DE10392839T5

DE10392839T5 - Gehärtete Form von Calciumsilicat

Info

Publication number: DE10392839T5
Application number: DE2003192839
Authority: DE
Inventors: Akihiro Ogawa; Hiroyoshi Matsuyama
Original assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Kasei Chemicals Corp; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Kasei Chemicals Corp; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2023-07-04
Also published as: GB2405402A; WO2004005215A1; GB2405402B; TWI227702B; GB0427475D0; CN1780800A; DE10392839B4; JPWO2004005215A1; AU2003246260A1; TW200402395A; CN100352786C; JP4343108B2

Abstract

Gehärtete Form von Calciumsilicat, die
(1) eine Biegefestigkeit von 0,05 MPa oder mehr und
(2) eine Wärmeleitfähigkeit von 0,02 bis 0,1 Wm^–1K^–1 und
(3) eine Gas-Permeabilität von 5 × 10^–4 bis 1 m²h^–1Pa^–1 aufweist, wodurch sie die Eigenschaft einer dynamischen Isolierung zeigt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gehärtete Form von Calciumsilicat, die die Eigenschaft einer dynamischen Isolierung zeigt. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine gehärtete Form von Calciumsilicat, die eine Biegefestigkeit von 0,05 MPa oder mehr und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,02 bis 0,1 Wm^–1K^–1 und eine Gas-Permeabilität von 5 × 10^–4 bis 1 m²h^–1Pa^–1 aufweist, wodurch sie die Eigenschaft einer dynamischen Isolierung zeigt. Die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung hat nicht nur ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit, sondern sie ist auch unbrennbar. Weiterhin zeigt die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung gleichzeitig ein hohes Wärmeisoliervermögen und eine hohe Gas-Permeabilität. Aus diesem Grunde kann die gehärtete Form von Calciumsilicat vorteilhaft als Wandmaterial für Gebäude und dergleichen verwendet werden, das die Eigenschaft einer dynamischen Isolierung haben muss. Hierin bedeutet die "Eigenschaft einer dynamischen Isolierung" eine Eigenschaft, bei der eine hohe Permeabilität und eine hohe Wärmeisolierwirkung gleichzeitig erreicht werden. Ein Baumaterial für Wände, das die Eigenschaft einer dynamischen Isolierung zeigt, kann vorteilhaft bei der so genannten "Technik der dynamischen Isolierung" verwendet werden, bei der eine geplante Ventilation (d.h. eine konstante oder intermittierende Ventilation zum Frischhalten der Raumluft) durchgeführt wird, während der Verlust an Wärmeenergie verringert wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der oben erwähnten gehärteten Form von Calciumsilicat.
Gegenwärtig besteht ein zunehmendes Bedürfnis nach Einsparung von Energie aufgrund ernsthafter öffentlicher Probleme, wie der Verarmung an fossilen Brennstoffen, der durch den massiven Einsatz fossiler Brennstoffe verursachten Luftverschmutzung und der durch das aus fossilen Brennstoffen erzeugte Kohlenstoffdioxid verursachten globalen Erwärmung. Insbesondere in Häusern und Gebäuden zur gewerblichen Verwendung nimmt die Menge der verbrauchten Energie laufend zu, entsprechend der wachsenden Neigung, sich einen komfortablen Lebensraum zu wünschen, der durch den Einsatz einer Klimaanlage geschaffen wird. Deshalb hat man versucht, Energie einzusparen, indem man die Gebäude in hohem Maße wärmeisolierend und in hohem Maße luftdicht ausstattet. In einem geschlossenen Raum, der in hohem Maße wärmeisolierend und in hohem Maße luftdicht ausgestattet ist, wird jedoch die Qualität der Raumluft durch die Aktivitäten in diesem Raum verschlechtert. Infolgedessen werden zur Reinhaltung der Raumluft ein Entfeuchter, ein Verdampfer, ein Luftreiniger etc. eingesetzt, was zu einer Erniedrigung des Energiespareffekts führt, der durch den oben erwähnten geschlossenen Raum erzielt wurde. Somit wird in den letzten Jahren in Gebäuden mit einem geschlossenen Raum, der in hohem Maße wärmeisolierend und in hohem Maße luftdicht ausgestattet ist, eine geplante Ventilation (d.h. eine konstante oder intermittierende Ventilation zum Frischhalten der Raumluft) notwendig, und demgemäß werden Forderungen hinsichtlich der Gebäude-Entwürfe und der Baumaterialien erhoben, die sowohl für die Wärmeisolierung als auch die Luftzirkulation wirksam sind.
Bekannt ist jedoch, dass die Erniedrigung des Wärmeübergangskoeffizienten bei Wänden und Decken eines Gebäudes aufgrund der Strukturen derselben begrenzt ist und demzufolge die Verringerung des Verlusts an Wärmeenergie an Wänden und Decken ebenfalls begrenzt ist.
In dieser Situation wird die so genannte "Technik der dynamischen Isolierung", bei der die oben erwähnte geplante Ventilation zur Durchführung gelangt, wobei der Verlust an Wärmeenergie gemindert wird, vornehmlich in den nördlichen europäischen Ländern untersucht. Insbesondere wird bei der Technik der dynamischen Isolierung Außenluft durch ein in den Wänden und Decken verwendetes Wärmeisolierungsmaterial hindurch in das Innere des Gebäudes geleitet, um dadurch zu verhindern, dass die Wärme im Inneren des Gebäudes durch die Wände und Decken nach außen entweicht. Bei dieser Technik ist die durch das Wärmeisolierungsmaterial hindurch nach innen geführte Außenluft frisch, und die Außenluft wird in dem Wandmaterial vorgewärmt, bevor sie nach innen gelangt. Als Ergebnis wird es möglich, das Vorheizen der Ventilationsluft (Außenluft, die nach innen geleitet wird), durchzuführen, während der scheinbare Wärmeübertragungskoeffizient erniedrigt wird, und dadurch die Qualität der Raumluft auf einem hohen Niveau zu halten.
Für eine wirksame praktische Durchführung der Technik der dynamischen Isolierung ist es notwendig, ein Material zu verwenden, das nicht nur ein hohes Wärmeisoliervermögen, sondern auch eine hohe Gas-Permeabilität besitzt. Weiterhin ist erwünscht, dass ein solches zur Technik der dynamischen Isolierung verwendetes Material eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit, ein ausgezeichnetes Preis-Leistungs-Verhältnis und eine hohe Festigkeit zeigt. Weiterhin ist unter dem Gesichtspunkt einer Forderung nach Feuerbeständigkeit erwünscht, dass ein solches Material nicht brennbar ist.
Herkömmlicherweise werden als Wärmeisolierungsmaterialien Isoliermaterialien vom Typ organischer Schaumstoffe eingesetzt. Isoliermaterialien vom Typ organischer Schaumstoffe haben jedoch einen hohen Anteil an geschlossenen Zellen und zeigen somit eine niedrige Gas-Permeabilität. Aus diesem Grunde eignen sich Isoliermaterialien vom Typ organischer Schaumstoffe nicht für die Verwendung bei der Technik der dynamischen Isolierung. Weiterhin sind Isoliermaterialien vom Typ organischer Schaumstoffe problematisch hinsichtlich der Feuerbeständigkeit. Andererseits sind als anorganische Isoliermaterialien Glasschäume zu erwähnen, die durch Aufschäumen von Glas erhalten werden. Geschäumtes Glas ist indessen teuer und besitzt ebenfalls einen hohen Anteil an geschlossenen Zellen und zeigt somit eine niedrige Gas-Permeabilität. Aus diesem Grunde sind die anorganischen Isoliermaterialien ebenfalls für die Verwendung bei der Technik der dynamischen Isolierung ungeeignet. Weiterhin offenbaren WO 02/06693 und die (ungeprüfte) Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2001-122674 Techniken, die sich auf eine gehärtete Form von Calciumsilicat beziehen. Die gehärtete Form von Calciumsilicat, die mittels der in den oben beschriebenen Patent-Dokumenten beschriebenen Techniken erhalten wurden, hat jedoch eine niedrige Gas-Permeabilität und funktioniert somit nicht als Material für eine dynamische Isolierung.
Bei der konventionellen Technik der dynamischen Isolierung wird ein Wandmaterial mittels einer Technik erhalten, bei der ein Rahmen mit Abteilen mit vorher festgelegten Größen bereitgestellt wird, und die Abteile werden mit einem wärmeisolierenden Material gefüllt, etwa Zellstoff-Stücken, die aus Recycling-Papier erhalten wurden, und anorganischen Fasern (z.B. Steinwolle). Ein solcher Rahmen selbst hat jedoch eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die wärmeisolierenden Materialien in den Abteilen, so dass die Wärme durch den Rahmen geleitet wird. Aus diesem Grunde gibt es insofern ein Problem, als das oben erwähnte Wandmaterial einen zufrieden stellenden Effekt der dynamischen Isolierung nicht zu erzielen vermag. Weiterhin tritt bei der konventionellen Technik der dynamischen Isolierung ein Verlust an Wärme an den Zwischenräumen auf, die unvermeidbar zwischen dem Rahmen und dem wärmeisolierenden Material gebildet werden, das in die Abteile des Rahmens des Wandmaterials eingeblasen wird. Somit wirft die konventionelle Technik der dynamischen Isolierung ein anderes Problem dahingehend auf, dass es in der Praxis notwendig ist, die Dicke des Wandmaterials zu erhöhen, um den oben erwähnten Wärmeverlust zu kompensieren, der an den Zwischenräumen auftritt, die zwischen dem Rahmen und dem wärmeisolierenden Material gebildet werden.
Herkömmliche Baustoffe, wie ein Brett aus Holzzement und ein Betonblock, haben eine scheinbare relative Dichte von 0,5 oder mehr und zeigen damit eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Eine derart hohe Wärmeleitfähigkeit bedingt unvermeidbar einen großen Verlust an Wärmeenergie. Damit sind die herkömmlichen Baustoffe insofern problematisch, dass ein befriedigender Effekt der dynamischen Isolierung nicht erreicht werden kann. Die (ungeprüfte) Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2001-348283 offenbart weiterhin eine Technik, die ein den Schall absorbierendes Material verwendet. Das in dem oben erwähnten Patent-Dokument offenbarte, den Schall absorbierende Material hat jedoch eine scheinbare relative Dichte um 0,35 und zeigt somit eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Deshalb ist das oben erwähnte, den Schall absorbierende Material als Material für die dynamische Isolierung ungeeignet.
