DE102008058641A1

DE102008058641A1 - Selbsttätig aufschäumender und aushärtender Mineralschaum

Info

Publication number: DE102008058641A1
Application number: DE200810058641
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr. Scherzberg; Bernd Dr. Schultheis
Original assignee: UTEC AG SALT TECHNOLOGIES K; K Utec AG Salt Technologies
Current assignee: UTEC AG SALT TECHNOLOGIES K; K Utec AG Salt Technologies
Priority date: 2008-11-22
Filing date: 2008-11-22
Publication date: 2010-05-27

Abstract

Selbsttätig aufschäumender und nach einer mehrstündigen Verarbeitungszeit selbsttätig zu einem festen porösen Körper aushärtender anorganischer Mineralschaum mit katalytisch freigesetzten Sauerstoffgas als Treibgas, welcher aus den Komponenten Magnesiumoxid enthaltendes Bindemittel, Magnesiumchlorid enthaltende Anmachflüssigkeit und Wasserstoffperoxidlösung als flüssiges Treibmittel sowie verschiedenen Additiven in fester und flüssiger Form durch Mischen der Komponenten hergestellt wird. Das Treibgas Sauerstoff entwickelt sich beim Vermischen der festen und flüssigen Komponenten durch den katalytisch ausgelösten Zerfall des Treibmittels Wasserstoffperoxid in der zähflüssigen bis breiartigen Matrix und schäumt diese auf. Der ausgehärtete Mineralschaum kann als Bau-, Montage- und Isolierschaum angewendet werden und ist nicht brennbar, verrottungsfest, mechanisch und gegen Umwelteinflüsse stabil und kann als solcher als Konstruktionsmaterial, Hohlraumfüllung oder Isoliermaterial oder nach Verdrängung des in den Porenhohlräumen befindlichen Gases durch ein reversibel schmelzendes und erstarrendes Wärmespeichermaterial, vorzugsweise eine Hydratschmelze, auch als Wärmespeicher verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen nicht brennbaren, fäulnisresistenten und beständigen selbstaufschäumenden und bei normaler Temperatur und atmosphärischem Druck aushärtenden Mineralschaum auf rein anorganischer Basis, der sich für Bau-, Montage- und Isolierzwecke eignet. Dieses Schaumstoff-system ist selbstaufschäumend und härtet innerhalb von Stunden bis wenigen Tagen bei normaler Temperatur selbstständig aus, ohne das dafür höhere Drücke oder Temperaturen erforderlich sind. Nach dem Aushärten ist ein hochporöser bis schwammartiger Körper entstanden, welcher günstige physikalische Eigenschaften aufweist, insbesondere geringe Dichte bei relativ hoher Festigkeit und guter Isolierwirkung. Das Stoffsystem ist ungiftig, verrottungsfest und weitestgehend resistent gegenüber Angriff von Luft, Feuchte und selbst Wasser oder Salzlösungen. Die ausgehärteten Mineralschäume haben gute mechanische und wärme- bzw. schallisolierende Eigenschaften. Als Bau-, Montage- und Isolierschäume sind bisher nur Stoffsysteme bekannt geworden und in Anwendung, welche auf organischen Polymeren basieren und bei der Anwendung durch chemische Reaktionen ihr Volumen und ihre Konsistenz ändern, wodurch nach dem Aufschäumen und Aushärten ebenfalls Körper mit einem großen Porenvolumen entstehen, welche die gewünschten Eigenschaften besitzen. Allen diesen Stoffsystemen ist gemeinsam, dass diese ein polymerisationsfähiges organisches Stoffsystem als Grundlage haben und als Treibgas in der Regel ein unter Druck stehendes verflüssigtes Gas, welches bei Druckentlastung das Aufschäumen verursacht. Daher werden bisher gebräuchliche Bau-, Montage- und Isolierschäume in der Regel in Druckbehältern in den Handel gebracht, welche Vorrichtungen zum Entnehmen des unter Druck stehenden Inhaltes haben.
