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Verfahren zur Herstellung poröser Produkte niedriger Dichte des Systems
Ca O-Si 02-H2 O Man hat vielfach versucht, Produkte von geringer Dichte aus Kalk,
Siliciumdioxyd und Wasser herzustellen, aber die Eigenschaften dieser Produkte konnten
auf Grund des Herstellungsverfahrens und/oder der verwendeten Ausgangsstoffe nur
teilweise zufriedenstellen.
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Es wurde versucht, das Absetzen der Festanteile in ihrem flüssigen
Träger zu verzögern, z. B. durch Zusatz von Bentonitgelen oder Stärke oder durch
Aufkochen. Keines dieser Hilfsmittel ergibt jedoch eine beständige Suspension. Zwar
verzögern die genannten Mittel die Absetzgeschwindigkeit der Festanteile, ergeben
aber keine wirklich stabile Suspension, deren Eigenschaften in das Endprodukt übergehen.
In diesen Produkten ist vielmehr die Dichte in Richtung ihrer Dickenausdehnung ungleichmäßig.
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Man hat ferner stark nadelförmig ausgebildete Asbestfasern dazu verwendet,
um die Suspension der Feststoffe in dem flüssigen Träger so haltbar zu machen, daß
der ursprüngliche Verteilungszustand irn Endprodukt erhalten bleibt. Indessen sind
diese zugesetzten, auf große Feinheit strahlgemahlenen Asbestfasern nicht reaktionsfähig
und behalten ihre Identität im Endprodukt unverändert bei, wodurch dieses unansehnlich
ist und seine Oberfläche sich nicht glätten läßt.
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Bei allen diesen bekannten Verfahren, bei denen die Sedimentation
der Suspension verzögert wird, sind die Eigenschaften des Endproduktes ungenügend.
Wenn man z. B. Bentonit in ausreichenden Mengen verwendet, um das Absetzen so weit
zu verzögern, daß ein Produkt von niedriger Dichte entsteht, hat dasselbe eine sehr
geringe Festigkeit sowie eine ungleichmäßige Dichte. Durch die obenerwähnte Verwendung
von Asbest erhält man andererseits zwar ein Produkt von äußerst geringem Gewicht,
gleichmäßiger Dichte und hohem Bruchmodul, aber seine Oberfläche läßt sich nicht
vollständig glätten.
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Gemäß der Erfindung wird ein poröses Produkt hergestellt, das außerordentlich
leicht ist, eine gleichmäßige Dichte und einen hohen Bruchmodul hat und dessen Oberfläche
sich gut glätten läßt. Man erreicht dieses Ziel, indem man die wäßrige Suspension
von Kalk und Siliciumdioxyd durch Zusatz eines Susp en ;dierungsmittels gegen Sedimentation
stabilisiert.
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Dieses Suspendierungsmittel besteht aus kristallinen Silicaten, die
lediglich Ca0, SiO2 und H20, also die gleichen Bestandteile wie die Suspension selbst,
enthalten. Das Suspendierungsmittel wird im Verlaufe des Verfahrens integrierender
Bestandteil des durch Reaktion zwischen Ca O, Si 02 und H,0 gebildeten Körpers und
verliert auf diese Weise seine ursprüngliche Identität. Die Teilchen dieses silicatischen
Suspendierungsmittels haben kolloidale oder doch fast kolloidale Größe, wodurch
eine hohe spezifische Oberfläche gegeben ist, die ihrerseits die Erzielung eines
hohen Verteilungsgrades und die Bildung einer stabilen Suspension der Feststoffe
in Wasser ermöglicht.
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Ein Beispiel für ein derartiges silicatisches Stabilisierungsmittel
ist der synthetische Tobermorit; 4 Ca O - 5 Si 02 * 5 H2 O, der im »1\Iineralogical
Magazine & Journal of the Mineralogical Society«, 1952, Bd. 218, S. 960 ff.,
beschrieben ist. Die Tobermoritkristalle sind von kolloidaler Größe und haben die
Form extrem dünner Schuppen oder Platten, deren spezifische Oberfläche bei etwa
48 bis 55 m2/g liegt.
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Ein weiteres Beispiel ist der synthetische Xonotlit, 5 Ca0 - 5 Si
02 . H20, dessen Kristalle eine lattenähnliche Form und ebenfalls eine hohe spezifische
Oberfläche von etwa 45 bis 54 M2/g haben.