Weiterhin hat man versucht, eine Platte aus Steinwolle und eine Matte aus Glaswolle, die jeweils eine niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzen, als Material für die dynamische Isolierung einzusetzen. Der Einsatz von Platten aus Steinwolle und von Matten aus Glaswolle als Materialien für die dynamische Isolierung wirft jedoch die folgenden Probleme auf. Die Platte aus Steinwolle und die Matte aus Glaswolle sind nicht wirklich harte Materialien, sondern sie werden einfach dadurch gebildet, dass Baumwollfasern oder dünne Fasern mit einander verschlungen werden und besitzen demgemäß eine niedrige Biegefestigkeit. Aus diesem Grunde müssen die Platte aus Steinwolle und die Matte aus Glaswolle jeweils durch einen Balken oder einen Rahmen verstärkt werden, um dadurch eine hinreichende Festigkeit für ein Baumaterial sicherzustellen. Der Balken und der Rahmen leiten jedoch Wärme durch ihr Inneres. Aus diesem Grunde stellt die Verwendung der Platte aus Steinwolle oder der Matte aus Glaswolle insoweit ein Problem dar, als ein befriedigender Effekt der dynamischen Isolierung nicht erreicht werden kann. Des Weiteren werden während des Zuschneidens der Platte aus Steinwolle und der Matte aus Glaswolle auf einer Baustelle schädliche Mikrofasern erzeugt und zerstreut, die die Gesundheit der Arbeiter schädigen. Außerdem haben die Platte aus Steinwolle und die Matte aus Glaswolle jeweils eine zu hohe Gas-Permeabilität und können somit nicht unabhängig als Material für die dynamische Isolierung eingesetzt werden. Wenn beabsichtigt wird, die Platte aus Steinwolle und die Matte aus Glaswolle als Material für die dynamische Isolierung zu verwenden, muss eine Kunststofffolie mit einer großen Anzahl von Löchern verwendet werden, um eine dem Inneren des Gebäudes zugewandte Oberfläche der oben erwähnten Platte oder Matte abzudecken. Aus diesen Gründen treten Probleme dahingehend auf, dass die Bauarbeiten beschwerlich werden und dass die Feuerbeständigkeit des Isoliermaterials als Ganzes gemindert wird.
In dieser Situation haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgedehnte und gründliche Untersuchungen mit dem Blick in Richtung auf eine Lösung der oben genannten, den Stand der Technik begleitenden Probleme durchgeführt. Als Ergebnis wurde unerwartet gefunden, dass eine gehärtete Form von Calciumsilicat mit speziellen Eigenschaften, das als Material für die dynamische Isolierung geeignet ist, mittels eines Verfahrens erhalten werden kann, das Folgendes umfasst: Das Hinzufügen eines schaumbildenden Mittels zu einer wässrigen Aufschlämmung, die ein Feststoffgemisch umfasst, das im Wesentlichen aus speziellen Mengen eines siliciumhaltigen Materials, eines zementartigen Materials, wenigstens einer Aluminium-Verbindung, die aus der aus Aluminiumsulfat und einem Hydrat desselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und einer Sulfat-Verbindung, die von Aluminiumsulfat verschieden ist, und einem Hydrat derselben und gegebenenfalls einem kalkartigen Material besteht; das Gießen der wässrigen Aufschlämmung in ein Formwerkzeug; und das Vorhärten der wässrigen Aufschlämmung und danach das Autoklavieren, mit der Maßgabe, dass das Gewichts-Verhältnis des Wassers zu dem Feststoffgemisch so gesteuert wird, dass es 0,6 oder kleiner ist oder dass dann, wenn das oben erwähnte Gewichts-Verhältnis größer als 0,6 ist, wenigstens zwei Additive, die aus der aus einem oberflächenaktiven Mittel (Tensid), einem Viskositätsregler und einem Antischaummittel bestehenden Gruppe ausgewählt sind, zu der wässrigen Aufschlämmung hinzugefügt werden. Insbesondere besitzt die oben erwähnte gehärtete Form von Calciumsilicat eine Biegefestigkeit von 0,05 MPa oder mehr und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,02 bis 0,1 Wm^–1K^–1 und eine Gas-Permeabilität von 5 × 10^–4 bis 1 m²h^–1Pa^–1 und zeigt dadurch die Eigenschaft einer dynamischen Isolierung. Die oben beschriebene gehärtete Form von Calciumsilicat hat nicht nur ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit, sondern sie ist auch unbrennbar. Weiterhin zeigt die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung sowohl ein hohes Wärmeisoliervermögen als auch eine hohe Gas-Permeabilität. Aus diesem Grunde kann die gehärtete Form von Calciumsilicat vorteilhaft als Wandmaterial für Gebäude und dergleichen verwendet werden, das die Eigenschaft einer dynamischen Isolierung haben muss. Auf der Grundlage dieser Befunde ist die vorliegende Erfindung vervollständigt worden.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gehärtete Form von Calciumsilicat bereitzustellen, die nicht nur ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit besitzt, sondern die auch unbrennbar ist, und die sowohl ein hohes Wärmeisoliervermögen als auch eine hohe Gas-Permeabilität zeigt, so dass sie vorteilhaft als Wandmaterial für Gebäude und dergleichen verwendet werden kann, das die Eigenschaft einer dynamischen Isolierung haben muss.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur effizienten Herstellung der oben beschriebenen gehärteten Form von Calciumsilicat.
Die vorgenannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen hervor.
In den Zeichnungen sind die 1 und 2 jeweils grafische Darstellungen, die ein Pulver-Röntgenbeugungsdiagramm zeigen, das von einer in Beispiel 13 hergestellten gehärteten Form von Calciumsilicat erhalten wurde; darin wird auch angegeben, wie die Werte Ia und Ib erhalten werden, und darin ist "CPS" eine Abkürzung für "Zählwerte pro Sekunde" (counts per second).
1 ist eine grafische Darstellung, die ein Pulver-Röntgenbeugungsdiagramm zeigt, das von einer in Beispiel 13 hergestellten gehärteten Form von Calciumsilicat erhalten wurde und in dem die Werte von Ia {der minimalen Beugungsintensität, die in dem Bereich des Beugungswinkels zwischen den zwei Beugungsmaxima beobachtet wird, die jeweils der (220)-Ebene und der (222)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben werden} und Ib {der Intensität des Beugungsmaximums, das der (220)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben wird} ebenfalls angegeben werden;
2 ist eine grafische Darstellung, die ein Pulver-Röntgenbeugungsdiagramm zeigt, das von einer in Beispiel 13 hergestellten gehärteten Form von Calciumsilicat erhalten wurde und in dem die Methoden zur Bestimmung der Werte I(220) [der Intensität des Beugungsmaximums, das der (220)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben wird] und I(002) [der Intensität des Beugungsmaximums, das der (002)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben wird] angegeben werden; und
3 zeigt eine erläuternde Ansicht in Diagramm-Form, die ein Beispiel für eine Apparatur darstellt, die zur Messung der Gas-Permeabilität, wie sie in der vorliegenden Erfindung definiert ist, verwendet wird.

1: Probe
2: Mit einer Gummi-Packung ausgestatteter Probenhalter
3: Vakuumpumpe
4: Druck-Regulierventil
5: Druck-Reguliergefäß
6: Differenzdruck-Messgerät
7: Durchfluss-Messgerät.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine gehärtete Form von Calciumsilicat verfügbar gemacht, die (1) eine Biegefestigkeit von 0,05 MPa oder mehr und (2) eine Wärmeleitfähigkeit von 0,02 bis 0,1 Wm^–1K^–1 und (3) eine Gas-Permeabilität von 5 × 10^–4 bis 1 m²h^–1Pa^–1 besitzt und dadurch die Eigenschaft einer dynamischen Isolierung zeigt.
Damit man die vorliegende Erfindung leicht verstehen kann, werden die wesentlichen Merkmale und verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hiernach aufgezählt.

1. Gehärtete Form von Calciumsilicat, die (1) eine Biegefestigkeit von 0,05 MPa oder mehr und (2) eine Wärmeleitfähigkeit von 0,02 bis 0,1 Wm^–1K^–1 und (3) eine Gas-Permeabilität von 5 × 10⁴ bis 1 m²h^–1Pa^–1 aufweist wodurch sie die Eigenschaft einer dynamischen Isolierung zeigt.
2. Gehärtete Form von Calciumsilicat gemäß obigem Punkt 1) die eine Wärmeleitfähigkeit von 0,02 bis 0,08 Wm^–1K^–1 aufweist.
3. Gehärtete Form von Calciumsilicat gemäß obigem Punkt 1, die eine Wärmeleitfähigkeit von 0,02 bis 0,06 Wm^–1K^–1 aufweist.
4. Gehärtete Form von Calciumsilicat gemäß irgendeinem der obigen Punkte 1 bis 3, die hauptsächlich Tobermorit umfasst und ein Pulver-Röntgenbeugungsdiagramm zeigt, in dem die Intensität des Beugungsmaximums Ib, die der (220)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben wird und die minimale Beugungsintensität Ia, die in dem Bereich des Beugungswinkels zwischen den zwei Beugungsmaxima beobachtet wird, die jeweils der (220)-Ebene und der (222)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben werden, die Beziehung Ib / Ia ≥ 3 erfüllen.
5. Verfahren zur Herstellung einer gehärteten Form von Calciumsilicat, umfassend (1) das Bereitstellen einer Wasser und ein Feststoffgemisch umfassenden wässrigen Aufschlämmung, wobei das Feststoffgemisch im Wesentlichen aus einem siliciumhaltigen Material, einem zementartigen Material, wenigstens einer Aluminium-Verbindung, die aus der aus Aluminiumsulfat und einem Hydrat desselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist, wenigstens einer Sulfat-Verbindung, die aus der aus anderen Sulfaten als Aluminiumsulfat und deren Hydraten bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und gegebenenfalls einem kalkartigen Material besteht, worin die wenigstens eine Aluminium-Verbindung in der wässrigen Aufschlämmung in einer Menge von 0,09 bis 10 Gew.-%, angegeben als Menge Al₂O₃, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, enthalten ist, und wenigstens eine Sulfat- Verbindung in der wässrigen Aufschlämmung in einer Menge von 0,15 bis 15 Gew.-%, angegeben als Menge SO₃, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, enthalten ist, wobei diese Menge SO₃ die Summe der Menge SO₃, die der wenigstens einen Aluminium-Verbindung entspricht, und der Menge SO₃ ist, die der wenigstens einen Sulfat-Verbindung entspricht, worin das Gewichts-Verhältnis des Wassers zu dem Feststoffgemisch von 2,3 bis 5,5 beträgt, und worin das Verhältnis des Gewichts des kalkartigen Materials zu dem Gewicht des zementartigen Materials 0,6 oder kleiner ist, (2) das Hinzufügen eines schaumbildenden Mittels zu der wässrigen Aufschlämmung, (3) das Gießen der wässrigen Aufschlämmung in ein Formwerkzeug und (4) das Vorhärten der wässrigen Aufschlämmung und danach das Autoklavieren.