Stand der Technik
Es sind auch poröse Stoffe bekannt, welche auf anorganischer Basis aufgebaut sind und als Bauelemente mit guten mechanischen und wärmetechnischen Eigenschaften im Bauwesen verwendet werden. Diese als Wandbaustoffe oder Mauerziegel einsetzbaren Körper sind bereits beim Einsatz ausgehärtet und deshalb nicht zum Ausschäumen von Hohlräumen oder als Bau- und Montageschaum verwendbar. Solche Baustoffe bestehen in der Regel aus einem anorganischen Stoffgemisch, welches unter Einwirkung von höheren Drücken und Temperaturen aushärtet und aus einem Gas, welches vor dem Aushärten durch eine Reaktion gebildet wird. Als Matrix wird in der Regel Kalk-Sandstein und als Treibgas entweder Wasserstoff, welches aus der Reaktion von Leichtmetallpulvern mit der Anmachflüssigkeit oder Kohlendioxid, welches beispielsweise durch thermischen oder chemischen Zerfall von Hydrogencarbonaten oder Carbonaten gebildet wird, verwendet. Anorganische Bauelemente mit hohem Porenanteil in Form von Mauerziegeln oder Wandbaustoffen haben aufgrund ihrer Herstellungsweise und ihres Einsatzes als voll ausgehärtete Formkörper gänzlich andere Anwendungseigenschaften als selbstaufschäumende, selbstaushärtende Schäume, welche bei ihrer Anwendung noch flüssig sind und erst in den verfüllten Hohlräumen sich zu einem porösen Festkörper verfestigen.
Aufgabenstellung
Das Ziel der Erfindung sind nicht brennbare Stoffsysteme mit guten mechanischen und Isoliereigenschaften auf anorganischer Grundlage, welche ähnlich wie die bekannten organischen Bau-, Montage- und Isolierschäume angewendet werden können und nach ihrer Anwendung aushärten und einen hochporösen festen Körper mit großem Porenvolumen bilden.
Die Erfindung muss die technische Aufgabe lösen, in einer Mischung aus einem pulverförmigen mineralischen Bindemittel und der dazu passenden Anmachflüssigkeit, welche ansonsten ohne Treibgas einen hochfesten mineralischen Zement ergeben würde, vor deren Erstarren und Abbinden eine nach Menge und Geschwindigkeit steuerbare Gasbildung hervorzurufen, welche das breiige Gemisch aufbläht, indem sich viele feinste Gasbläschen entwickeln, welche bis zum endgültigen Erstarren erhalten bleiben und so eine mechanisch feste, aber schwammartige Struktur ergeben.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine katalytisch ausgelöste, chemische Gasbildungsreaktion innerhalb der flüssigen bis breiartigen Matrix aus Bindemittel und Anmachflüssigkeit, welche sofort eintritt und in kurzer Zeit spontan abläuft, wenn als flüssiges Treibmittel eine bestimmte Menge an wässriger Wasserstoffperoxidlösung zugesetzt wird, wodurch das zähflüssige bis breiige Gemisch durch die sich entwickelnden Gasbläschen aus molekularem Sauerstoff zu einem Mineralschaum aufgebläht wird.
Als Bindemittel werden erfindungsgemäß pulverförmiges kaustisch gebranntes Magnesiumoxid allein oder im Gemisch mit einem wasserbindenden funktionellen Füllstoff, hauptsächlich Gipshalbhydrat und als Anmachflüssigkeit konzentrierte Magnesiumchloridlösung verwendet. Als flüssiges Treibmittel wird eine wässrige Wasserstoffperoxidlösung handelsüblicher Konzentration zugemischt. Menge und Konzentration der zugefügten Wasserstoffperoxidlösung bestimmen das freigesetzte Gasvolumen und somit das Porenvolumen des Mineralschaums. Es wurde heraus gefunden, dass eine Mischung von pulverförmigen Magnesiumoxid enthaltendem Bindemittel und einer Magnesiumchlorid enthaltenden Anmachflüssigkeit unter Zusatz einer handelsüblichen Wasserstoffperoxidlösung bereits allein durch Mischen der Bestandteile spontan einen stabilen, zunächst zähflüssigen bis breiartigen Mineralschaum ergibt. Dieser erreicht innerhalb weniger Minuten sein maximales Volumen und verbleibt danach innerhalb einiger Stunden in diesem Zustand. Im Verlaufe weniger Stunden bis maximal 1–2 Tagen härtet dieser vollständig zu einem porösen Festkörper selbsttätig aus. Überraschenderweise wird in der Regel bei handelsüblichen MgO-Qualitäten bereits durch die darin enthaltenen Schwermetallverunreinigungen, die katalytisch wirken, das Aufschäumen innerhalb von 5 bis 20 Minuten ohne weiteren Katalysatorzusatz beim Mischvorgang ausgelöst, indem das in der Mischung enthaltene Wasserstoffperoxid katalytisch zu Wasser und gasförmigem Sauerstoff gespalten wird. Das als Bindemittel für einen Magnesiazement verwendete pulverförmige Magnesiumoxid soll aktiv bis hochaktiv sein und kann allein oder auch im Gemisch mit einem funktionellen wasserbindenden Füllstoff, vorzugsweise Gipshalbhydrat (Baugips) eingesetzt werden. Die als Anmachflüssigkeit verwendete MgCl₂-Lösung soll möglichst konzentriert sein und etwa 350–400 g/l MgCl₂ enthalten. Nur falls erforderlich, muss ein Zusatz geringer Katalysatormengen, vorzugsweise in Form geringer Mengen Mangandioxid erfolgen, insbesondere wenn das Aufschäumen der Mischung in sehr kurzer Zeit, etwa 1–2 Minuten abgeschlossen sein soll.