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Als praktisches Beispiel wird nachfolgend zunächst die Verwendung
von Xonotlit als Suspendierungsmittel erläutert.
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Die Stabilisierung der Suspension der feinzerteilten Teilchen von
Kalk und Siliciumdioxyd gemäß der Erfindung ist nur notwendig, wenn man Produkte
von sehr geringer Dichte herstellen will, etwa bis hinauf zu 0,641 g/cm3, bzw. wenn
das Volumenverhältnis von Flüssigkeit zu Festanteilen größer als 1 : 1 ist.
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Um ein bestimmtes Produkt aus Kalk und Siliciumdioxyd herzustellen,
z. B. Xnnotlit, 5 Ca O - 5 Si 02 5 Hz 0, muß in der Anschlämmung ein bestimmtes
Molverhältnis von Ca 0 zu Si 02 vorliegen, in diesem Falle 1 : 1.
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Die als Suspendierungsmittel verwendeten lattenähnlichen Kristalle
des synthetischen Xonotlits enthalten bereits CaO und S'02 im Molverhältnis 1,0,
so
daß die entweder in freier oder in gebundener Form zugesetzten Komponenten Ca 0
und S'02 in solchen Mengen zugesetzt «.-erden müssen, daß die Anschlämmung das im
Endprodukt gewünschte Molverhältnis Kalk zu Siliciumdioxyd von etwa 1 : 1 hat.
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Das gleiche gilt auch für die Herstellung von Tobermorit (4 Ca O -
5 S'02 - 5 H2 O), jedoch mit der Maßgabe, daß das Molverhältnis im Endprodukt 0,8:1
beträgt und somit eine andere Einstellung der zugesetzten Kalk- und Siliciumdioxydmengen
erforderlich ist.
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Dem Gemisch von Kalk, Siliciumdioxyd und Wasser setzt man eine solche
Menge von synthetischem Xonotlit zu, daß die in Reaktion zu bringenden Feststoffe
oder körnigen Bestandteile in Form einer feinen Dispersion oder Suspension im Wasser
gehalten werden, und zwar so lange nach beendetem Mischvorgang, bis genügende Mengen
reagiert haben, damit die reagierenden festen Bestandteile ihren ursprünglichen
Verteilungszustand von selbst beibehalten.
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Die Xonotlitkristalle müssen in einem ausreichend großen Flüssigkeitsvolumen
enthalten sein, um die Ausbildung einer gleichmäßigen Verteilung in dem gesamten
Flüssigkeitsvolumen zu ermöglichen, mit dem sie vermischt werden. Auf Grund ihrer
nadelförmigen Struktur verteilen sie sich ungeordnet in der Flüssigkeit und bewirken
eine ebenso ungeordnete Verteilung der Kalk- und Siliciumdioxydteilchen. Diese zugesetzten
synthetischen kristallinen Verbindungen bilden wegen ihrer schuppen- oder lattenähnlichen
Form, ihren kolloidalen oder doch fast kolloidalen Dimensionen und ihrer großen
spezifischen Oberfläche ein verflochtenes und ineinandergehaktes gitterartiges Netzwerk,
das in der Lage ist, die feinzerteilten Kalk-Siliciumdioxyd-Feststoffe im flüssigen
Medium zu tragen. In diesem offenen, dreidimensionalen Netzwerk bleiben die reagierenden
Bestandteile, d. h. CaO und S'02 in freier oder sonstiger Form, in dispergiertem
Zustand, ohne das Netzwerk der Calciumhydrosilicatkristalle und damit die Suspension
zu zerstören.
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So wird für die Herstellung eines bestimmten Produktes, wie synthetischen
Xonotlits in poröser Form, eine wäßrige Anschlämmung hergestellt, die aus noch nicht
reagiertem Ca O und Si 02, ferner aus Kristallen von bereits reagiertem synthetischem
wasserhaltigem Calciumsilicat von einem CaO zu Si OZ Molverhältnis von 1 : 1 sowie
heißem Wasser (66 bis 79°) besteht. Diese Bestandteile werden miteinander vermischt,
wobei der zugesetzte Kalk und das zugesetzte Siliciumdioxyd in und auf dein Netzwerk
der Calciumhy drosilicatkristalle verteilt sind und das Verhältnis von Wasser zu
Gesamtfeststoffen größer als 1 : 1 und das Molverhältnis des insgesamt vorhandenen
CaO zu Si 02 (sowohl der noch nicht reagierten Komponenten als auch der Kristalle)
1,0 beträgt.