6. Verfahren gemäß obigem Punkt 5, worin das schaumbildende Mittel wenigstens eine Substanz ist, die aus der aus Aluminium-Pulver und einer aluminiumhaltigen wässrigen Aufschlämmung bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und worin das schaumbildende Mittel in einer Menge von 0,03 bis 0,95 Gew.-%, angegeben als prozentualer Gewichts-Anteil der in dem schaumbildenden Mittel enthaltenen Feststoffe, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, verwendet wird.
7. Verfahren zur Herstellung einer gehärteten Form von Calciumsilicat, umfassend (1) das Bereitstellen einer Wasser und ein Feststoffgemisch umfassenden wässrigen Aufschlämmung, wobei das Feststoffgemisch im Wesentlichen aus einem siliciumhaltigen Material, einem zementartigen Material, wenigstens einer Aluminium-Verbindung, die aus der aus Aluminiumsulfat und einem Hydrat desselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist, wenigstens einer Sulfat-Verbindung, die aus anderen Sulfaten als Aluminiumsulfat und deren Hydraten bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und gegebenenfalls einem kalkartigen Material besteht, worin die wenigstens eine Aluminium-Verbindung in der wässrigen Aufschlämmung in einer Menge von 0,09 bis 10 Gew.-%, angegeben als Menge Al₂O₃, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, enthalten ist, und die wenigstens eine Sulfat-Verbindung in der wässrigen Aufschlämmung in einer Menge von 0,15 bis 15 Gew.-%, angegeben als Menge SO₃, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, enthalten ist, wobei diese Menge SO₃ die Summe der Menge SO₃, die der wenigstens einen Aluminium-Verbindung entspricht, und der Menge SO₃ ist, die der wenigstens einen Sulfat-Verbindung entspricht, worin das Gewichts-Verhältnis des Wassers zu dem Feststoffgemisch von 2,3 bis 5,5 beträgt, und worin das Verhältnis des Gewichts des kalkartigen Materials zu dem Gewicht des zementartigen Materials 0,6 oder kleiner ist, (2) das Hinzufügen eines schaumbildenden Mittels zu der wässrigen Aufschlämmung, (3) das Gießen der wässrigen Aufschlämmung in ein Formwerkzeug und (4) das Vorhärten der wässrigen Aufschlämmung und danach das Autoklavieren, wobei wenigstens zwei Additive, die aus der aus einem oberflächenaktiven Mittel (Tensid), einem Viskositätsregler und einem Antischaummittel bestehenden Gruppe ausgewählt sind, zu der wässrigen Aufschlämmung hinzugefügt werden mit der Maßgabe, dass die Zugabe des Viskositätsreglers und die Zugabe des Antischaummittels nach dem Schritt (1) und vor dem Schritt (2) durchgeführt werden und die Zugabe des Tensids gleichzeitig mit der Zugabe des schaumbildenden Mittels in Schritt (2) durchgeführt wird.
8. Verfahren gemäß obigem Punkt 7, worin das schaumbildende Mittel wenigstens eine Substanz ist, die aus der aus Aluminium-Pulver und einer aluminiumhaltigen wässrigen Aufschlämmung bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und worin das schaumbildende Mittel in einer Menge von 0,03 bis 0,95 Gew.-%, angegeben als prozentualer Gewichts-Anteil der in dem schaumbildenden Mittel enthaltenen Feststoffe, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, verwendet wird.
9. Verfahren gemäß den obigen Punkten 7 oder 8, worin das Tensid wenigstens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus dem Sulfat eines höheren Alkohols, dem Natriumsulfat eines höheren Alkohols und einem Polyoxyethylenalkylether besteht, und worin das Tensid in einer Menge von 0,01 bis 200 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der in dem schaumbildenden Mittel enthaltenen Feststoffe, verwendet wird.
10. Verfahren gemäß irgendeinem der obigen Punkte 7 bis 9, worin der Viskositätsregler wenigstens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Methylcellulose und Polyvinylalkohol besteht, und worin der Viskositätsregler in eine Menge von 0,01 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, verwendet wird.
11. Verfahren gemäß irgendeinem der obigen Punkte 7 bis 10, worin das Antischaummittel wenigstens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Silicon, einer aliphatischen Säure, einem aliphatischen Ester, einem Alkohol und einem Phosphorsäureester besteht, und worin das Antischaummittel in einer Menge von 0,001 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, verwendet wird.

Hiernach wird die vorliegende Erfindung im Einzelnen beschrieben.
In der vorliegenden Erfindung ist der Ausdruck "gehärtete Form von Calciumsilicat" ein generischer Begriff für Materialien verschiedener Formen, die dadurch hergestellt werden, das eine eine Calciumsilicat-Verbindung enthaltende Zusammensetzung gehärtet wird. Im Allgemeinen zählen zu Beispielen für gehärtete Formen von Calciumsilicat Beton, ausgehärteter Mörtel, autoklavierter Leichtbeton (hiernach häufig als "ALC" bezeichnet) und faserverstärkte Calciumsilicat-Platten.
Die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung hat (1) eine Biegefestigkeit von 0,05 MPa oder mehr und (2) eine Wärmeleitfähigkeit von 0,02 bis 0,1 Wm^–1K^–1 und (3) eine Gas-Permeabilität von 5 × 10^–4 bis 1 m²h^–1Pa^–1 und zeigt dadurch die Eigenschaft einer dynamischen Isolierung. Aus diesem Grunde kann die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung als Material für eine dynamische Isolierung verwendet werden. Hierin ist ein "Material für eine dynamische Isolierung" ein Material, das in der so genannten "Technik der dynamischen Isolierung" verwendet werden kann. Hinsichtlich der Technik der dynamischen Isolierung sei beispielsweise verwiesen auf B. J. Taylor et al., "Analytical Investigation of the Steady-State Behavior of Dynamic and Diffusive Building Envelopes" (Building and Environment, Vol. 31, No. 6, Seiten 519–525, 1996) und "Takinogata Dannetsu Gijutu ni kansuru Kenkyu (Research on Multi-functional Insulation Technologies)" (Search report No. 53, Hokkaido Prefectural Cold Region Building Research Institute, Japan, 1993). In der Technik der dynamischen Isolierung kommt eine geplante Ventilation zur Durchführung, während der Verlust an Wärmeenergie verringert wird. Im Einzelnen wird in der Technik der dynamischen Isolierung Außenluft durch ein in dem Wandmaterial und dem Deckenmaterial bereitgestelltes Wärmeisolierungs material hindurch in das Innere des Gebäudes geleitet. Deshalb ist die Technik der dynamischen Isolierung insoweit von Vorteil, als die Außenluft in dem Wandmaterial und dem Deckenmaterial vorgewärmt wird, bevor sie ins Innere des Gebäudes eingeführt wird und dadurch verhindert wird, dass die Wärme im Inneren des Gebäudes durch die Wände und Decken entweicht. Weiterhin ist die Technik der dynamischen Isolierung dahingehend vorteilhaft, dass die nach innen geführte Außenluft frisch ist. Als Folge davon wird es möglich, das Vorheizen der Ventilationsluft (Außenluft, die nach innen geleitet wird), durchzuführen, während der scheinbare Wärmeübertragungskoeffizient erniedrigt wird, und dadurch die Qualität der Raumluft auf einem hohen Niveau zu halten.
Die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung hat eine Biegefestigkeit von 0,05 MPa oder mehr, vorzugsweise von 0,07 MPa oder mehr, mehr bevorzugt von 0,1 MPa oder mehr. Wenn die gehärtete Form von Calciumsilicat eine Biegefestigkeit von weniger als 0,05 MPa hat, wird es schwierig zu erreichen, dass die gehärtete Form von Calciumsilicat die Form einer Platte beibehält, welche eine bevorzugte Form für ein Material für eine dynamische Isolierung ist, wodurch die Verarbeitbarkeit der gehärteten Form des Calciumsilicats gemindert wird.
Die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung hat eine Wärmeleitfähigkeit von 0,02 bis 0,1 Wm^–1K^–1, vorzugsweise von 0,02 bis 0,08 Wm^–1K^–1, mehr bevorzugt von 0,02 bis 0,06 Wm^–1K^–1. Wenn die gehärtete Form von Calciumsilicat eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,1 Wm^–1K^–1 besitzt, wird das Wärmeisoliervermögen der gehärteten Form von Calciumsilicat erniedrigt. Wenn eine solche gehärtete Form von Calciumsilicat mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,1 Wm^–1K^–1 als Wärmeisolierungsmaterial zur Erzielung eines befriedigen Effekts der Wärmeisolierung verwendet wird, ist es deshalb notwendig, die Dicke der Wand (in der das Wärmeisolierungsmaterial verwendet wird) zu erhöhen, wodurch die Verarbeitbarkeit der gehärteten Form von Calciumsilicat verschlechtert wird. Andererseits liegt unter einem praktischen Gesichtspunkt die untere Grenze der Wärmeleitfähigkeit der gehärteten Form von Calciumsilicat bei 0,02 Wm^–1K^–1.
Die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung hat eine Gas-Permeabilität von 5 × 10^–4 bis 1 m²h^–1Pa^–1, vorzugsweise von 1 × 10^–3 bis 0,5 m²h^–1Pa^–1, mehr bevorzugt von 5 × 10^–3 bis 0,1 m²h^–1Pa^–1. Wenn die gehärtete Form von Calciumsilicat eine Gas-Permeabilität innerhalb des oben erwähnten Bereichs hat, wird es möglich, die gehärtete Form von Calciumsilicat als Material für eine dynamische Isolierung zu verwenden, das den Wärmeübergangskoeffizienten wesentlich zu reduzieren vermag, während es eine Ventilation stattfinden lässt. Wenn die gehärtete Form von Calciumsilicat eine Gas-Permeabilität von weniger als 5 × 10^–4 m²h^–1Pa^–1 hat, werden Nachteile dahingehend bewirkt, dass die gehärtete Form von Calciumsilicat die Außenluft nicht nach innen einführen kann, so dass sie nicht als Material für eine dynamische Isolierung funktioniert, und dass die Fähigkeit zur Ventilation beeinträchtigt wird. Wenn die gehärtete Form von Calciumsilicat beispielsweise mittels eines in WO 02/066693 (oben erwähnt) beschriebenen Verfahrens hergestellt wird, hat die gehärtete Form von Calciumsilicat eine Gas-Permeabilität von weniger als 5 × 10^–4 m²h^–1Pa^–1 und funktioniert damit nicht als Material für eine dynamische Isolierung. Wenn andererseits die gehärtete Form von Calciumsilicat eine Gas-Permeabilität von mehr als 1 m²h^–1Pa^–1 besitzt, wird die Durchflussgeschwindigkeit der durch die gehärtete Form von Calciumsilicat hindurchgehenden Außenluft zu hoch, was die Durchführung des Vorheizens der Ventilationsluft (Außenluft, die in das Innere des Gebäudes eingeleitet wird) erschwert. Außerdem wird dann, wenn die gehärtete Form von Calciumsilicat eine zu hohe Gas-Permeabilität aufweist, die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Wand zu klein, was es unmöglich macht, einen befriedigenden Luftstrom innerhalb der gehärteten Form von Calciumsilicat zu bewirken, der für eine Durchführung der dynamischen Isolierung benötigt wird.