Durch die Menge und Konzentration des flüssigen Treibmittels Wasserstoffperoxidlösung wird das Volumen des Treibgases Sauerstoff und damit die Rohdichte des ausgehärteten porösen Hartschaums eingestellt. Je höher die relative Menge der zugesetzten H₂O₂-Lösung und deren Konzentration sind, desto mehr Sauerstoffgas wird entwickelt, wodurch die Dichte des resultierenden Hartschaums absinkt. Der Zusatz eines funktionellen Füllstoffs, hauptsächlich Gipshalbhydrat oder/und Dolomit-Kalkhydrat beeinflusst das Abbindeverhalten, die Enddichte und Endfestigkeit des ausgehärteten Mineralschaums. Höhere Gipsanteile im MgO-Gipshalbhydratgemisch verkürzen die Zeit bis zum Beginn der Verfestigung und stabilisieren gleichzeitig den Mineralschaum in der Phase bis zur Aushärtung. Sowohl durch die relative Menge und Aktivität des MgO-Pulvers in der Bindemittelmatrix als auch durch Art und Anteil des zugesetzten funktionellen Füllstoffes lassen sich Verarbeitbarkeit, Erhärtungsdauer und Erhärtungsverhalten des Mineralschaums in weiten Grenzen beeinflussen.
Herstellungsweg
Der allgemeine Herstellungsweg der erfindungsgemäßen mineralischen Schaumstoffe besteht aus folgenden Schritten:

– Mischen der erforderlichen Mengen fester Stoffe
– (MgO-haltiges Bindemittel, ggf. weitere pulverförmige wasserbindende Füllstoffe)
– Mischen der pulverförmigen Bindemittelmischung mit der passenden Menge der Anmachflüssigkeit aus konzentrierter Magnesiumchloridlösung
– Zufügen des flüssigen Treibmittels Wasserstoffperoxidlösung und Homogenisieren der Mischung durch kurzes Rühren, wobei der katalytisch ausgelöste Zerfall des Peroxids und das Aufschäumen der Matrix durch die freiwerdenden Sauerstoffbläschen eintritt
– Eingießen oder Einpressen dieser noch nicht verfestigten Mischung in zu verfüllende Hohlräume oder Formen.

Danach erfolgt im Verlauf von minimal 6–8 und maximal 24–36 Stunden ein Aushärten. Dabei bleibt das Volumen des Schaums annähernd konstant. Keinesfalls erfolgt ein Treiben und eine Druckausübung des Schaums auf Hohlraumwände oder Formen, wie dieses bei organischen Schäumen auf Polyurethanbasis üblich ist.
Sowohl das Erhärtungsverhalten, also die Dauer und der Beginn des Erstarrungsprozesses als auch die Festigkeit und die Flexibilität des ausgehärteten Mineralschaums hängen einerseits von dem Verhältnis MgCl₂:H₂O der verwendeten MgCl₂-Lösung als auch von der relativen Menge des MgOs ab, sowie von dessen Reinheit und Glühtemperatur. Da sich bei der Verfestigung ein basisches Magnesiumchlorid bildet, bestimmt dessen Zusammensetzung das optimale Mischungsverhätnis von Magnesiumoxid im Bindemittel und Magnesiumchlorid in der Anmachflüssigkeit. Es wurde heraus gefunden, dass eine möglichst hohe Konzentration von MgCl₂-haltiger Anmachflüssigkeit und ein Mischungsverhältnis von 1 Teil Magnesiumoxid zu etwa 0,5 bis höchstens 1 Teil Magnesiumchlorid in der Anmachflüssigkeit einzuhalten sind, um eine zähflüssige bis breiartige Konsistenz der Mischung zu erhalten. Das durch den Zerfall der Wasserstoffperoxidlösung freiwerdende Wasser braucht in der Regel nicht berücksichtigt zu werden. Bei Verwendung höherer Zusätze und niedrigerer H₂O₂-Konzentrationen des Treibmittels empfiehlt sich der Zusatz wasserbindender Stoffe in Form von Magnesiumchloridhexahydrat anstelle von Magnesiumchloridlösung oder/und Gipshalbhydrat. Als MgO-Komponente können alle handelsüblichen weichgebrannten Magnesiumoxidpulver (sog. Kauster) und als MgCl₂-Komponente können hochkonzentrierte MgCl₂-Solen von 28–32% MgCl₂-Gehalt bzw. MgCl₂-Hexahydrat (Bischofit) zum Einsatz kommen.
