DE102004006563A1

DE102004006563A1 - Organisch-anorganische Hybridschäume

Info

Publication number: DE102004006563A1
Application number: DE200410006563
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Barg; Heinrich Prof. Dr. Marsmann; Burkhard Dr. Voss; Sandro Dr. Kohn; Meinolf Dr. Seifert; Christoph Dr. Freist
Original assignee: AKsys GmbH
Current assignee: AKsys GmbH
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2005-09-01

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines anorganisch-organischen Hybridschaumes mit folgenden Schritten: DOLLAR A a) Vermischen DOLLAR A È mindestens einer anorganischen, steinbildenden Reaktivkomponente, DOLLAR A È mindestens eines wasserhaltigen Härters, der eine Härtungsreaktion der mindestens einen anorganischen, steinbildenden Reaktivkomponenten im alkalischen Bereich bewirkt DOLLAR A È mindestens eines Schäummittels DOLLAR A È mindestens einer organischen Siliciumverbindung DOLLAR A È mindestens eines Tensids DOLLAR A b) wenigstens teilweises Aushärten der Mischung.

Description

Die Erfindung betrifft anorganisch-organische Hybridschäume und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Es ist bekannt, anorganische Formkörper durch Aufschäumen und Aushärten einer Mischung herzustellen. Hierbei wird eine anorganische steinbildende Reaktivkomponente, ein wasserhaltiger Härter sowie ein Schäummittel vermischt.

Solche anorganische Schaumstoffe sind beispielsweise aus der WO 93/21126 und der WO 02/26457 bekannt. Das Herstellungsverfahren der anorganischen Masse ist auch als Geopolymerisation bekannt. Die Werkstoffe sind spröde und neigen zur Wasseraufnahme. Sie werden z.B. als Wärmedämmmaterial eingesetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen hydrophobierten Schaum bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen anorganisch-organischen Hybridschaum.

Der anorganisch-organische Hybridschaum wird hergestellt durch ein Verfahren mit folgenden Schritten

a) Vermischen • mindestens einer anorganischen, steinbildenden Reaktivkomponente, • mindestens eines wasserhaltigen Härters, der eine Härtungsreaktion der mindestens einen anorganischen, steinbildenden Reaktivkomponenten im alkalischen Bereich bewirkt • mindestens eines Schäummittels • mindestens einer organischen Siliciumverbindung • mindestens eines Tensids
b) wenigstens teilweises Aushärten der Mischung.

Die hierdurch erhaltenen anorganisch-organischen Hybridschäume zeigen nicht nur eine verringerte Wasseraufnahme, sondern überraschenderweise auch noch eine Erhöhung der Abriebfestigkeit und eine verbesserte Schallabsorption.

Erfindungsgemäß können als anorganische steinbildende Reaktivkomponenten die Stoffe eingesetzt werden, die aus dem Stand der Technik für anorganische Schäume bekannt sind. Hier sind insbesondere zu nennen feinteiliges, wenigstens teilweise amorphes Alumosilikat mit Gehalten von amorphem Siliziumdioxid und Aluminiumoxid, glasartige, amorphe Elektrofilterasche, gemahlenes kalziniertes Bauxit, Elektrofilterasche aus Braunkohlekraftwerken, ungelöstes, amorphes SiO₂, insbesondere aus einer amorphen, dispers-pulverförmigen, entwässerten oder wasserhaltigen Kieselsäure oder aus Hochtemperaturprozessen (Silica Fume), Metakaolin, bei einer Temperatur zwischen 450°C und 950°C thermisch behandelter Ton.

Organische Siliciumverbindungen im Sinne dieser Anmeldung sind Verbindungen der allgemeinen Formel R_nSiX_n-4, worin
n = 0–4,
alle R unabhängig voneinander aliphatische, olefinische, aromatische oder heterocyclische Reste,
X = OR oder OSiR_mX_m-3 mit m = 0 bis 3, alle R, X wie oben
sind.

Bevorzugte Siliciumverbindungen weisen ein n von 1 bis 3 auf.