Speziell in der vorliegenden Erfindung kann die Gas-Permeabilität der gehärteten Form von Calciumsilicat wie folgt bestimmt werden. Eine zylindrische Probe der gehärteten Form von Calciumsilicat (Länge: L; Querschnittsfläche: S) wird hergestellt, und die Oberflächen der zylindrischen Probe, außer den Oberflächen an ihren beiden Enden, werden mit einem Epoxy-Harz versiegelt. Dann werden unter Verwendung einer Vakuumpumpe die Drücke an den beiden Enden (mit unversiegelten Flächen) der zylindrischen Probe so reguliert, dass sie dafür sorgen, dass ein Luftstrom in der Probe stattfindet, und wenn die Druckdifferenz zwischen den beiden Enden der Probe 1 kPa wird, wird die Durchflussgeschwindigkeit der Luft in der Probe gemessen. Aus der gemessenen Durchflussgeschwindigkeit der Luft wird die Gas-Permeabilität mittels der nachstehenden Formel (1) berechnet: Gas-Permeabilität (m2h–1Pa–1) = W × L / S / ΔP (1),worin
W = Durchflussgeschwindigkeit der Luft (m³h^–1);
L = Länge der Probe (m);
S: = Querschnittsfläche der Probe (m²); und
Δ P = Druckdifferenz (Pa).
Hiernach werden Erläuterungen hinsichtlich der Methode zur Messung der Gas-Permeabilität unter Bezugnahme auf 3 gegeben.
Die Probe 1 wird in einen Probenhalter 2 platziert, der mit einer Gummi-Packung auf seiner inneren Oberfläche ausgestattet ist, wobei die Gummi-Packung das Innere des Probenhalters 2 durch Komprimieren von Luft dicht zu verschließen vermag. Dann wird der Druck in dem Druck-Reguliergefäß 5 mittels des Druck-Regulierventils 4 unter Einsatz der Vakuumpumpe 3 reguliert. Wenn die mittels des Differenzdruck-Messgeräts 6 gemessene Druckdifferenz 1 kPa beträgt, wird die Durchflussgeschwindigkeit mittels des Durchfluss-Messgeräts 7 gemessen. Aus der gemessenen Durchflussgeschwindigkeit der Luft in der Probe wird die Gas-Permeabilität mit Hilfe der vorstehenden Formel (1) berechnet.
Die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung umfasst hauptsächlich Tobermorit (5 CaO·6 SiO₂·5 H₂O) und zeigt ein Pulver-Röntgenbeugungsdiagramm, in dem im Hinblick auf die Intensität des Beugungsmaximums Ib, das der (220)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben wird, und die minimale Beugungsintensität Ia, die in dem Bereich des Beugungswinkels zwischen den zwei Beugungsmaxima beobachtet wird, die jeweils der (220)-Ebene und der (022)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben werden, der Wert von Ib / Ia vorzugsweise 3 oder mehr, mehr bevorzugt 4 oder mehr, beträgt. In der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "Pulver-Röntgenbeugungsdiagramm" ein Pulver-Röntgenbeugungsdiagramm, das unter Einsatz von Cu-Kα-Strahlung als Röntgenstrahlung erhalten wurde.
Ob in der vorliegenden Erfindung eine gehärtete Form von Calciumsilicat hauptsächlich aus Tobermorit besteht oder nicht, wird anhand der Beobachtung eines Querschnitts der gehärteten Form von Calciumsilicat mittels eines Raster-Elektronenmikroskops und einer Analyse der gehärteten Form von Calciumsilicat mittels Pulver-Röntgenbeugung beurteilt. Im Einzelnen wird diese Beurteilung durchgeführt, wie folgt.
Wenn Erstens in dem Pulver-Röntgenbeugungsdiagramm der gehärteten Form von Calciumsilicat kein Beugungsmaximum mit einer größeren Intensität als derjenigen des Beugungsmaximums, das der (220)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben wird, vorliegt (d.h. einer höheren als der maximalen Intensität unter den Intensitäten, die den Ebenen des Tobermorits zugeschrieben werden), wird geurteilt, dass die gehärtete Form von Calciumsilicat hauptsächlich Tobermorit umfasst. Es sollte jedoch beachtet werden, dass es dann, wenn die gehärtete Form von Calciumsilicat weiterhin wenigstens eine koexistierende, hochgradig kristalline Substanz enthält, die aus der aus kristallinem Siliciumdioxid, Calciumcarbonat und Gips bestehenden Gruppe ausgewählt ist, möglich ist, dass die Intensität des Beugungsmaximums, das der koexistierenden Substanz zugeschrieben wird, die Intensität des Beugungsmaximums, das der (220)-Ebene des Tobermorits übersteigt, sogar dann, wenn die gehärtete Form von Calciumsilicat hauptsächlich Tobermorit umfasst (wobei dann, wenn die gehärtete Form von Calciumsilicat zwei oder mehr koexistierende Substanzen enthält, die Intensität des Beugungsmaximums, das der koexistierenden Substanz zugeschrieben wird, die maximale Intensität unter den Intensitäten der Beugungsmaxima bedeutet, die den koexistierenden Substanzen zugeschrieben werden). Aus diesem Grunde wird zweitens ein Querschnitt der gehärteten Form mittels eines Raster-Elektronenmikroskops bei einer 2500fachen Vergrößerung beobachtet, wie folgt. 20 Teilstücke mit jeweils einer Fläche von 35,4 μm × 18,9 μm) werden nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, wobei jedes der 20 Teilstücke sich in der Matrix der gehärteten Form befindet, wobei die Matrix, anders als Teilstücke mit groben Zellen, durch die Verwendung eines (unten beschriebenen) schaumbildenden Mittels gebildet ist. Dann werden die 20 Teilstücke mit Hilfe eines Raster-Elektronenmikroskops bei einer 2500fachen Vergrößerung beobachtet. Für jedes der 20 Teilstücke (die jeweils eine Fläche von 35,4 μm × 18,9 μm haben) wird der Anteil (%) derjenigen Fläche des Teilstücks erhalten, die von den plattenförmigen und streifenförmigen Teilchen des Tobermorits eingenommen wird; danach erfolgt die Berechnung des Mittelwertes der so erhaltenen 20 Flächenanteile. Wenn der Mittelwert der 20 Flächenanteile 50 % oder mehr beträgt, wird entschieden, dass die gehärtete Form hauptsächlich aus Tobermorit besteht. Vorzugsweise beträgt der Mittelwert der 20 Flächenanteile 60 % oder mehr, mehr bevorzugt 80 % oder mehr. Hierin bedeutet "Teilstück mit groben Zellen" eine grobe Zelle selbst plus ein Teilstück in ihrer Nachbarschaft innerhalb eines Abstands von der groben Zelle von etwa 5 μm. Da ein Teilstück mit groben Zellen einen Leerraum aufweist, ist es wahrscheinlich, dass Tobermorit in dem Teilstück mit groben Zellen gebildet wird. Selbst in dem Fall, in dem die gehärtete Form von Calciumsilicat die oben erwähnte wenigstens eine ko-existierende hochgradig kristalline Substanz sowie Tobermorit enthält und in dem der oben genannte Mittelwert der 20 Flächenanteile 50 % oder mehr beträgt, ist es bevorzugt, dass die gehärtete Form von Calciumsilicat ein Pulver-Röntgenbeugungsdiagramm zeigt, in dem die Intensität des Beugungsmaximums Ib, die der (220)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben wird, und die der koexistierenden hochgradig kristallinen Substanz zugeschriebene Beugungsintensität Ic die Beziehung Ic / Ib ≤ 3, vorteilhafter Ic / Ib ≤ 2, erfüllen; hierin bedeutet, sofern die gehärtete Form von Calciumsilicat zwei oder mehr der koexistierenden Substanzen enthält, die Intensität Ic die maximale Intensität unter den Intensitäten der Beugungsmaxima, die den koexistierenden Substanzen zugeschrieben werden. Bei der oben erwähnten Beobachtung mit Hilfe eines Raster-Elektronenmikroskops mit 2500facher Vergrößerung bedeutet der Ausdruck "plattenförmiges oder streifenförmiges Teilchen des Tobermorits" ein Teilchen, das die folgenden Kennzeichen besitzt. Das Tobermorit-Teilchen wird weiter mit dem Raster-Elektronenmikroskop mit 5000facher Vergrößerung untersucht. Der Abstand zwischen zwei Oberflächen des Teilchens, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, ist gleich der minimalen Länge des Teilchens (hiernach wird die minimale Länge des Teilchens häufig als "Dicke" des Teilchens bezeichnet). Wenn die maximale Länge des Teilchens das 5fache der minimalen Länge des Teilchens beträgt oder noch größer ist, wird das Teilchen als plattenförmiges oder streifenförmiges Teilchen des Tobermorits bezeichnet. Es erübrigt sich zu sagen, dass die maximale Länge und die Dicke des Teilchens jeweils eine zweidimensional projizierte Länge bedeuten. Hinsichtlich der Größe des Tobermorit-Teilchens gibt es keine besondere Einschränkung. Es wird jedoch bevorzugt, dass die maximale Länge des Tobermorit-Teilchens mehrere Mikrometer bis 10 μm beträgt.
Im Allgemeinen koexistiert Tobermorit mit einem niedrigkristallinen Calciumsilicat-Hydrat (im Folgenden als "CSH" bezeichnet). Es ist bekannt, dass CSH verschiedene Teilchenformen annimmt. Da CSH im Allgemeinen in Teilchenform vorliegt, etwa als Faser, Granulat oder Masse, kann CSH anhand der Beobachtung unter einem Elektronenmikroskop eindeutig von Tobermorit-Teilchen unterschieden werden. Die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung kann ein solches CSH enthalten, so lange das Gerüst des Tobermorits nicht zerbrochen wird. Die Anwesenheit von CSH in der gehärteten Form von Calciumsilicat kann jedoch verschiedene Eigenschaften der gehärteten Form (wie die Festigkeit, Witterungsbeständigkeit und Haltbarkeit), die für einen Baustoff erforderlich sind, beeinträchtigen. Wenn ein CSH in einer großen Menge in der gehärteten Form von Calciumsilicat enthalten ist, wird die Maßhaltigkeit der gehärteten Form von Calciumsilicat nach Wiederholung des Trocknens und Befeuchtens gemindert. Wenn man die gehärtete Form von Calciumsilicat lange Zeit an der Luft stehen lässt, ist es weiterhin wahrscheinlich, dass CSH zu Calciumcarbonat und amorphem Silicat zersetzt wird, da CSH für eine Reaktion der Carbonatisierung mit dem Kohlenstoffdioxid der Luft anfällig ist. Die Reaktion der Carbonatisierung ist von einer Volumenschrumpfung der gehärteten Form von Calciumsilicat begleitet, so dass die gehärtete Form von Calciumsilicat an Rissbildung und Strukturverschlechterung leidet. Aus diesem Grunde wird bevorzugt, dass der CSH-Gehalt der gehärteten Form von Calciumsilicat so klein wie möglich ist, selbst dann, wenn man aufgrund der Beobachtung eines Querschnitts der gehärteten Form von Calciumsilicat mittels eines Raster-Elektronenmikroskops und Analyse der gehärteten Form von Calciumsilicat mittels Pulver-Röntgenbeugung entscheidet, dass eine gehärtete Form von Calciumsilicat hauptsächlich Tobermorit enthält.