Die Herstellung der Matrix aus MgO-haltigem Bindemittel, eventuellen Füllstoffen und funktionell wirkenden Additiven und der MgCl₂-haltigen Anmachflüssigkeit zu einer zähflüsssigen bis breiartigen Mischung erfolgt durch bloßes Verrühren in einem wenige Minuten dauernden Mischvorgang bis zur völligen Homogenisierung. Danach wird die vorausberechnete Menge des flüssigen Treibmittels Wasserstoffperoxidlösung zugesetzt und durch weiteres Rühren der Matrix beigemischt. Danach erfolgen spontan die Bildung des Treibgases und das Aufschäumen, welches wenige Minuten bis maximal eine halbe Stunde dauert. Die Menge und die H₂O₂-Konzentration der verwendeten Wasserstoffperoxidlösung beeinflussen in hohem Maße auch die Menge des verdünnend wirkenden Wassers. Günstig ist eine Anwendung in einer solchen Dosierung, dass Schaumdichten von 0,15 bis 0,65 g/cm³ resultieren. Für die katalytische Zerfallreaktion sind nur geringe Katalysatormengen notwendig, die in der Regel bereits in den verwendeten Stoffen enthalten sind. Reichen die bereits im Bindemittel enthaltenen wirksamen Verunreinigungen nicht aus, wenn beispielsweise sehr reines, dafür aber hochaktives synthetisches MgO verwendet wird, so setzt man die erforderliche Menge dem MgO-Pulver zu, am besten als Braunstein (MnO₂) oder in Form einer anderen katalytisch wirksamen Schwermetallverbindung.
Je nach Rezeptur und Aktivität des Magnesiumoxides setzt die Erstarrung nach frühestens 2–3 Stunden ein, in der Regel beträgt sie 12–24 Stunden. Die Erstarrungszeit und der Erstarrungsbeginn lassen sich aber durch funktionelle Füllstoffe beeinflussen.
Eine weitere Aufgabe, die die Erfindung lösen muss, ist die Gewährleistung der Stabilität des Schaums in der Zeitspanne vom Entstehen bis zum völligen Aushärten des Mineralschaums. Es muss gewährleistet werden, dass der gebildete Schaum nicht vorzeitig zusammenfällt und die Gasbläschen bis zur Erstarrung des Mineralschaums erhalten bleiben. Diese weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem einerseits die anorganische Stoffmischung aus Bindemittel und zugesetzten Flüssigkeiten möglichst zähflüssig bis breiartig in ihrer Konsistenz eingestellt wird und zusätzlich ein Additiv zugesetzt wird, welches zur Schaumstabilisierung bis zum Abschluss des Aushärtens wirksam ist. Es wurde gefunden, dass Additive in Form von Tensiden im einfachsten Falle, die auch als Spülmittelkonzentrat verwendeten Mischungen aus anionischen, amphoteren und nichtionischen Tensiden diese Aufgabe erfüllen. Auch viskositätserhöhende Additive, wie Polyacrylate sind wirksam und geeignet.
Auch feste Additive können zusätzlich in den noch nicht erhärteten Mineralschaum eingebracht werden und stabilisieren diesen bis zum Aushärten. Solche festen Additive können einerseits Pulver sein, etwa der bereits erwähnte Zusatz von Gipshalbhydrat oder auch Dolomitkalkhydrat. Andererseits können aber auch handelsübliche anorganische Granulate, wie Blähton, Perlite oder sonstige möglichst poröse Granalien eingebracht werden. Diese Zusätze behindern einerseits das Zusammenfallen des noch nicht erstarrten Mineralschaums und erhöhen andererseits die Festigkeit der ausgehärteten Hartschäume.