Monomere Verbindungen dieser Art (Silane) und polymere Verbindungen (Siloxane) sind kommerziell erhältlich.

Bevorzugterweise sind die Siliciumverbindungen neutral.

Als Härter wird üblicherweise eine Alkalisilikatlösung (Wasserglaslösung) eingesetzt, die 1,2 bis 2,5 mol SiO₂ je mol Alkalioxid enthält.

Als Schäummittel werden wie im Stand der Technik beispielsweise Peroxide, vorzugsweise H₂O₂ oder Aluminium, insbesondere in Pulverform eingesetzt.

Gegebenenfalls werden noch Katalysatoren zugesetzt, um die Zersetzung des H₂O₂ zu beschleunigen. Als Katalysatoren können insbesondere für die Zersetzung von H₂O₂ katalytisch wirkende Übergangsmetalle, wie Ag-, Au-, Cr-, Mn-, Fe-Ionen sowie Nichtmetall-Ionen, wie I^– und OH^– wirken. Die Anwesenheit der Feststoffe wirkt ebenfalls katalytisch, so dass gegebenenfalls auf die Zugabe weiterer Katalysatoren verzichtet werden kann.

Erfindungsgemäß kann durch Zusatz einer organischen Siliciumverbindung im Kombination mit einem Tensid ein anorganisch-organischer Hybridschaum erhalten werden, bei dem organische Siliciumgruppen in das anorganische AlSiO-Netzwerk eingebunden sind. Die eingesetzten organischen Siliciumverbindungen sind typischerweise Schaumhemmer oder Schaumbrecher, so dass zu erwarten war, dass sie die Wirkung des zugesetzten Tensides aufheben würden. Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich trotz der Anwesenheit der organischen Siliciumverbindungen ein stabiler Schaum entwickeln kann, und der so erhaltene Hybridschaum nicht nur eine verringerte Wasseraufnahme, sondern zusätzlich noch eine erhöhte Abriebfestigkeit und bessere Schallabsorption zeigt.

Erfindungsgemäß lassen sich als organische Siliciumverbindungen sowohl Monomere als auch Polymere einsetzen, wobei die organischen Siliciumverbindungen durch Teilhydrolyse mit den anorganischen Komponenten reagieren. Geeignete organische Siliciumverbindungen sind Alkyl- bzw. Dialkylalkoxysilane insbesondere Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Dimethyldiethoxysilan, Phenyltriethoxysilan. Gute Erfolge wurden auch erreicht mit vorkondisierten Silanen. Hierbei werden die Silane zunächst mit 40 bis 60 mol.-% Wasser unter sauren Bedingungen umgesetzt und die Produkte dürfen eine zeitlang, ca. 1 bis 10 min. reagieren.

Das Tensid ist bevorzugt ein nicht-kationisches Tensid. Geeignete Tenside sind beispielsweise Alkylsulfate mit C₆ bis C₁₈ Alkyketten wie Laurylsulfat oder ethoxylierte C6-C18-Alkylsulfate.

Diese können z.B. kombiniert werden mit Tensiden mit Betainstruktur, insbesondere alkalilöslichen Betaintensiden wie Kokosfettsäureamidopropylbetain. Weiterhin können auch andere nicht-ionische Tenside mit Alkylketten von 6 bis 18 C-Atomen, beispielsweise Aminoxide zugesetzt werden.

Alternativ kann das Tensid auch ein Harz sein z.B. ein Balsamharz oder ein Tallharz, die aus Baumharzen gewonnen werden, insbesondere in Form von Ca-Salzen.

In einer weiteren Ausführungsform kann es sich beim dem Tensid um ein polymeres Tensid handeln.

In noch einer weiteren Ausführungsform kann die organische Siliciumverbindung gleichzeitig ein Tensid sein. Typische Verbindungen hierfür sind beispielsweise Silicontenside.