Wie oben erwähnt wurde, können CSH-Teilchen leicht von Tobermorit-Teilchen aufgrund der Beobachtung unter dem Elektronenmikroskop unterschieden werden. Da CSH jedoch verschiedene Teilchenformen annimmt, ist es manchmal schwierig, aufgrund der Beobachtung unter dem Elektronenmikroskop CSH-Teilchen eindeutig zu unterscheiden von anderen koexistierenden, von CSH verschiedenen Substanzen, wie faserigem Gips und teilchenförmigen Calciumcarbonat, die in sehr kleinen Mengen vorhanden sind. Deshalb ist es schwierig, den CSH-Gehalt durch elektronenmikroskopische Beobachtung zu bestimmen. In dem Pulver-Röntgenbeugungsdiagramm einer gehärteten Form von Calciumsilicat, in der CSH mit Tobermorit koexistiert, wird ein dem CSH zugeschriebenes breites Beugungsmaximum in dem Bereich des Beugungswinkels zwischen den zwei Beugungsmaxima beobachtet, die jeweils der (220)-Ebene und der (222)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben werden. Dieses dem CSH zugeschriebene Beugungsmaximum erscheint im Allgemeinen bei einem Winkel im Bereich von etwa 29,1° bis 29,4° (2 θ). Wenn die Menge des CSH kleiner als diejenige des Tobermorits ist, geht das dem CSH zugeschriebene Beugungsmaximum in einem dem Tobermorit zugeschriebenen Beugungsmaximum auf, so dass es im Allgemeinen unmöglich ist, die Intensität des dem CSH zugeschriebenen Beugungsmaximums zu messen.
Wenn andererseits eine große Menge CSH in der gehärteten Form von Calciumsilicat enthalten ist, sind die Beugungsintensitäten in dem Bereich des Beugungswinkels zwischen den zwei Beugungsmaxima, die jeweils der (220)-Ebene und der (222)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben werden, höher als diejenigen des Hintergrundes, so dass beurteilt werden kann, ob eine große Menge CSH in der gehärteten Form von Calciumsilicat enthalten ist oder nicht. Wenn die gehärtete Form von Calciumsilicat kein CSH enthält und hauptsächlich aus hochgradig kristallinem Tobermorit besteht, ist das Minimum der Beugungsintensität in dem oben genannten Winkelbereich gleich der Intensität des Hintergrundes.
Weiterhin wird selbst in dem Fall, in dem kein CSH in der gehärteten Form von Calciumsilicat enthalten ist, das Verhältnis Ib/Ia klein, wenn die Kristallinität des Tobermorits niedrig ist. Der Grund hierfür ist, dass die Beugungsmaxima, die jeweils der (220)-Ebene und der (222)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben werden, dicht beieinander liegen, so dass die zwei Maxima sich an ihrer jeweiligen Basis überlappen. Wenn die Kristallinität des Tobermorits niedrig ist, sind die Festigkeit und die Witterungsbeständigkeit der gehärteten Form von Calciumsilicat vermindert.
Aus diesem Grunde ist, wenn kein CSH in der gehärteten Form von Calciumsilicat enthalten ist, die Kristallinität des Tobermorits umso höher, je größer das Verhältnis Ib/Ia {d.h. das Verhältnis der Intensität des Beugungsmaximums Ib, das der (220)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben wird, zu der minimale Beugungsintensität Ia, die in dem Bereich des Beugungswinkels zwischen den zwei Beugungsmaxima beobachtet wird, die jeweils der (220)-Ebene und der (222)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben werden} ist. Wenn CSH in der gehärteten Form von Calciumsilicat enthalten ist, sind die Kristallinität des Tobermorits umso höher und der CSH-Gehalt in der gehärteten Form des Calciumsilicats umso niedriger, je größer das Verhältnis Ib/Ia ist. Jede der Intensitäten Ia und Ib schließt die Intensitäten des Hintergrundes ein. Beispiele für die Werte von Ia und Ib sind in 1 angegeben.
Es wird bevorzugt, dass die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung (die eine niedrige relative Dichte hat), ein Pulver-Röntgenbeugungsdiagramm zeigt, in dem das Verhältnis der Intensität des Beugungsmaximums I(002), das der (002)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben wird, zu der Intensität des Beugungsmaximums I(220), das der (220)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben wird, die Beziehung I(002)/I(220) ≥ 0,25, mit größerem Vorteil I(002)/I(220) ≥ 0,30, erfüllt. Es wird angenommen, dass in einem plattenförmigen oder streifenförmigen Teilchen des Tobermorits die Richtung der Dicke (d.h. die Richtung senkrecht zu der Ebene) des Teilchens die C-Achse des Kristalls ist. Daher wird, wenn relative Intensität von I(002) zu I(220) zunimmt, die relative Regelmäßigkeit bezüglich der C-Achse des Kristalls verbessert, so dass die Dicke des plattenförmigen oder streifenförmigen Kristalls erhöht wird. In der JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standard) Card No. 19-1364 wird beschrieben, dass das Verhältnis I(002)/I(220) in einem idealen Tobermorit-Kristall 0,8 beträgt. Wenn sich das Verhältnis I(002)/I(220) dem Wert 0,8 nähert, nimmt die Dicke des Tobermorits zu, so dass die Festigkeit des Kristalls zunimmt, was zu einer Zunahme der Festigkeit der gehärteten Form von Calciumsilicat führt. Die Methoden zur Berechnung von I(002) und I(220) sind in 2 dargestellt. I(002) ist eine echte Beugungsintensität, die durch die lineare Näherung des Hintergrundes um die Beugungswinkel von 6° bis 9° (2 Θ) erhalten wurde. In ähnlicher Weise ist I(220) eine echte Beugungsintensität, die durch die lineare Näherung des Hintergrundes um die Beugungswinkel von 20° bis 40° (2 Θ) erhalten wurde.
In der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass die gehärtete Form von Calciumsilicat eine scheinbare relative Dichte von 0,05 bis 0,25, vorteilhafter von 0,05 bis 0,2 und noch vorteilhafter von 0,05 bis 0,18, aufweist. In der vorliegenden Erfindung bedeutet die "scheinbare relative Dichte" diejenige scheinbare relative Dichte, die nach dem 24-stündigen Trocknen bei 105°C der gehärteten Form von Calciumsilicat gemessen wurde, d.h. die relative Dichte im absolut trockenen Zustand.
Die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung kann eine beträchtliche Menge Zellen enthalten, oder auch nicht. Es wird bevorzugt, dass die gehärtete Form von Calciumsilicat eine wesentliche Menge Zellen enthält. Der Begriff "Zelle" bezeichnet eine Zelle, die unter Verwendung von Aluminium-Pulver als schaumbildendes Mittel, das herkömmlicherweise bei der Herstellung eines autoklavierten Leichtbetons verwendet wird, gebildet wird, oder eine Zelle, die unter Verwendung eines Tensids gebildet wird, das als vorschäumendes Mittel bei einem Vorschäumungsverfahren zur Herstellung eines autoklavierten Leichtbetons verwendet wird.
Wenn die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung eine wesentliche Menge Zellen enthält, wird es bevorzugt, dass die gehärtete Form von Calciumsilicat Poren in dem von den Zellen verschiedenen Teilstück, d.h. dem ihr Gerüst (ihre Matrix) bildenden Teil, enthält. Weiterhin wird es bevorzugt, dass die Dicke der Matrix zwischen den Zellen klein ist.
Die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung kann vorteilhaft als Wandmaterial für Gebäude verwendet werden, wie etwa das oben erwähnte Material für eine dynamische Isolierung, eine gewöhnliches Wärmeisolierungsmaterial und ein Schall absorbierendes Material. Wenn die gehärtete Form von Calciumsilicat als Wandmaterial für Gebäude eingesetzt wird, wird es bevorzugt, dass die gehärtete Form von Calciumsilicat in Form einer Platte vorliegt. Bezüglich der Größe und Dicke einer solchen Platte gibt es keine besondere Einschränkung, so lange die Form der Platte eingehalten werden kann. Wenn die gehärtete Form von Calciumsilicat in Form einer Platte vorliegt, wird es leicht, die bei der Technik der dynamischen Isolierung erforderliche Luftdichtigkeit sicherzustellen und das Bearbeiten derselben zu erleichtern.
Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung der gehärteten Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung erläutert.
Eine gehärtete Form von Calciumsilicat kann mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt werden, das die folgenden Schritte (1) bis (4) umfasst:
(1) das Bereitstellen einer Wasser und ein Feststoffgemisch umfassenden wässrigen Aufschlämmung, wobei das Feststoffgemisch im Wesentlichen aus einem siliciumhaltigen Material, einem zementartigen Material, wenigstens einer Aluminium-Verbindung, die aus der aus Aluminiumsulfat und einem Hydrat desselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist, wenigstens einer Sulfat-Verbindung, die aus der aus anderen Sulfaten als Aluminiumsulfat und dessen Hydraten bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und gegebenenfalls einem kalkartigen Material besteht, worin die wenigstens eine Aluminium-Verbindung in der wässrigen Aufschlämmung in einer Menge von 0,09 bis 10 Gew.-%, angegeben als Menge Al₂O₃, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, enthalten ist, und die von Aluminiumsulfat und einem Hydrat desselben verschiedene Sulfat-Verbindung in der wässrigen Aufschlämmung in einer Menge von 0,15 bis 15 Gew.-%, angegeben als Menge SO₃, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, enthalten ist, wobei die Menge des SO₃ die Summe der Menge SO₃, die der wenigstens einen Aluminium-Verbindung entspricht, und der Menge SO₃ ist, die der von Aluminiumsulfat und dessen Hydrat verschiedenen Sulfat-Verbindung entspricht,
worin das Gewichts-Verhältnis des Wassers zu dem Feststoffgemisch von 2,3 bis 5,5 beträgt, und
worin das Verhältnis des Gewichts des kalkartigen Materials zu dem Gewicht des zementartigen Materials 0,6 oder kleiner ist,
(2) das Hinzufügen eines schaumbildenden Mittels zu der wässrigen Aufschlämmung,
(3) das Gießen der wässrigen Aufschlämmung in ein Formwerkzeug und
(4) das Vorhärten der wässrigen Aufschlämmung und danach das Autoklavieren.