Die Anwendung des gemäß dieser Erfindung hergestellten Mineralschaums ist äußerst vielfältig, dabei stehen zunächst die von den organischen Polyurethanschäumen her bekannten Anwendungen im Vordergrund. Einerseits lassen sich diese Schäume in flüssiger, zähflüssiger bis breiiger Form entweder durch Eingießen oder Einpressen unter leichtem Druck in zu verfüllende Hohlräume und Spalten bei einer Anwendung im Bauwesen oder Haushalt einbringen und auf diese Weise verfüllen. Infolge der isolierenden Wirkung lassen sich auf diese Weise Wärmebrücken beseitigen. Andererseits ist es möglich, einzelne Wandflächen innen oder außen oder sogar ganze Fassaden mit einer hochporösen Schicht zu versehen, die ausgezeichnete Isolationswirkung mit günstigen bauphysikalischen Eigenschaften verbindet und mit einfachen Mitteln auch nachträglich aufgebracht werden kann. Der unbrennbare Mineralschaum ist feuerhemmend, thermisch beständig und zersetzt sich erst bei sehr hohen Temperaturen. Wegen der mineralischen Bestandteile ist keine Fäulnis- und Schimmelbildung möglich und der ausgehärtete poröse Körper ist auch gegenüber Wassereinwirkung sehr resistent. Die hochporösen in der Regel offenporigen Schäume haben ein gutes Dämmvermögen gegen Wärmeverluste und sind als Wärmeisolation geeignet. Außerdem ist das Material schalldämmend und geeignet Feuchtigkeit aufzunehmen, als auch wieder abzugeben, ohne seine sonstigen positiven Eigenschaften zu verlieren.
Außer zum Ausschäumen von Hohlräumen und Spalten oder zum Hinterfüllen von Bauplatten oder Ausschäumen von Dächern lassen sich mit dem erfindungsgemäß hergestellten Mineralschaum Sandwich-Bauelemente mit Schaumkern leicht herstellen.
Wird ein gemäß dieser Erfindung hergestellter Mineralschaum zwischen zwei Bauplatten eingebracht, so ergeben sich Sandwichelemente mit einer isolierenden Zwischenschicht, die ebenfalls vielfältig verwendbar sind.
Der erstarrte Mineralschaum ist spezifisch relativ leicht (Rohdichte von 0,15 bis 0,65 g/m³), mechanisch gut beanspruchbar, kann gesägt, gebohrt und mechanisch bearbeitet werden, ist resistent gegen Wasser, Salzlösungen und Fäulnis, ebenso resistent gegen Insekten und Schädlinge und nicht brennbar und feuerhemmend trotz seiner anfänglich mit O₂-Gas gefüllten Poren. Alle verwendeten Komponenten sind ungiftig bzw. physiologisch unbedenklich, auch bei Hautkontakt während der Verarbeitung.
Ein besonderer Vorzug des mineralischen Schaums ist seine Preiswürdigkeit, da alle verwendeten Komponenten anorganische marktübliche Grundchemikalien sind, die bereits für andere Anwendungszwecke in großem Umfang kostengünstig hergestellt werden.
Ein weiterer Vorzug der mittels eines Inertgases in Form von katalytisch freigesetztem Sauerstoffgas geschäumten anorganischen Mineralschäume ist das Ausbleiben von Treib- und Druckerscheinungen und die moderate Freisetzung von Wärme während des Misch- und Aushärtungsvorganges. Da das Aufschäumen ohne verflüssigte Gase als Treibmittel und bei normalem Druck und normaler Temperatur durch einen einfachen Mischprozess erfolgt, entfallen Druckbehälter, wie bei PU-Schäumen.
In der Regel bleiben die nach dem Aushärten entstandenen porösen Festkörper mit Gas erfüllt. Dabei tritt bei den meisten offenporigen Schäumen ein allmählicher Austausch des reinen Sauerstoffs gegen atmosphärische Luft durch Diffusion ein. Die Isolierwirkung des ausgehärteten Schaums beruht auf der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Gasen.
Für spezielle Anwendungen im Bauwesen können aber auch die in den Poren vorhandenen Gase gegen ein flüssiges Latent-Wärmespeichermaterial ausgetauscht werden. Geeignete Stoffe sind die an sich bekannten latenten Speicherstoffe Calciumchlorid-Hexahydrat (CaCl₂·6H₂O), Glaubersalzschmelze (Mg₂SO₄·10H₂O), Natriumacetat-Trihydrat (Na·COOCH₃·3H₂O) oder weitere zwischen +30 und 70°C schmelzende Stoffe mit hoher Erstarrungsenthalpie. In diesem Falle hält der erfindungsgemäß hergestellte poröse Festkörper das schmelzende bzw. wieder bei Abkühlung erstarrende Wärmespeichermaterial in den Porenhohlräumen gebunden. Die Wärmespeicherkapazität solcher Körper ist deutlich höher als die von Wasser oder anderen Festkörpern.
Die Erfindung wird durch Beispiele erläutert.
Beispiele
Beispiel 1: Herstellung eines Mineralschaums mittlerer Rohdichte
In einem Mischgefäß mit Rührer werden folgende Stoffmengen miteinander vermischt (kontinuierlich oder diskontinuierlich)
5,0 kg MgO-Pulver (90–96% MgO), schwermetallhaltig
5,0 kg MgCl₂-Lösung (32% MgCl₂)
0,8–1,0 kg H₂O₂-Lösung (30% H₂O₂)
ca. 10 g Alkylsulfat-Konzentrat.