Wie auch bei üblichen anorganischen Schäumen können weitere anorganische Zusatz- und Füllstoffe zugegeben werden, wobei typische Füllstoffe Talkum, Glimmer, Mikrosilika, Wollastonit, Al₂O₃, Scharmotte, Glasfasern, Blähton, Perlit, Quarzmehl, Basaltmehl, Foamglas oder dergleichen sind. Weiterhin können hydraulisch abbindende Stoffe, wie z.B. Zemente, hinzugegeben werden.

Es können auch weitere organische Hilfsstoffe zugesetzt werden, wie z. B. Xanthan Gum, alkalilösliche organische Zellstabilisatoren, Verflüssiger und Verdickungsmittel.

Der Gehalt an organischer Siliciumverbindung bezogen auf die Summe der anorganischen steinbildenden Reaktivkomponenten und der Zusatz- und Füllstoffe, soweit diese vorhanden sind, beträgt vorzugsweise 0,5 bis 20 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 3 bis 6 Gew.-%.

Zusätzlich können in den Schäumen auch Fasern eingesetzt werden. Glasfasern wirken vorbeugend gegen eine Rissbildung während des Trocknungsprozesses. Die Ergebnisse zeigen bisher, dass, wenn ein Riss vorhanden ist, Glasfasern nicht vor einer weiteren Rissausbreitung schützen.

Bevorzugt werden daher Kunststofffasern eingesetzt, da diese auch einen Schaum nach einem Riss weiter stützen. Geeignete Fasern ist zum Beispiel das Produkt Stealth 6mm der Firma SI Concrete Systems und sogenannte Biko-Fasern.

Auch Kohlefasern sind grundsätzlich verwendbar.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein anorganisch-organischer Hybridschaum, der durch das Verfahren erhältlich ist.

Ein erfindungsgemäßer anorganisch-organischer Hybridschaum enthält Aluminium, Silizium und eine organische Siliciumverbindung, wobei das molare Verhältnis zwischen dem Aluminium und dem anorganischen Silizium im Bereich von 1:4 bis 3:2 liegt und das molare Verhältnis von Aluminium zu organischem Silicium im molaren Verhältnis von 99:1 bis 19:1 liegt.

Bevorzugt ist der Schaum offenporig.

Das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Hybridschaum werden durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

1: Schallabsorptionsspektrum einiger Silankeramiken. Probendicke 40 mm

2a: Vergleich der Schallabsorptionsspektren der Muster C43 und C43II

2b: Vergleich der Schallabsorptionsspektren mehrerer Proben E9-4

3: Schallabsorptionsspektrum von Muster PB7 mit unterschiedlicher Stärke

4: Schallabsorptionsspektrum der Muster BK5 DPDES und B5V MTES

5: Schallabsorptionsspektrum der Muster F3, F5 und F6

6: Kraft/Dichte Diagramm einiger Organosilanschäume

7: Kraft/MTES-Gehalt-Diagramm verschiedener MTES-Keramiken. Alle Proben hatten vergleichbare Dichten (ca. 350 g/L). Standard be zieht sich auf die unmodifizierte Keramik (Dichte 320 g/L)

8: Kraft/PTES-Gehalt-Diagramm verschiedener Keramiken C32 (308 g/L), C33 (321 g/L) und C34 (178 g/L). Die Bezeichnung Standard bezieht sich auf die nicht modifizierte Keramik (Dichte 320 g/L)

9: Wasseraufnahme in Abhängigkeit des Gehaltes an K5 MTES

10: Wasseraufnahme in Abhängigkeit des Gehaltes an K5 UTES

11: Wasseraufnahme in Abhängigkeit des Gehaltes an Dynasilan 6598 (gemäß Muster 9E)

