松脂岩或黑曜岩）的热诱导膨胀而形成的一个颗粒床层通过微波进行加热并且由此进行固化。

按照本发明，安排了在该床层中待固化的这些膨胀粒不仅用水溶液中的水玻璃进行润湿，而且用糖化物类（saccharides），优选地用糖（sugar）和/或纤维素进行润湿。

一种典型组合物，具有以下材料的质量分数；

-按质量计100份火山玻璃膨胀粒；堆密度40kg/m³至150kg/m³

-按质量计40份至150份水玻璃（水溶液中的钠水玻璃或钾水玻璃，具有20%至60%的二氧化硅分数）

-按质量计1.5份至20份糖化物类，其中按质量计1.5份至20份可以是糖类，以及按质量计0.0份至2份可以是纤维素。

添加糖化物类至待被微波加热的该床层的作用是该床层比没有这个添加可以充分而更有效地被微波加热。因此借助微波辐射将一种材料混合物加热至200°C以上是很容易可能的并且也是有利的。更优选地加热至着火，如甚至借助微波是很容易有可能的（作为糖化物类添加的结果）。与没有糖化物的混合物相比，用于产生一个床层的足够硬化以及该硬化元件的足够干燥所要求的时间由此减少至一个分数；所得材料的更好的干燥以及由此更好的隔热能力得以实现，并且实现了更高的强度。一个进一步的成果是该材料在固化后不再表现出任何的收缩，例如，与用混凝土或砖的情况相对比。

对于在隔热能力与良好的强度之间的一个良好平衡，重要是将这些膨胀矿物粒保留在形成该元件成品的复合材料中，并且仅仅在这些点上，尽可能地经历了通过粘合剂的结合，换句话说通过硬化水玻璃的结合，无论如何在它们都彼此接触的这些点处。此外，存在于一个干床层中的这些膨胀粒之间的空隙仍旧理想地被保留在该元件成品中。为了实现这个，重要的是通过该粘合剂（水溶液中的水玻璃）将该床层中的这些粒进行充分的润湿以及使用尽可能少的粘合剂。已知极少的粘合剂和充分的混合是通过将该粘合剂以细雾的形式喷雾至该膨胀矿物床层上和/或中，同时充分地混合该床层而得以实现的。

粘合剂的量可以借助两个附加的措施进一步有利地减少，这两个附加措施可以被单独或联合使用：

首先，可以将少量的表面活性剂混合入该粘合剂中。这增强了粒的润湿，在这些粒上形成了一个可靠的粘合剂薄层，甚至当粘合剂的量相对低时。

其次，这些粒的表面可以被有利地影响，使得对于该粘合剂而言，早在生产所述粒的过程期间，即，在从致密的矿物粒膨胀的过程中，尽可能地具有理想的流动性能和润湿性能。正如已知的，通过在一个轴炉中的热空气中将它们加热至650°C以上的温度进行发泡，使得它们固体材料变成面团状，并且使得所存在的结晶水蒸发并且使该面团状的材料膨胀，来形成这些矿物粒。在适当膨胀后，将这些膨胀粒在冷表面上或在冷空气中迅速地冷却至该固化温度下，使得它们不能粘至其他粒上。已经发现，如果在这些粒在膨胀至它们的最终目标密度后，在大约5秒内被冷却至100°C至150°C的温度水平，并且在这个温度范围内保持许多秒，这些粒的润湿性能是受有利地影响的。

如果这些膨胀粒在一个太高的温度水平下耗费时间太长，则它们的表面呈现出天鹅绒似的粗糙度并且在润湿时容纳不利的大量水玻璃。

如果这些膨胀粒冷却得太快，那么它们的表面具有玻璃状的光滑度并且难以用足够量的水玻璃润湿它们以便能最终形成一个固体复合元件。

将这些粒保持在这个温度范围内可以通过，例如，借助被调整到合适温度的空气将它们输送远离该轴炉的基部而得以实现。为了实现这个温度，可以将来自该轴炉的热空气与常温环境空气以一个合适的混合比进行混合。

可取的做法是，在该粒膨胀过程中不断地采集膨胀粒成品的样品，并且随后，使用它们进行润湿测试，并且不断地调节该冷却相的温度。一个简单而足够好的测试可以是称出少量的膨胀粒，将它们放在一个筛子上，将水浇到它们上，允许水流掉，并且再次称量所保留的该湿混合物。

再次，在微波加热前，通过将由粒和粘合剂组成的该待固化混合物压实可以节约粘合剂，并且尽管如此可以实现非常好的强度，如与通过来自一个撞锤、和/或一个模具壁的压力进行的该之前的未加压状态相比，这个压实了5%至30%。在压实到这个程度时，这些膨胀粒的形状被实质上地保留，但是该固化元件的强度却因此被实质上地提高。

已经发现，有利地是将膨胀粒和粘合剂的混合物不仅与糖化物类而且还与少量的粉末、纤维、或水悬浮液形式的火山灰质材料进行结合。

典型地，每公斤水溶液中的水玻璃应该添加大约10克至30克的火山灰。

这些火山灰的作用是在所得到的固体元件中硬化时不存在收缩，或者几乎不存在收缩，并且当使用纤维时收缩作用的防止是特别好的。这避免了收缩裂缝。这些火山灰的作用是甚至与没有火山灰的无裂缝材料相比增加了最终硬度。