Die Mischdauer beträgt ca. 1–3 Minuten. Während des Mischvorgangs schäumt die Mischung auf das etwa zehnfache des Ausgangsvolumens auf und bildet einen zähflüssigen Schaum, der sich durch Ausgießen auf einen horizontalen Fußboden selbst nivelliert. Das Aushärten beginnt nach etwa 12 Stunden. Nach weiteren 12 Stunden ist ein fester poröser Körper entstanden, der eine Rohdichte von 0,18–0,20 g/cm³ hat und sich durch Isolierwirkung und Trittschalldämmung auszeichnet.
Beispiel 2: Herstellung eines Mineralschaums niedriger Rohdichte zur Fassadenisolierung
In einem Mischgefäß mit Rührer und angeschlossener Förderpumpe werden folgende Stoffmengen diskontinuierlich miteinander vermischt.
5,0 kg MgO-Pulver 98% MgO, hochaktiv
2–5 kg Braunsteinpulver
4,5 kg MgCl₂-Lösung (30% MgCl₂, 2% MgSO₄)
0,5 kg Bischofit (47% MgCl₂, 52–52,5% H₂O)
5–10 g Alkylsulfonat-Konzentrat und
1,0 kg Wasserstoffperoxidlösung (15% H₂O₂).
Die Mischdauer beträgt 3–5 Minuten. Dabei löst sich das feste MgCl₂-Hexahydrat (Bischofit) in dem, bei der Zerfallsreaktion des Wasserstoffperoxids, freiwerdenden Wasser auf und nach der Homogenisierung ergibt sich ein steifer Schaum, der mit einer Volumen-Förderpumpe förderfähig ist. Dieser Schaum wird zur Fassadenisolierung hinter eine Vorsatzplatte gefördert, verteilt sich im gesamten spaltförmigen Hohlraum und bildet nach dem Aushärten, welches nach etwa 4 Stunden beginnt und nach etwa 12–16 Stunden abgeschlossen ist, einen hochporösen Schaumkörper mit einer Rohdichte von ca. 0,20 g/cm³ und sehr guter Isolierwirkung.
Beispiel 3: Herstellung eines Mineralschaum-Formkörpers zur Schall- bzw. Wärmedämmung
Durch kontinuierliches oder diskontinuierliches Mischen von
5,0 kg MgO-Pulver (85–90% MgO)
5,0 kg Gipshalbhydrat
9–10 kg MgCl₂-Lösung (30% MgCl₂, 0–2% MgSO₄) und
0,6–0,7 kg H₂O₂-Lösung (30% H₂O₂), welcher 0,1–0,5% Tensid zugesetzt wurde,
wird ein pumpfähiger zäher Schaum hergestellt, der in Formen gegossen wird und in diesen innerhalb von 18–24 Stunden erstarrt. Es bilden sich nach dem endgültigen Aushärten Formkörper, z. B. Platten, Wandelemente oder Körper beliebiger Form. Diese haben bei einer Dichte von 0,25–0,30 g/cm³ eine hohe mechanische Festigkeit, hohe Wärmedämmung und hohe Schalldämmung und lassen sich beispielsweise für Schallschutzisolierungen verwenden.
Beispiel 4: Herstellung von Sandwichelementen mit Schaumkern
Eine Mischung gemäß Beispiel 3 wird zur Füllung des Zwischenraumes zwischen zwei Bauplatten, etwa einer Mineralfaserplatte und einer Gipskartonplatte eingesetzt. Durch das Aushärten der Schaumschicht werden beide Platten fest miteinander verbunden und lassen sich in Form des auf diese Weise entstandenen Sandwichelements für isolierende, nichttragende Trennwände einsetzen.
Bespiel 5: Herstellung eines Konglomeratschaums mit Blähtongranulat als Füllstoff
Eine Mischung aus einer Mineralschaumrezeptur nach Beispiel 1 wird als noch unverfestigter Schaum mit Blähtongranulat im Volumenverhältnis 55–60 Teile Mineralschaum und 40–45 Teile Blähtongranulat durch langsames Mischen homogenisiert und in Formen gegossen. Nach dem Aushärten, maximal nach 36 Stunden sind Formkörper oder Platten entstanden, welche als Dämmplatten angewendet werden können, die infolge ihrer niedrigen Rohdichte von 0,30–0,35 kg/m³ eine hohe Wärmedämmung besitzen und gleichzeitig mechanische Festigkeit aufweisen.