12: Schallabsorptionsspektrum der Muster 9E und 9EX

13A–G: Fotos von Schäumen

14: Schallabsorptionsspektrum weiterer Schäume

15: Schallabsorptionsspektrum weiterer Schäume

16: Schallabsorptionsspektrum weiterer Schäume

Darstellung der anorganisch-organischen Hybridschäume
Alle für die Herstellung notwendigen Edukte gemäß Tabelle 1 werden bis auf die Wasserstoffperoxydlösung mit einem Papierbecher eingewogen und mit 0,2 Gew.-% MnCO₃ (bezogen auf die Feststoffmischung) versetzt. Die Mischung wird erst langsam und dann schnell mit einem handelsüblichen Handrührer für 30 sec. durchmischt, um eine homogene Mischung zu erreichen. Anschließend wird die Wasserstoffperoxidlösung bei ausgeschaltetem Rührer zu der Mischung gegeben. Die Mischung wird dann durch langsames Rühren homogenisiert und nochmals 30 sec. schnell gerührt. Die Schaumbildung der fertigen Suspension kann entweder in einem Becher, in einer beheizten geschlossenen Form oder auf einem Silikonpapier durchgeführt werden. Üblicherweise wurde die Schäumung bei Raumtemperatur durchgeführt (25°C).
Nach dem die Schaumbildung abgeschlossen ist und die Schäume festgeworden sind, werden die Produkte im Trockenschrank für mindestens zwei Tage bei 80°C ausgehärtet und getrocknet. Bei Raumtemperatur werden die Schäume nach etwa vier Stunden fest, in der beheizten Form dauert der Vorgang (bei 80°C) ca. 15 Minuten, er kann sich bei höheren Temperaturen in Abhängigkeit vom Wassergehalt auf 5 min verkürzen. Zusammensetzung der Feststoffmischung:
Zusammensetzung des Härters:

Einzelkomponente Massen-%

Siliciumdioxid 26,0

Kaliumoxid 13,5

Natriumoxid 9,5

Wasser 51,0

Als Feststoff wurde Mischung I eingesetzt

C1	mit 0,4 g Calciumstearat
C1; C41; Z10:	Vergleichsbeispiele
KmSiO:	Kaliummethylsiliconat
NaLaSO₄	Natriumlaurylsulfat
Amoxy:	Lauraminoxid
Betain F	Kokosfettsäureaminopropylbetain
(*) Mischung:	Wasser, Natriumlaurethsulfat, Kokosfettsäureaminopropylbetain, Kokosfettsäureglycoside, Glycerin
C43:	Aushärtung bei 70°C
C43II	Aushärtung bei 25°C

Verwendete Alkoxysilane:

• Allyltriethoxysilan (ATES)
• Methyltrimethoxysilan (MTMS)
• Methyltriethoxysilan (MTES)
• Dimethyldiethoxysilan (DMDES)
• Phenyltriethoxysilan (PTES)
• Diphenyldiethoxysilan (DPDES)
• Vinyltriethoxysilan (VTES)
• Octamethylcyclotetrasiloxan (OMCTS)
• 1H,1H,2H,2H-Perfluoroctyltriethoxysilan (PFTES)
• Dynasilan 6598, Vinylalkoxysilan von der Firma ABCR, Karlsruhe (DS6598)

Bezeichnung	Schaumtyp
A	geschlossenporig, kleine Poren
B	geschlossenporig, mittlere Poren

C	geschlossenporig, große Poren
D	offenporig, kleine Poren
E	offenporig, große Poren
F	starke Ostwald-Reifung
G	(bröselig) instabile Struktur