In der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff siliciumhaltiges Material ein Material, das 70 Gew.-% oder mehr SiO₂ und Metalloxide wie Aluminiumoxid als von SiO₂ verschiedene Komponenten enthält. Beispiele für siliciumhaltige Materialien schließen die Folgenden ein: Ein massives siliciumhaltiges Material; siliciumhaltigen Sand; Quarz; Gestein mit einem hohen Gehalt an siliciumhaltigem Material; siliciumhaltigen Sand oder Quarz; Diatomeenerde; pyrogenes Silicium (Quarzstaub); Flugasche; natürliches Ton-Mineral; und ein Calcinierungsprodukt von Diatomeenerde, Quarzstaub, Flugasche oder einem natürlichen Ton-Mineral. Von diesen sind massives siliciumhaltiges Material; siliciumhaltiger Sand; Quarz; Gestein mit einem hohen Gehalt an siliciumhaltigen Material; siliciumhaltiger Sand oder Quarz kristalline siliciumhaltige Stoffe. Der Begriff "kristallines siliciumhaltiges Material" bezeichnet ein siliciumhaltiges Material, das ein Pulver-Röntgenbeugungsdiagramm zeigt, in dem scharfe Beugungsmaxima, die für α-Quarz, Cristobalit und dergleichen charakteristisch sind, beobachtet werden. Andererseits bedeutet "amorphes siliciumhaltiges Material" ein siliciumhaltiges Material, das ein Pulver-Röntgenbeugungsdiagramm zeigt, in dem scharfe Beugungsmaxima nicht beobachtet werden. Zu Beispielen für amorphe siliciumhaltige Materialien zählen Diatomeenerde, Quarzstaub und Flugasche.
In der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff "zementartiges Material" einen Zement, der hauptsächlich aus einer Silicat-Komponente und einer Calcium-Komponente zusammengesetzt ist. Zu Beispielen für zementartige Materialien zählen gewöhnlicher Portland-Zement, Portland-Zement mit einer hohen Früh-Festigkeit und ein Belit-Zement. Der Begriff "kalkartiges Material" bezeichnet ein kalkhaltiges Material, das 50 Gew.-% oder mehr Ätzkalk (CaO) und weitere kalkartige, von Ätzkalk (CaO) verschiedene kalkartige Komponenten, wie Löschkalk [Ca(OH)₂] und Calciumcarbonat (CaCO₃) enthält.
In der vorliegenden Erfindung bezeichnet weiterhin der Begriff "Aluminiumsulfat" eine Substanz, die durch die Formel Al₂(SO₄)₃ repräsentiert wird. Der Begriff "Hydrat von Aluminiumsulfat" bezeichnet ein Hydratisierungsprodukt von Aluminiumsulfat. Zu Beispielen für Hydrate von Aluminiumsulfat, gehören eine Substanz, die das Aluminiumsulfat und Kristallwasser umfasst, wie eine Substanz, die durch die Formel Al₂(SO₄)₃·17 H₂O repräsentiert wird. Jedes Aluminiumsulfat und sein Hydrat kann in Form eines Pulvers oder einer Aufschlämmung verwendet werden. In der vorliegenden Erfindung ist es erforderlich, dass die Menge von Al₂(SO₄)₃ in dem Hydrat von Aluminiumsulfat 80 Gew.-% oder mehr, bezogen auf das Gewicht des Hydrats beträgt, wobei das Gewicht des Kristallwassers aus dem Gewicht des Hydrats ausgeschlossen wird. Das Aluminiumsulfat oder dessen Hydrat wird in einer Menge von 0,09 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 0,2 bis 10 Gew.-% , mehr bevorzugt von 0,5 bis 8 Gew.-%, angegeben als Menge Al₂O₃, bezogen aus das Gesamt-Gewicht der Feststoffe, eingesetzt.
Hinsichtlich der oben erwähnten, von Aluminiumsulfat verschiedenen Sulfat-Verbindung besteht keine besondere Einschränkung, sofern die Sulfat-Verbindung SO₃ oder SO₄ enthält. Zu Beispielen für solche Sulfat-Verbindungen zählen schweflige Säure; Schwefelsäure; Anhydrit-Gips (CaSO₄), Hydrate von Gips wie Gips-Dihydrat (CaSO₄·2 H₂O) und Gips-Hemihydrat (CaSO₄·½ N₂O); Erdalkalimetallsulfate wie Magnesiumsulfat, Alkalimetallsulfate wie Natriumsulfat; und von Erdalkalimetallsulfaten und Alkalimetallsulfaten verschiedene Metallsulfate wie Kupfersulfat und Silbersulfat. Die oben genannten Sulfat-Verbindungen können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Es wird jedoch bevorzugt, Gips-Dihydrat oder ein Hydrat davon zu verwenden. Die Menge der wenigstens einen Sulfat-Verbindung in der wässrigen Aufschlämmung beträgt 0,15 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 10 Gew.-%, angegeben als Menge SO₃, bezogen auf das Gesamt-Gewicht der festen Stoffe, wobei die Menge des SO₃ die Summe der Menge des SO₃, die der wenigstens einen Aluminium-Verbindung entspricht, und der Menge des SO₃ ist, die der wenigstens einen Sulfat-Verbindung entspricht.
Ferner ist in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung das Gewichts-Verhältnis des oben erwähnten kalkartigen Materials zu dem zementartigen Material 0,6 oder kleiner, vorzugsweise 0,4 oder kleiner und am meisten bevorzugt 0,3 oder kleiner, angegeben als Menge CaO. Jedoch selbst dann, wenn das Gewichts-Verhältnis des oben erwähnten kalkartigen Materials zu dem zementartigen Material größer als 0,6 ist, kann die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, indem wenigstens zwei Additive, die aus der aus einem Tensid, einem Viskositätsregler und einem Antischaummittel bestehenden Gruppe ausgewählt sind, zu der oben genannten wässrigen Aufschlämmung hinzugefügt werden. Im Hinblick auf die Addition der oben genannten Additive werden die Zugabe des Viskositätsreglers und die Zugabe des Antischaummittels nach dem Schritt (1) und vor dem Schritt (2) durchgeführt, und die Zugabe des Tensids wird gleichzeitig mit der Zugabe des schaumbildenden Mittels in Schritt (2) durchgeführt. Weiterhin kann in der vorliegenden Erfindung selbst dann, wenn das Gewichts-Verhältnis des oben erwähnten kalkartigen Materials zu dem zementartigen Material 0,6 oder kleiner ist, die Addition der oben genannten Additive in der gleichen Weise durchgeführt werden, wie sie oben in Verbindung mit dem Fall erwähnt wurde, in dem das Gewichts-Verhältnis des kalkartigen Materials zu dem zementartigen Material größer als 0,6 ist.
Zu Beispielen für die Tenside zählen anionische Tenside, wie das Sulfat eines höheren Alkohols und das Natriumsulfat eines höheren Alkohols, und nichtionische Tenside, wie ein Polyoxyethylenalkylether. Das Tensid wird in einer Menge von 0,01 bis 200 Gew.-%, vorzugsweise von 0,1 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der in dem schaumbildenden Mittel enthaltenen Feststoffe, wird verwendet.
Der oben genannte Viskositätsregler ist wenigstens eine Verbindung, die aus der aus Methylcellulose und Polyvinylalkohol bestehenden Gruppe ausgewählt ist. Der Viskositätsregler in einer Menge von 0,01 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise von 0,02 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, verwendet.
Zu Beispielen für die Antischaummittel zählen Silicone, wie Dimethylsilicon und ein alkyl-modifiziertes Silicon, das dadurch gebildet wird, dass die Methyl-Gruppe(n) eines Dimethylsilicons durch einen Kohlenwasserstoff mit zwei oder mehr Kohlenstoff-Atomen ersetzt werden; aliphatische Säuren, wie eine aliphatische Säure mit einem Glycerin-Gerüst; aliphatische Ester, wie Glycerinester aliphatischer Säuren und Saccharoseester aliphatischer Säuren; höhere Alkohole, wie Octylalkohole; Phosphorsäureester, wie aromatische Phosphorsäureester und aliphatische Phosphorsäureester. Von diesen Antischaummitteln wird, unter dem Gesichtspunkt, der gehärteten Form von Calciumsilicat Wasserabweisungsvermögen zu verleihen, die Verwendung von Siliconen, insbesondere eines Dimethylsilicons und eines alkyl-modifizierten Silicons, bevorzugt. Das Antischaummittel wird in einer Menge von 0,001 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise von 0,005 bis 2 Gew.-% und noch mehr bevorzugt von 0,01 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, verwendet.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist es notwendig, dass das Gewichts-Verhältnis des Wassers zu dem oben genannten Feststoffgemisch (d.h. das Verhältnis Wasser/Feststoffe der wässrigen Aufschlämmung) in dem Bereich von 2,3 bis 5,5 liegt. Wenn die wässrige Aufschlämmung ein kleineres Verhältnis Wasser/Feststoffe als 2,3 aufweist, wird es unmöglich, einen geformten Gegenstand (d.h. eine gehärtete Form von Calciumsilicat) zu erhalten, die eine scheinbare relative Dichte innerhalb des in der vorliegenden Erfindung erwünschten Bereichs hat, und der erhaltene geformte Gegenstand neigt dazu, eine zu hohe Wärmeleitfähigkeit zu besitzen. Wenn andererseits die wässrige Aufschlämmung ein größeres Verhältnis Wasser/Feststoffe als 5,5 aufweist, besteht die Tendenz, dass das Feststoffgemisch und das Wasser in der wässrigen Aufschlämmung von einander getrennt werden, so dass ein geformter Gegenstand nicht erhalten werden kann.