Beispiel 6: Herstellung eines Konglomeratschaums zur Dachausschäumung mit Perlite-Granulat-Mineralschaum
Eine Mischung aus einer Mineralschaumrezeptur nach Beispiel 2 wird im Volumenverhältnis 40 Volumenteile unverfestigter Schaum zu 60 Volumenteilen Perlite-Granulat oder Bläh-Gips schonend gemischt und zur Dachausschäumung eingesetzt. Das Einbringen des Schaum-Granulatgemisches erfolgt in den Zwischenraum zwischen Ziegeleindeckung und einer Vorsatzplatte und ergibt einen Hartschaum mit hervorragender Dämmwirkung.
Beispiel 7: Herstellung eines Mineralschaums mit verdünnter Treibmittellösung
Als Treibmittel dient eine verdünnte, etwa 6–7 prozentige Wasserstoffperoxidlösung. Der Mineralschaum wird aus 5 kg MgO-Pulver, 5–6 kg Gipshalbhydrat, 6,5 kg Bischofit (ca. 47% MgCl₂), 20–30 g Tensid oder Verdickungsmittel auf Acrylatbasis und 4,5 kg 6–7%iger H₂O₂-Lösung hergestellt. Nach dem Homogenisieren und Aufschäumen ist der Mineralschaum verwendbar. Durch die Verdünnung des Treibmittels wird eine bessere Anwenderfreundlichkeit erreicht.
Beispiel 8: Herstellung eines porösen Festkörpers mit Wärmespeichervermögen
Ein analog Beispiel 4 hergestelltes Sandwichelement wird nach dem völligen Aushärten mit einer Hydratschmelze aus Calciumchlorid-Hexahydrat gefüllt, indem der mit Sauerstoffgas gefüllte offene Porenhohlraum mit schmelzflüssiger Hydratschmelze von +35 bis 40°C erfüllt wird. Beim Abkühlen erstarrt die Hydratschmelze unter Freiwerden einer latenten Wärme von etwa 300 kJ/Liter Schmelze und die Temperatur eines Wandelements hält sich längere Zeit bei etwa +30°C. Bei Wärmezufuhr im Temperaturbereich > 30°C wird diese wieder latent und reversibel gespeichert.
Der erfindungsgemäße selbsttätig aufschäumende und nach einer mehrstündigen Verarbeitungszeit selbsttätig aushärtende anorganische Mineralschaum ist wegen seiner Unbrennbarkeit, Verrottungsfestigkeit, seiner günstigen mechanischen Festigkeit, guter Schall- und Wärmedämmung und seiner Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse und seiner Fähigkeit zur Wasseraufnahme und Wiederabgabe vielfältig einsetzbar. Er kann sowohl für Gebäudesanierungen und -isolierungen als auch im Heimwerkerbereich angewendet werden, als auch industriell für Sandwichelemente und Formkörper. Der Herstellungsprozess ist äußerst einfach und erlaubt die Herstellung vor Ort aus den Rezepturkomponenten beim Anwender, zumal die Mischung mehrere Stunden verarbeitbar bleibt und keine Treiberscheinungen zeigt. Aufgrund seiner Konsistenz ist er gießfähig oder pumpbar und dringt von selbst in Hohlräume oder Spalten ein. Sowohl die verwendeten Bindemittel als auch die Anmachflüssigkeit und eventuelle Additive sind marktübliche Produkte und physiologisch unbedenklich. Das Treibmittel zerfällt beim Aufschäumvorgang vollständig zu Wasser und dem Treibgas Sauerstoff, die ebenfalls physiologisch unbedenklich sind.

Claims

Selbsttätig aufschäumender und nach einer mehrstündigen Verarbeitungszeit selbsttätig aushärtender anorganischer Mineralschaum für Bau-, Montage- und Isolierzwecke, dadurch gekennzeichnet, dass einer zähflüssigen bis breiartigen Matrix aus einem Magnesiumoxid enthaltenden Bindemittel und einer konzentrierten Magnesiumchloridlösung eine wässrige Wasserstoffperoxidlösung zugesetzt wird, welche unter dem katalytischen Einfluss der in der Matrix enthaltenen Verunreinigungen spontan beim Mischvorgang zu Wasser und dem Treibgas Sauerstoff zerfällt, wodurch die Matrix zu einem gießfähigen oder pumpbaren Mineralschaum aufgebläht wird, welcher nach dem Einbringen in Hohlräume oder Formen innerhalb einer mehrstündigen Verarbeitungszeit verarbeitbar bleibt und danach selbsttätig bei normaler Temperatur und atmosphärischem Druck zu einem festen porösen Körper aushärtet.