Zusammensetzung mit Dynasilan 6598 wurde weiter untersucht: Tabelle 1a
Vorkondensierte Silane
Hierzu wurden Silane einige Zeit durch Kochen unter Rückfluss für 10 min vorkondensiert. Die verwendeten vorkondensierten Silane sind in Tabelle 2 aufgeführt Tabelle 2
Damit wurden folgende Experimente durchgeführt:
Akustisches Verhalten
Schallabsorptionsmessungen im Kundt'schen Rohr
Wird ein reflektierender Gegenstand von Schallwellen getroffen, kann aus der Stärke der reflektierten Schallwelle der Schallabsorptionsgrad ermittelt werden. Letzterer ist das Verhältnis der nicht reflektierten Energie zur einfallenden Energie.
Das akustische Verhalten der verschiedenen Muster wurde durch Schallabsorptionsmessungen im Kundt'schen Rohr bestimmt. Die austretenden Schallwellen aus dem Lautsprecher am Ende des Rohrs werden von der Keramik teilweise absorbiert. Der Rest der Wellen bildet stehende Wellen im Rohr aus. Deren Schalldruckverhältnis zwischen Minimum und Maximum ist ein Maß für den Schallabsorptionsgrad. Man misst den Schalldruck mit einem Sondenrohr, an dessen Ende sich ein Mikrophon befindet, um Störungen des Schallfeldes weitgehend zu vermeiden. Der Frequenzgang des Mikrophons ist unerheblich, da immer nur eine Frequenz vermessen wird [Handbuch Kundt'sches Rohr, Brüel und Kjaer].
Silankeramiken
Die 1 zeigt das Schallabsorptionsspektrum einiger mit Organoalkoxysilanen modifizierten Keramiken im Vergleich zu einem nicht modifiziertem Muster (C1). Die Schallabsorption konnte deutlich verbessert werden und erreicht teilweise fast 100%. Der ungleichmäßige Verlauf der Kurven ist auf die Porengrößenverteilung zurückzuführen. Je größer die Poren sind, um so kleiner ist das Absorptionsmaximum der Poren. Die Probe C1 wurde mit Hilfe von Calciumstearat geschäumt. Die Porengrößenverteilung ist sehr schmal.
Unter den modifizierten Mustern heben sich die Muster C32 und C42 von C28 ab. Ihre Porengrößenverteilung ist gut für die Schallabsorption im Bereich von 1000 bis 2000 Hz geeignet, während C28 tendenziell mehr große Poren aufweist. Die Muster C 32 und C42 sind offenporige Systeme, während Muster C28 nur eine geringe Offenporigkeit aufweist. Daher fällt die Schallabsorption von C28 über 1000 Hz stark ab.
2 zeigt einen Vergleich der beiden Silankeramiken C43 und C43II. Dies macht den Einfluss der Porengrößenverteilung deutlich. Beiden Mustern liegt die gleiche Rezeptur zu Grunde, mit einem Anteil von 3,3% Phenyltriethoxysilan. Nach der Schaumbildung wurde das Muster C43II bei Raumtemperatur (RT) über Nacht stehen gelassen. Die vollständige Aushärtung dauert dabei ca. 4h. Das Muster C43 wurde im Anschluss an die Schaumbildung bei 70°C im Trockenschrank ausgehärtet. Bei dieser Temperatur dauert der Vorgang ca. 30 Minuten.
Die Temperaturerhöhung wirkt sich auch auf andere Weise auf die Probe aus. Das Gasvolumen innerhalb der Blasen nimmt durch die thermische Ausdehnung zu. Die Volumenzunahme der Poren ist bei dem Muster C43II anhand des Schallabsorptionsspektrums deutlicher ausgeprägt. Zusätzlich lässt sich durch den Einbruch der Schallabsorption bei 2500 Hz erkennen, dass die größeren Poren auf Kosten der kleineren gewachsen sind.
12 zeigt das Schallabsorptionsverhalten der Proben 9E, 9EX.
PB-Reihe
Sehr gute Schallabsorptionsergebnisse wurden mit Hilfe einer Tensidmischung wie in Tabelle 1 beschrieben, erzielt. Als Silankomponente kam Phenyltriethoxysilan zum Einsatz. Keramiken mit PTES zeigen häufig eine offenporige Struktur, die ausschlaggebend für eine gute Schallabsorption sind.