In der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff "schaumbildendes Mittel" ein Aluminium-Pulver oder dergleichen, die allgemein bei der Herstellung eines autoklavierten Leichtbetons verwendet werden. Die Form des Aluminium-Pulvers unterliegt keiner besonderen Einschränkung, und das Aluminium-Pulver kann in jeder beliebigen Form verwendet werden, die bei den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines autoklavierten Leichtbetons eingesetzt wird. Beispiele für ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung eines autoklavierten Leichtbetons sind ein Verfahren, bei dem ein Aluminium-Pulver als solches als schaumbildendes Mittel zugesetzt wird; ein Verfahren, bei dem ein Aluminium-Pulver zuvor mit Wasser vermischt wird (ein Teil des Wassers, das zur Herstellung einer wässrigen Aufschlämmung zu verwenden ist, die Rohstoffe für einen autoklavierten Leichtbeton enthält), um eine Aluminium-Aufschlämmung zu erhalten und dadurch die Dispergierbarkeit des Aluminium-Pulvers in der Rohstoffe enthaltenden wässrigen Aufschlämmung zu verbessern; und ein Verfahren, bei dem eine Aluminium-Paste zur Herstellung eines autoklavierten Leichtbetons als schaumbildendes Mittel zugesetzt wird (siehe US-Patent 4 318 270). Hierin bezeichnet der Begriff "Aluminium-Aufschlämmung" eine wässrige Dispersion eines Aluminium-Pulvers. Die oben genannte Aluminium-Aufschlämmung enthält ein Aluminium-Pulver in einer Menge von 0,1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise von 1 bis 30 Gew.-% und noch mehr bevorzugt von 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des in der Aluminium-Aufschlämmung enthaltenen Wassers. Das schaumbildende Mittel wird in einer Menge von 0,03 bis 0,95 Gew.-%, vorzugsweise von 0,05 bis 0,7 Gew.-% und noch mehr bevorzugt von 0,08 bis 0,5 Gew.-%, angegeben als Gew.-Prozentsatz der in dem schaumbildenden Mittel enthaltenen Feststoffe, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs. Das Volumen-Verhältnis der geschäumten wässrigen Aufschlämmung zu der wässrigen Mischung vor dem Aufschäumen beträgt vorzugsweise 1,5 bis 4,0, mehr bevorzugt 2,0 bis 3,5 und am meisten bevorzugt 2,5 bis 3,5.
In der wässrigen Aufschlämmung, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zuerst bereitgestellt wird, beträgt das Stoffmengen-Verhältnis von CaO zu SiO₂ (CaO/SiO₂-Verhältnis) vorzugsweise 0,5 bis 1,1, mehr bevorzugt 0,6 bis weniger als 1,0.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der gehärteten Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass 50 Gew.-% oder mehr des siliciumhaltigen Materials ein kristallines siliciumhaltiges Material ist. Es wird bevorzugt, als kristallines siliciumhaltiges Material eine fein pulverisierte Form eines massiven siliciumhaltigen Materials einzusetzen, das eine spezifische Oberfläche von 5 000 cm²/g oder mehr, vorteilhafter von 7 000 cm²/g oder mehr, aufweist, gemessen nach der Blaine-Permeationsmethode. Eine extrem fein pulverisierte Form des massiven siliciumhaltigen Materials ist deshalb nachteilig, weil eine solche Form des massiven siliciumhaltigen Materials schwierig zu handhaben ist. Aus diesem Grund wird es bevorzugt, dass die spezifische Oberfläche der fein pulverisierten Form des massiven siliciumhaltigen Materials 300 000 cm²/g oder weniger beträgt.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der gehärteten Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung wird eine ein Feststoffgemisch enthaltende wässrige Aufschlämmung gerührt, wobei das Feststoffgemisch im Wesentlichen aus einem siliciumhaltigen Material, einem zementartigen Material, wenigstens einer Aluminium-Verbindung, die aus der aus Aluminiumsulfat und einem Hydrat desselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist, einer Sulfat-Verbindung, die aus der aus anderen Sulfaten als Aluminiumsulfat und dessen Hydraten bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und gegebenenfalls einem kalkartigen Material besteht. Die Temperatur der wässrigen Aufschlämmung beträgt vorzugsweise 40°C bis 100°C, mehr bevorzugt 50°C bis 80°C. Weiterhin beträgt die Zeit für das Rühren der wässrigen Aufschlämmung vorzugsweise 2 min oder mehr, mehr bevorzugt 10 min oder mehr. Das Rühren der oben erwähnten, ein Feststoffgemisch umfassenden wässrigen Aufschlämmung kann mittels eines im Handel erhältlichen Mischers durchgeführt werden. Was einen solchen Mischer betrifft, so wird es bevorzugt, einen Mischer zu verwenden, der mit einem Hochgeschwindigkeitsrührblatt ausgerüstet ist und für niedrigviskosen Mörtel verwendbar ist, wie etwa ein mit einer Prallplatte ausgerüsteter Paddelmischer. Wenn bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die gesamte Menge des kalkartigen Materials (das ein wahlfreier Rohstoff ist) auf einmal mit dem siliciumhaltigen Material und dem zementartigen Material vermischt wird, besteht die Gefahr, dass das kalkartige Material die Rate der anfänglichen Hydratisierung des zementartigen Materials erniedrigt. Wenn beabsichtigt wird, das Vorhärten der wässrigen Aufschlämmung zu fördern, nachdem diese in das Formwerkzeug gegossen wurde, wird es deshalb bevorzugt, dass die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bereitzustellende mittels eines Verfahrens hergestellt wird, das die folgenden Schritte umfasst: (i) das Vermischen von Wasser mit einem Feststoffgemisch ohne das kalkartige Material oder mit einem Feststoffgemisch, das einen Teil des kalkartigen Materials enthält, um ein Gemisch in Form einer Aufschlämmung zu erhalten, wobei das Mischen 10 min bis weniger als 5 h bei einer Temperatur von 40°C bis 100°C erfolgt; (ii) das Hinzufügen des gesamten kalkartigen Materials oder des Rests des kalkartigen Materials zu der in Schritt (i) erhaltenen Mischung und anschließend das Vermischen während einer Zeitspanne von vorzugsweise 30 s bis 1 h, mehr bevorzugt von 1 bis 30 min, bei einer Temperatur von 40°C bis 100°C. Die resultierende wässrige Aufschlämmung wird in das Formwerkzeug gegossen. Im Folgenden wird die Beschickung der Rohstoffe in Schritt (i) als "Primärbeschickung" bezeichnet, und die Beschickung der Rohstoffe in Schritt (ii) wird als "Sekundärbeschickung" bezeichnet.
Es wird weiterhin bevorzugt, dass die oben erwähnte Aluminium-Verbindung mit Wasser und den anderen, von der Aluminium-Verbindung verschiedenen festen Stoffen in dem vorerwähnten Schritt (i) vermischt wird und die resultierende Mischung 10 min bis weniger als 5 h bei einer Temperatur von 40°C bis 100°C gerührt wird.
Für den zeitlichen Ablauf der Durchführung der Zugabe des Viskositätsreglers und des Antischaummittels gilt keine besondere Einschränkung, so lange die . Zugabe vor der Addition des schaumbildenden Mittels erfolgt. Es wird jedoch bevorzugt, dass die Zugabe des Viskositätsreglers und des Antischaummittels sofort nach dem Eintragen des Feststoffgemischs vorgenommen wird.
Weiterhin wird die Zugabe des Tensids zu der wässrigen Aufschlämmung gleichzeitig mit der Zugabe des schaumbildenden Mittels vorgenommen.
Es wird bevorzugt, dass das schaumbildende Mittel nach dem Eintragen des Feststoffgemischs zugegeben wird. Die Zeit für das Rühren der wässrigen Aufschlämmung, nachdem das schaumbildende Mittel zu ihr hinzugefügt wurde, beträgt vorzugsweise 10 s bis 3 min, mehr bevorzugt 20 s bis 1 min. Wenn die Rührdauer kürzer als 10 s ist, besteht die Tendenz, dass das schaumbildende in der wässrigen Aufschlämmung nicht gleichmäßig dispergiert werden kann, wodurch eine Vereinigung der Zellen zu groben Zellen bewirkt wird. Wenn andererseits die Rührdauer mehr als 3 min beträgt, besteht die Tendenz, dass eine ungünstige Reaktion des schaumbildenden Mittels stattfindet, die eine Vereinigung der Zellen und eine Entschäumung bewirkt.
Alternativ kann die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung auch mittels eines Vorschäumungsverfahrens erhalten werden. Zu bevorzugten Beispielen für Vorschäumungsverfahren zählen ein Verfahren, bei dem Luft in ein Vorschäumungsmittel oder eine wässrige Lösung desselben eingeleitet wird, um einen Schaum zu bilden, und anschließend der Schaum mit der oben erwähnten wässrigen Aufschlämmung vermischt wird {siehe die (ungeprüfte) Japanische Offenlegungsschrift Nr. Sho 63-285487}, und ein Verfahren, bei dem ein Vorschäumungsmittel mit der wässrigen Aufschlämmung vermischt wird und mit Hilfe einer Vorschäummaschine bewirkt wird, dass die resultierende Aufschlämmung einen Schaum aufweist. Bei dem Vorschäumungsverfahren wird ein schaumbildendes Mittel nicht verwendet; es ist jedoch notwendig, dass ein Viskositätsregler und ein Antischaummittel zugegeben werden. Bei dem Vorschäumungsverfahren können der Viskositätsregler und das Antischaummittel jeweils in den gleichen Mengen verwendet werden, wie sie oben im Zusammenhang mit dem Verfahren unter Verwendung eines schaumbildenden Mittels angegeben wurden. Der Typ des Vorschäumungsmittels unterliegt keiner speziellen Beschränkung, und ein herkömmliches Vorschäumungsmittel, wie es im Stand der Technik benutzt wird, kann verwendet werden. Zu Beispielen für ein Vorschäumungsmittel zählen ein Vorschäumungsmittel vom Typ eines synthetischen Tensids, ein Vorschäumungsmittel vom Typ einer Harzseife und ein Vorschäumungsmittel vom Typ eines Hydrolyseproteins.
In der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass die gehärtete Form von Calciumsilicat 0,1 bis 3,0 Gew.-% einer Wasser abweisenden Substanz enthält, um der gehärteten Form von Calciumsilicat Wasserabweisungsvermögen zu verleihen. Das Verfahren, durch das der gehärteten Form von Calciumsilicat durch die Verwendung einer Wasser abweisenden Substanz Wasserabweisungsvermögen verliehen wird, unterliegt keiner besonderen Beschränkung. Beispielsweise wird der Einsatz des so genannten "Dampfabscheidungsverfahrens" ("vapor deposition method") bevorzugt, bei dem ein so hoher Wasser-Kontaktwinkel wie 100° oder mehr erreicht werden kann.
Der Typ der Wasser abweisenden Substanz unterliegt keiner besonderen Beschränkung. Zu Beispielen für Wasser abweisende Substanzen zählen Siloxan-Verbindungen, Alkoxysilan-Verbindungen, Fettsäuren, Salze von Fettsäuren und Harz-Emulsionen, die wenigstens ein Harz umfassen, das aus der aus einem Epoxy-Harz, einem Urethan-Harz, einem Silicon-Harz, einem Vinylacetat-Harz, einem Acryl-Harz und einem Styrol/Butadien-Harz bestehenden Gruppe ausgewählt ist. Diese Wasser abweisenden Substanzen können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Von diesen Wasser abweisenden Substanzen sind die folgenden besonders bevorzugt: Siloxan-Verbindungen, wie Siliconöle (z.B. ein Polydimethylsiloxan, in dem die Methyl-Gruppe durch ein Wasserstoff-Atom, eine Phenyl-Gruppe, eine Trifluorpropyl-Gruppe oder dergleichen ersetzt sein kann); und Alkylalkoxysilan-Verbindungen, wie ein Alkylalkoxysilan (z.B. Methyltriethoxysilan, Ethyltriethoxysilan, Propyltriethoxysilan und Isobutyltriethoxysilan). Der Gehalt der Wasser abweisenden Substanz in der gehärteten Form von Calciumsilicat beträgt vorzugsweise 0,1 bis 3,0 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,5 bis 2 Gew.-%. Wenn der Gehalt der Wasser abweisenden Substanz kleiner als 0,1 Gew.-% ist, kann das gewünschte Wasserabweisungsvermögen nicht verliehen werden. Wenn andererseits der Gehalt der Wasser abweisenden Substanz größer als 3,0 Gew.-% ist, wird die Festigkeit der gehärteten Form von Calciumsilicat gemindert.