在一个优选实施例中，以添加火山灰颜料的形式来添加这些火山灰。以此方式，在添加过程中，事实上，当这些粒正被搅拌或混合时，很容易识别这种添加的均匀性。此外，还有可能通过这种手段来确定所得元件的颜色。

在一个优选实施例中，将少量的纤维，优选矿物纤维，添加至这种待固化的膨胀粒和粘合剂的混合物中。以此方式在硬化过程中同样有可能减少收缩，并且可以提高，特别是相对于张力和弯度，该待形成的元件的强度。

借助于可用来使粘合剂用量保持低的所述的这三种措施，变得有可能的是固化其平均直径小于0.8mm的膨胀矿物粒的均匀颗粒以有效地给出一种隔热元件。对于一个给定密度以及给定组成而言，这种元件比更粗粒颗粒制成的元件具有更好的隔热能力。

在一个特别优选实施例中，这些纤维是火山灰材料纤维。以此方式可得到的与预防收缩和提高强度相关的最佳结果。

在结合前，这些膨胀矿物粒可以被任选地进一步提供疏水化。

在本发明材料的一个重要并且有利的应用中，由这种材料形成了建筑用隔热的面板，这些面板由复数个本发明材料层形成，并且这些单独层的不同之处在于与该材料的疏水化度。

在这个背景下的一个特别优选实施例中，一种面板具有多个非疏水材料外层并且在它们之间具有至少一个疏水化材料层。由于建筑生理学的原因，疏水化是非常重要的。由于这些外层不是疏水性的，它们可以借助水泥质粘合剂有效地结合至其他建筑层上。

为了形成这种多层面板，最好的情况是将以这些膨胀矿物粒的疏水化度不同的本发明的材料混合物，一个在另一个上面作为床层引入至一个模具中，并且然后进行这些层的联合固化。在这种情况下，这些单独的层之间的结合自动发展，无任何附加的成本或努力。

当由膨胀火山玻璃粒、水溶液中的水玻璃、以及糖化物类组成的该混合物通过微波辐射被加热，并且固化为一个固体元件（典型地一种面板）时，与该表面接近的材料区域比核心区域被更快地加热并且干燥。在其中所有三个维度上具有几个cm以上的厚度的元件的情况下，例如具有6cm厚度的面板，例如，因此可取的做法是，在复数个相中进行该微波加热固化过程，相间允许该材料冷却。换句话说，例如，将该混合物曝露于微波辐射一分钟，其中该外层（大约1cm厚）被强烈地加热并且固化。然后将如此形成的该元件留下冷却持续至少许多分钟，之后将其再次微波加热。现在是干的该外层，实际上现在没有吸收辐射并且因此没有经历任何大的加热。反而是，向内的下一层现在被强烈地加热并且固化。取决于几何学、材料组成、以及辐射强度，经过了更大或更少量的辐射并且要求多个更长或更短的冷却过程。如用于面包烘烤，通过实验对这些最优的随时间的温度特征曲线（profile）进行最好的确定，随着经验增加，所需的实验数目减少。

Claims (15)

1.一种通过借助微波加热一种热膨胀火山玻璃粒和水溶液中的水玻璃的混合物而形成的材料，其特征在于糖化物类已经被添加至该混合物中。

2.如权利要求1所述的材料，这些糖化物类的质量分数为该火山玻璃膨胀粒的质量分数的1.5%至20%。

3.如权利要求1或权利要求2所述的材料，其特征在于糖类被用作糖化物类。

4.如权利要求1或权利要求2所述的材料，其特征在于纤维素被用作糖化物类。

5.如权利要求1至4中任一项所述的材料，其特征在于表面活性剂已经被混合到该水溶液中的水玻璃中。

6.如权利要求1至5中任一项所述的材料，其特征在于火山灰类已经被混合到该混合物中。

7.如权利要求6所述的材料，其特征在于该火山灰类以火山灰颜料的形式已经被混合入。

8.如权利要求6所述的材料，其特征在于该火山灰类以火山灰纤维的形式已经被混合入。

9.如权利要求1至8中任一项所述的材料，其特征在于已经由其形成了一种用于建筑隔热的面板。

10.如权利要求9所述的材料，其特征在于该面板具有复数个层，这些层在它们包含的膨胀矿物粒的疏水化度上彼此不同。

11.如权利要求10所述的材料，其特征在于该面板具有多个非疏水材料外层并且在它们之间具有至少一个疏水化材料层。

12.一种通过借助微波加热一种膨胀火山玻璃粒和水溶液中的水玻璃的混合物来生产材料的方法，其特征在于糖化物类已经被混合至该混合物中。

13..如权利要求12所述的方法，其特征在于该膨胀火山玻璃粒和水溶液中的水玻璃的混合物被微波加热至200°C以上。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于该混合物被加热至着火温度。

15.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于该混合物的加热在多个相中发生，至少一部分的该混合物在每个相中被加热至200°C以上，并且允许该混合物在加热的单独相之间被冷却。