3 zeigt das Spektrum der Schallabsorption des Musters PB7 bei verschiedenen Stärken der Probe. Auffällig ist die Verlagerung der Kurven zu kleineren Frequenzen mit steigender Dicke der Proben. Dieses Phänomen ist bei vielen Schallabsorptionsmessungen aufgetreten. Es tritt allgemein bei Schäumen auf, während Mineralwollen keine Verschiebung des Absorptionsmaximums bei unterschiedlichen Materialstärken zeigen. Der Effekt beruht auf dem Relaxationsverhalten der Zellen in den Schäumen. Die Schallabsorption ist immer abhängig von der Materialdichte.
Vorkondensierte Silane
Der Einfluss der Schaumstruktur, und die damit verbundene Offenporigkeit wird in 4 deutlich. Die Abbildung verdeutlicht den Unterschied von DPDES und MTES Keramiken. MTES bildet ein geschlossenporiges System, DPDES dagegen offenporige Schäume.
Aus dem Verlauf der Kurven im Spektrum wird ebenfalls deutlich, dass MTES größere Poren bildet und damit das Absorptionsmaximum bei kleineren Frequenzen hat. Mit angegeben sind die Strömungswiderstände. Die offenporige Keramik zeigt einen sehr geringen Strömungswiderstand von 120 Ns/m³, ein charakteristischer Wert für OP-Schäume. Der Strömungswiderstand der MTES Keramik beträgt 2400 Ns/m³ und liegt damit um ein vielfaches höher.
Ein ähnliches Bild bietet der Vergleich der Schallabsorptionsspektren in 5. Alle drei Keramiken wurden mit der gleichen Grundmischung hergestellt. Das Muster F3 enthält zusätzlich 7% K5 MTES, Muster F5 7% K5 PTES und Muster F6 7% OMCTS.
Es zeigt sich, dass Phenyltriethoxysilane zu besseren akustischen Ergebnissen führen als Methyltriethoxysilane. PTES führt zur Bildung von offenporigen Schäumen.
Dreipunktbiegung
Die mechanischen Eigenschaften wurden mittels der Dreipunktbiegung ermittelt. Durch die Dreipunktbiegung wurde die Biegefestigkeit der Keramiken gemessen. Gemessen wurde mit dem Modell 1425 der Firma Zwick, Ulm. Um vergleichbare Bedingungen zu gewährleisten, wurden die Probekörper aus der Schallabsorptionsmessung benutzt. Die wiedergegebenen Werte beziehen sich auf eine Probenstärke von 40 mm. Konnten keine Proben dieser Stärke vermessen werden, wurden die Werte zum besseren Vergleich auf 40 mm Stärken interpoliert. Solche Proben werden mit (*) gekennzeichnet.
Die Raumdichte der Probenkörper hat einen starken Einfluss auf die notwendige Kraft des Stempels. In 6 ist ein Kraft/Dichte Diagramm ausgewiesen.
Die untersuchten Probenkörper wurden alle mit Organoalkoxysilanen modifiziert. In dem Diagramm wurde der Einfluss der unterschiedlichen Silane nicht berücksichtigt. Es gibt den Zusammenhang zwischen der Dichte und der notwendigen Kraft zum Brechen der Körper wieder.
Organoalkoxysilankeramiken
Die Biegefestigkeit konnte durch den Einsatz von MTES erhöht werden. In 7 ist die zum Bruch der Keramik benötigte Kraft des Stempels gegen den Gehalt an MTES aufgetragen.
Der Einfluss von MTES ist hoch. PTES wirkt sich hingegen negativ in Bezug auf die Biegefestigkeit aus. Mit steigendem Gehalt nimmt die Biegefestigkeit ab. Die Ursache dafür ist, dass PTES zur Bildung von offenporigen Schäumen neigt, wie schon in oben durch die Schallabsorptionsmessungen gezeigt wurde.
Die Dichte der Proben sind zwar unterschiedlich, es wird dennoch ein Trend aufgezeigt.
Keramiken mit vorkondensierten Silanen
Für die Gruppe der mit vorkondensierten Silanen hergestellten Keramiken gilt tendenziell der gleiche Zusammenhang wie oben. In der Tabelle 5 werden die Messdaten zweier unterschiedlicher K5 MTES Keramiken mit einer K5 DPDES Keramik verglichen.
Tabelle 5: Vergleich von K5 DPDES und K5 MTES Keramiken;
Die zum Bruch der K5 MTES-Proben notwendige Kraft steigt mit dem Gehalt an K5 MTES an. Proben mit höheren Gehalten neigen zum Kollabieren. Die offenporige Struktur der reinen K5 DPDES Keramiken zeigt sich in der geringen Festigkeit der Probe wieder.