Selbsttätig aufschäumender und nach einer mehrstündigen Verarbeitungszeit selbsttätig aushärtender anorganischer Mineralschaum gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrix Additive zur Schaumstabilisierung in Form von Tensiden, vorzugsweise anionischen, amphoteren und nichtionischen Tensidmischungen in Mengen von 0,1 bis 1 Prozent oder viskositätserhöhende Zusätze, vorzugsweise in Form von Polyacrylaten zugesetzt werden, die den Schaum zwischen Entstehung und Aushärten stabilisieren.
Selbsttätig aufschäumender und nach einer mehrstündigen Verarbeitungszeit selbsttätig aushärtender anorganischer Mineralschaum gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das MgO-haltige Bindemittel und die MgCl₂-haltige Anmachflüssigkeit und das schaumstabilisierende Additiv in einem ersten Mischvorgang zu einer zähflüssigen Matrix vermischt, durch Rühren homogenisiert und danach das flüssige Treibmittel Wasserstoffperoxidlösung in einem zweiten Mischvorgang zugesetzt wird.
Selbsttätig aufschäumender und nach einer mehrstündigen Verarbeitungszeit selbsttätig aushärtender anorganischer Mineralschaum gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das MgO:MgCl₂-Verhältnis zwischen 1:0,5 bis 1:1 eingestellt wird.
Selbsttätig aufschäumender und nach einer mehrstündigen Verarbeitungszeit selbsttätig aushärtender anorganischer Mineralschaum gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Bindemittel die für die katalytische Freisetzung des Treibgases erforderlichen Katalysatoren in ausreichender Menge als Schwermetallverunreinigungen bereits enthalten sind.
Selbsttätig aufschäumender und nach einer mehrstündigen Verarbeitungszeit selbsttätig aushärtender anorganischer Mineralschaum gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bindemittelmischung oder der im Aufschäumen befindlichen Mischung funktionelle Füllstoffe in Form von wasserbindenden pulverförmigen Stoffen, wie Gipshalbhydrat oder/und Dolomitkalkhydrat zugesetzt werden, vorzugsweise in Mengen von 25 bis 150 Prozent des MgO-Anteils im Bindemittel.
Selbsttätig aufschäumender und nach einer mehrstündigen Verarbeitungszeit selbsttätig aushärtender anorganischer Mineralschaum gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise die Menge und Konzentration des zugesetzten Treibmittels Wasserstoffperoxidlösung so eingestellt werden, dass nach der Aushärtung die entstandenen porösen Hartschäume Rohdichten von 0,15 bis 0,65 g/cm³ haben.
Selbsttätig aufschäumender und nach einer mehrstündigen Verarbeitungszeit selbsttätig aushärtender anorganischer Mineralschaum gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in die, im Aufschäumen befindliche Matrix anorganische Füllstoffe in Form poröser Granalien, wie Blähton, Perlite, Blähgips oder andere poröse Stoffe vorzugsweise in Mengen von 30–50 Volumenprozent eingebracht werden.
Selbsttätig aufschäumender und nach einer mehrstündigen Verarbeitungszeit selbsttätig aushärtender anorganischer Mineralschaum gemäß Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrix zusätzlich katalytisch wirksame Additive, vorzugsweise Mangandioxid zugesetzt werden.
Selbsttätig aufschäumender und nach einer mehrstündigen Verarbeitungszeit selbsttätig aushärtender anorganischer Mineralschaum gemäß Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die schaumstabilisierenden Additive, vorzugsweise Tenside, der MgCl₂-haltigen Anmachflüssigkeit zugesetzt werden, wodurch sie mit dieser in einem Arbeitsgang mit der Bindemittelmischung vermischt werden.
Selbsttätig aufschäumender und nach einer mehrstündigen Verarbeitungszeit selbsttätig aushärtender anorganischer Mineralschaum gemäß Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieser nach einer Vorreaktionszeit von vorzugsweise 5 bis 20 Minuten durch Eingießen oder mittels Pumpen in die zu verfüllenden Hohlräume, Spalten oder Formen eingefüllt wird und in diesen aushärtet.
Selbsttätig aufschäumender und nach einer mehrstündigen Verarbeitungszeit selbsttätig aushärtender anorganischer Mineralschaum gemäß Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Ausfüllung von Sandwichelementen verwendet wird.
Selbsttätig aufschäumender und nach einer mehrstündigen Verarbeitungszeit selbsttätig aushärtender anorganischer Mineralschaum gemäß Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach völliger Aushärtung das in den Porenhohlräumen befindliche Gas durch ein reversibel schmelzendes und erstarrendes Wärmespeichermaterial, vorzugsweise eine Hydratschmelze verdrängt wird.