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Nach vollständigem Durchmischen des angegebenen Ansatzes wird der
Schlamm in geeigneter Weise geformt, z. B. in Formen gegossen, und anschließend
genügend lange erhöhten Temperaturen und/oder Drücken unterworfen, damit die Hydroslicatbildung
eintritt, worauf getrocknet wird.
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In diesem besonderen Beispiel, bei welchem das Molverhältnis von insgesamt
vorhandenem Kalk zu insgesamt vorhandenem Siliciumdioxyd etwa 1,0 beträgt, wird
der geformte Schlamm in einem Autoklav einer Härtungstemperatur von über 175° und
einem Härtungsdruck von über 9 ata unterworfen. Die Reaktionszeit liegt je nach
dem verwendeten Druck von etwa 15 Stunden an abwärts. Nachfolgend werden drei weitere
Beispiele für die Zusammensetzung des Ansatzes und die Reaktion-Bedingungen angegeben,
die bei der Herstellung bestimmter Endprodukte einzuhalten sind: 1. Herstellung
von Xonotlit (kristalline Verbindung) Molverhältnis : 1 : 1 Temperatur: etwa 200°
Druck: 15,8 ata Zeit: 8 Stunden 2. Herstellung von Tobermorit (kristalline Verbindung)
Molverhältnis : 0,8/0,825 : 1 Temperatur: etwa 175° Druck: 9,1 ata Zeit: 8 Stunden
3. Herstellung von fasrigen Kristallstrukturen Molverhältnis : 0,65/0,780 : 1 Temperatur:
180° Druck: 10,6 ata Zeit: 12 Stunden Für die Verwendung von Tobermorit als Süspendierungsmittel
werden folgende zahlenmäßige Beispiele genannt: 1. CaO : S'02=0,65 : 1 Dichte =
0,336 g/cm3, Wasser-Feststoff-Verhältnis ......................... 3:1 Tobermorit
(als Suspendierungsmittel), kg ................................. 15'8,76 Kalle (ungelöscht),
kg................. 483,53 Siliciumdioxyd, kg ................... 798;32 Wasser,
kg ... .. ...................... 4309,10 2. Ca O : S'02 = 0,8 : 1 Dichte= 0,176
g/cm3, Wasser-Feststoff-Verhältnis ......................... 6.1
Tobermorit
(als Suspendierungsmittel), kg ................................. 129,27 Kalk (ungelöscht),
kg................. 161,03 Siliciumdioxyd, kg ................... 44,45 Diatomeenerde,
kg ................... 171,46 Wasser, kg ................... . ....... 3039;10
Für die Verwendung von Xonotlit als Suspendierungsmittel wird folgendes zahlenmäßige
Beispiel genannt: 3. CaO : S'02=1 : 1 Dichte = 0,112 g/cm3, Wasser-Feststoff-Verhältnis
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8:1 Suspendierungsmittel (Xonotlit),
kg . . 725,75 Kalk (ungelöscht), kg................ 1056,91
Siliciumdioxyd,
kg ........... . ..... 1134,0 Wasser, kg .........................
23315,0
Andere Ansätze, bei denen das Verhältnis von CaO zu S'02 zwischen
mindestens 0,65 : 1 und etwa 1 : 1 liegt, führen bei verschiedenem Wasser-Feststoff-Verhältnis
zu Produkten, deren Dichte von dem niedrigstmöglichen Wert bis zu etwa dem Wert
reicht, bei welchem das Wasser-Feststoff-Verhältnis die Verwendung einer Suspension
der reagierenden Feststoffe nicht mehr nötig macht. Die notwendige Menge der jeweils
als Suspendierungsmittel verwendeten vorgebildeten Kristalle ändert sich mit der
gewünschten Dichte des Endproduktes. In dem gesamten möglichen Bereich der Produkte
liegt sie in den
Grenzen von etwa 5 bis 30'% vom Gesamtgewicht der
in der Aufschlämmung enthaltenen Festanteile, d. h. von Kalk, Siliciumdioxyd und
Suspendierungsmittel zusammen. Derartige Produkte stellen entweder reine kristalline
Verbindungen oder Kombinationen einer oder mehrerer Verbindungen mit fasrigen Kristallstrukturen
dar.