Wasseraufnahme
Die Messung der Wasseraufnahme (WA) gibt Aufschluss über die Hydrophobizität der Keramiken. Die nicht modifizierten Keramiken können sehr viel Wasser aufnehmen. Bedingt durch die Basizität dieser Keramiken liegen auf der Oberfläche der Keramiken hauptsächlich deprotonierte Silicate vor, an denen sich Wasser anlagern kann. Im Falle der modifizierten Keramiken befinden sich auf der Oberfläche die organischen Reste der kondensierten Silane, die ein . Eindringen von Wasser erschweren.
Die Wasseraufnahme der Keramiken wurde entsprechend der Europäischen Norm EN 1609 für Wärmedämmstoffe durchgeführt. Die Probenkörper wurden dafür auf einheitliche Maße von 30 × 30 × 30 mm zugesägt und 2 Tage bei 80°C getrocknet. Die gewogenen (ml) Probenkörper wurden für 10 Sekunden 10 mm tief in Wasser getaucht, herausgenommen und nach weiteren 5 Sekunden erneut gewogen (m₂). Das überschüssige Wasser, das an der Oberfläche haftet, jedoch von Probenkörper nicht absorbiert worden ist, wird dadurch berücksichtigt. Anschließend legt man den Probenkörper für die jeweilige Messzeit in das Wasser zurück, wobei sich die Unterseite wiederum 10 mm unterhalb des Wasserspiegels befindet. Nach Ablauf der Messzeit nahm man den Probenkörper aus dem Wasser und bestimmte das Gewicht (m₃) erneut nach 5 Sekunden. Die prozentuale Wasseraufnahme berechnet sich nach:
Die Wasseraufnahme wurde in Abhängigkeit des Gehaltes an K5 MTES und K5 VTES bestimmt (6 und 7). Die so gemessenen Muster weisen teilweise unterschiedliche Dichten auf. Bei den Mustern mit K5 VTES bleibt die Dichte relativ konstant, während sie bei der K5 MTES Reihe mit steigendem Gehalt an K5 MTES abnimmt. Die Dichte hat einen großen Einfluss auf die Wasseraufnahme, da sich auf der größeren Oberfläche von Keramiken mit geringer Dichte prozentual weniger organische Reste befinden. Die gestiegene Hydrophobizität der modifizierten Keramiken wird daher an den K5 VTES-Keramiken besser verdeutlicht.
11 zeigt die Wasseraufnahme in Abhängig vom Gehalt an DS6598. Gute Werte werden bereits mit einem Gehalt von 1,3 Gew.-%, bezogen auf die Masse der fertigen Keramik erzielt.
Alternative Tenside
Einige Harze weisen ebenfalls Tensideigenschaften auf. Typische Vertreter sind Tall- und Balsamharze. Balsamharze sind die dickflüssigen Säfte aus den Rinden bestimmter Bäume, Tallharze entstehen durch Aufschluss von harzreichen Holzarten (Fichte, Kiefer) nach dem Sulfatprozess. Im allgemeinen sind die entsprechenden Harze alkalisch stabil. Eingesetzt wurde exemplarisch das Produkt Sacopor von der Firma bcd, Österreich.
Durch Zusatz von Porenöffner wie beispielsweise Calciumstearat konnten offenporige Schäume erreicht werden. Tabelle 6 zeigt die Zusammensetzung einiger Rezepturen.
Tabelle 6
Als Feststoff wurde die Mischung II eingesetzt. 14 zeigt das Schallabsorptionsspektrum für die Proben. Weitere Mischungen sind in Tabelle 7 aufgeführt.
Tabelle 7
Hilfreich ist eine nicht zu hohe Konzentration des H₂O₂. H₂O₂ sollte mindestens 1:1, besser 1:3 mit Wasser verdünnt werden. Die Beispiele OP17.5-NK1.100P und CaOP13 C unterscheiden sich nur durch die vorherige Verdünnung des H₂O₂. Die entsprechenden Schallabsorptionsspektren sind in 13 gezeigt.
Silicontenside
Untersucht wurde der Einsatz von Polyalkylenether modifizierten Heptaalkyltrisiloxan gemäß der unten eingefügten Struktur.
Durch Variation des Kopfteils und der Schwanzgruppe können unterschiedliche Eigenschaften durch das Verhältnis der hydrophilen und hydrophoben Einheiten erreicht werden. Tabelle 8 zeigt einige Experimente mit dem Heptamethyltrisiloxane L-7608 der Firma OSi. 16 zeigt die Schallabsorptionskurven für die entsprechende Verbindung.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines anorganisch-organischen Hybridschaumes mit folgenden Schritten: a) Vermischen • mindestens einer anorganischen, steinbildenden Reaktivkomponente, • mindestens eines wasserhaltigen Härters, der eine Härtungsreaktion der mindestens einen anorganischen, steinbildenden Reaktivkomponenten im alkalischen Bereich bewirkt • mindestens eines Schäummittels • mindestens einer organischen Siliciumverbindung • mindestens eines Tensids b) wenigstens teilweises Aushärten der Mischung.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine anorganische, steinbildende Reaktivkomponente Siliziumdioxid und Aluminiumoxid enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine wasserhaltige Härter Alkaliwasserglas ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schäummittel Peroxide, wie H₂O₂ oder Aluminium ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine organische Siliciumverbindung als Monomer oder Polymer vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine organische Siliciumverbindung ein Organoalkoxysilan ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Tensid ein nicht-kationisches Tensid ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtkationische Tensid ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus der Gruppe der Alkylsulfat mit C₆ bis C₁₈ Alkyketten und detoxylierten C₆ bis C₁₈ Alkylsulfaten gegebenenfalls in Kombination mit Tensiden mit Betainstruktur gegebenenfalls kombiniert mit nicht-ionischen Tensiden mit Alkylketten von C6 bis C₁8.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtkationische Tensid Laurylsulfat ist und/oder das Tensid mit Betainstruktur ein alkalilösliches Betaintensid wie Kokosfettsäureamidopropylbetain und/oder das nicht-ionische Tensid mit Alkylketten von C₆ bis C₁₈ ein Aminoxid ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Tensid ein Harz ist, insbesondere ein Tall- oder Balsamharz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Tensid ein polymeres Tensid ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Siliciumverbindung gleichzeitig das Tensid ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Siliciumverbindung ein Silicontensid ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass anorganische Zusatz- und Füllstoffe zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzstoff Fasern, insbesondere Glasfasern oder Kunststofffasern zugegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an organischen Silanen bezogen auf die Summe der anorganischen steinbildenden Reaktivkomponente sowie gegebenenfalls Zusatz- und Füllstoffe 0,5 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 6 Gew.-% enthält.
Anorganisch-organischer Hybridschaum erhältlich durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16.
Anorganisch-organischer Hybridschaum enthaltend Aluminium, Silizium und eine organische Siliciumverbindung, wobei das molare Verhältnis zwischen Al und anorganischem Si im Bereich von 1 zu 4 bis 3 zu 2 liegt und das molare Verhältnis von Al zu organischem Silan im molaren Verhältnis von 99 zu 1 bis 19 zu 1 liegt.
Verwendung des anorganisch-organischen Hybridschaums nach Anspruch 17 oder 18 im Automobilbau.
Zusammenstellung enthaltend • mindestens einer anorganischen, steinbildenden Reaktivkomponente, • mindestens eines wasserhaltigen Härters, der eine Härtungsreaktion der mindestens einen anorganischen, steinbildenden Reaktivkomponenten im alkalischen Bereich bewirkt • mindestens eines Schäummittels • mindestens eine organische Siliciumverbindung • mindestens eines Tensids.