Die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung kann auch eine kleine Menge einer verstärkenden Faser, eines leichtgewichtigen Zuschlagstoffs, eines Harzes oder dergleichen enthalten, so lange die Eigenschaften der gehärteten Form des Calciumsilicats nicht beeinträchtigt werden. Die Verwendung einer verstärkenden Faser ist von Vorteil für die Verbesserung der Festigkeit der gehärteten Form von Calciumsilicat. Zu Beispielen für verstärkende Fasern zählen anorganische Fasern, wie eine Faser aus alkalibeständigem Glas, eine Kohlenstofffaser, eine Faser aus nicht rostendem Stahl, eine Keramik-Faser und eine Asbestfaser; und organische Fasern, wie eine Aramid-Faser, eine Vinylon-Faser, eine Polypropylen-Faser und eine Zellstofffaser. Diese verstärkenden Fasern können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Unter dem Gesichtspunkt der Erzielung der gewünschten Verstärkungsfähigkeit sind von diesen verstärkenden Fasern eine Aramid-Faser, eine Faser aus alkalibeständigem Glas und eine Kohlenstofffaser bevorzugt. Unter den Aramid-Fasern sind die p-Aramid-Fasern am meisten bevorzugt. Weiterhin ist unter dem Gesichtspunkt des Preis-Leistungs-Verhältnisses eine Zellulosefaser ebenfalls bevorzugt. Als Zellulosefaser wird ein pulverisierter Zellstoff besonders bevorzugt. Die Faserlänge der verstärkenden Faser unterliegt keiner besonderen Einschränkung. Unter dem Gesichtspunkt der Verstärkungsfähigkeit und Formbarkeit beträgt die Faserlänge der verstärkenden Faser jedoch vorzugsweise 1 bis 20 mm, mehr bevorzugt 3 bis 10 mm und noch mehr bevorzugt 5 bis 8 mm. Weiterhin unterliegt auch die Menge der verstärkenden Faser in der gehärteten Form von Calciumsilicat keiner besonderen Einschränkung. Die Menge der verstärkenden Faser in der gehärteten Form von Calciumsilicat beträgt vorzugsweise 0,05 bis 3 Vol.-%, mehr bevorzugt 0,1 bis 2 Vol.-%, bezogen auf das Volumen der gehärteten Form von Calciumsilicat, wobei das Volumen der gehärteten Form von Calciumsilicat das Volumen der darin enthaltenen Poren einschließt. Wenn die Menge der verstärkenden Fasern kleiner als 0,05 Vol.-% ist, wird die Verbesserung der Festigkeit der gehärteten Form von Calciumsilicat durch den Einsatz der verstärkenden Faser unbefriedigend. Wenn andererseits die Menge der verstärkenden Fasern größer als 3 Vol.-% ist, wird es wahrscheinlich, dass die Fasern während des Vermischens der Rohstoffe (einschließlich der verstärkenden Fasern) zur Herstellung der gehärteten Form des Calciumsilicats miteinander verschlungen werden und Faserbälle bilden, was ein gleichmäßiges Dispergieren der verstärkenden Faser in der gehärteten Form schwierig macht. Als leichtgewichtige Zuschlagstoffe können weiterhin irgendwelche derjenigen zur Verwendung kommen, die herkömmlicherweise eingesetzt werden, um das Gewicht von Beton-Materialien zu verringern, wie ein "Silastic Balloon" und Perlit. Die Menge des in der gehärteten Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung verwendeten leichtgewichtigen Zuschlagsstoffs unterliegt keiner besonderen Einschränkung; jedoch beträgt die Menge des leichtgewichtigen Zuschlagsstoffs vorzugsweise 0,1 bis 30 Gew.-%, mehr bevorzugt 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs. Weiterhin ist es bevorzugt, als Harz ein Harz mit Wärmebeständigkeit, wie ein Phenol-Harz oder Resol-Harz zu verwenden. Die Menge des in der gehärteten Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung verwendeten Harzes unterliegt keiner speziellen Einschränkung; die Menge des Harzes beträgt jedoch 0,1 bis 30 Gew.-%, mehr bevorzugt 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs.
Die durch Mischen der Rohstoffe erhaltene wässrige Aufschlämmung wird in das Formwerkzeug gegossen und vorgehärtet und danach autoklaviert. Gewünschtenfalls kann die oben erwähnte Wasser abweisende Substanz und die oben erwähnte verstärkende Faser in die wässrige Aufschlämmung eingearbeitet werden, bevor diese in das Formwerkzeug gegossen wird. Gewünschtenfalls kann in dem Formwerkzeug ein verstärkender Eisenstab oder ein verstärkendes Drahtnetz eingearbeitet sein. In diesem Falle wird es bevorzugt, dass der oben erwähnte Eisenstab oder das oben erwähnte verstärkende Drahtnetz einer Rostschutzbehandlung unterzogen wurde. Die wässrige Zusammensetzung in dem Formwerkzeug wird vorgehärtet, entweder mittels in der wässrigen Aufschlämmung selbst erzeugter Wärme oder mittels Erhitzen von außen. Es wird bevorzugt, dass das Vorhärten der wässrigen Aufschlämmung 1 bis 48 h oder mehr bei 40°C bis 100°C erfolgt. Als Formwerkzeug kann eine Autoklavierungskammer oder dergleichen verwendet werden. Es wird bevorzugt, dass das Vorhärten der wässrigen Aufschlämmung durchgeführt wird, während eine Verdampfung des Wassers in der wässrigen Aufschlämmung unterdrückt wird. Durch das Vorhärten wird eine vorgehärtete Form erhalten. Die erhaltene vorgehärtete Form wird dem Autoklavieren bei hoher Temperatur unter hohem Druck mittels eines Autoklaven unterzogen. Gewünschtenfalls wird vor dem Autoklavieren der vorgehärteten Form die vorgehärtete Form in eine gewünschte Form zugeschnitten. Das Zuschneiden der vorgehärteten Form kann mittels irgendeines herkömmlichen Verfahrens erfolgen, das allgemein bei der Herstellung eines autoklavierten Leichtbetons zur Anwendung gelangt. Zu Beispielen für solche herkömmlichen Verfahren zählt eine Verfahrensweise, bei der ein Draht verwendet wird. Es wird bevorzugt, dass das Autoklavieren der vorgehärteten Form bei einer Temperatur von 160°C (Manometer-Druck annähernd 5,3 kgf/cm²) bis 220°C (Manometer-Druck annähernd 22.6 kgf/cm²) durchgeführt wird. Die durch Autoklavieren der vorgehärteten Form erhaltene gehärtete Form wird getrocknet, wodurch die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
Die auf diese Weise erhaltene gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung zeigt gleichzeitig ein hohes Wärmeisoliervermögen und eine hohe Gas-Permeabilität. Aus diesem Grunde kann die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise als Material für eine dynamische Isolierung verwendet werden. Weiterhin besitzt die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung nicht nur hervorragende Eigenschaften in Bezug auf Verarbeitbarkeit, Preis-Leistungs-Verhältnis und hohe Festigkeit, sondern sie ist auch unbrennbar. Infolgedessen ist die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung für eine Verwendung als Material für eine dynamische Isolierung geeignet.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben, die nicht als eine Beschränkung des Umfangs der vorliegenden Erfindung aufgefasst werden sollten.
In den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden verschiedene Messungen und Analysen mittels nachstehenden Methoden durchgeführt.
[Wärmeleitfähigkeit]
Die Wärmeleitfähigkeit wurde gemäß JIS A-1412 mittels eines Wärmefluss-Messgeräts gemessen, wobei die Temperatur der kalten Platte 5°C betrug und die Temperatur der heißen Platte 35°C betrug. Der Probekörper hatte eine Größe von 200 mm × 200 mm × 25 mm (Dicke) und war zuvor bei 20°C bei einer Feuchtigkeit von 60 % aufbewahrt worden, bis sein Gewicht konstant geworden war.
[Gas-Permeabilität]
Die Gas-Permeabilität wurde unter Verwendung einer Apparatur gemessen, wie sie in 3 dargestellt ist. Im Einzelnen wurde die Gas-Permeabilität bestimmt, wie folgt. Eine zylindrische Probe 1 {die Querschnittsfläche (S) hat einen Durchmesser von 50 mm; die Länge (L) beträgt 50 mm} wurde hergestellt, und die Oberflächen der Probe mit Ausnahme der Oberflächen an ihren beiden Enden wurden mit einem Epoxy-Harz versiegelt. Dann wurde die Probe 1 in einen Probenhalter 2 platziert, der mit einer Gummi-Packung auf seiner inneren Oberfläche ausgestattet war, wobei die Gummi-Packung das Innere des Probenhalters 2 durch Komprimieren von Luft dicht zu verschließen vermag. Dann wurde der Druck in dem Druck-Reguliergefäß 5 mittels des Druck-Regulierventils 4 unter Einsatz der Vakuumpumpe 3 reguliert. Als die mittels des Differenzdruck-Messgeräts 6 gemessene Druckdifferenz 1 kPa betrug, wurde die Durchflussgeschwindigkeit mittels des Durchfluss-Messgeräts 7 gemessen. Aus der gemessenen Durchflussgeschwindigkeit der Luft in der Probe wurde die Gas-Permeabilität mit Hilfe der nachstehenden Formel (1) berechnet. Gas-Permeabilität (m2h–1Pa–1) = W × L / S / ΔP (1), worin
M = Durchflussgeschwindigkeit der Luft (m³h^–1);
L = Länge der Probe (m);
S: = Querschnittsfläche der Probe (m²); und
Δ P = Druckdifferenz (Pa).
Die bei der Messung verwendete Probe 1 war bei 20°C unter einer Feuchtigkeit von 60 % aufbewahrt worden, bis ihr Gewicht konstant geworden war.
[Biegefestigkeit und Kompressionsfestigkeit]
Eine gehärtete Form von Calciumsilicat wurde in einem Thermo-Hygrostat {in dem Temperatur und die relative Feuchtigkeit (RH) bei 20°C bzw. 60 % aufrecht erhalten wurde} gehalten, bis der Wasser-Gehalt der gehärteten Form einen Wert von 10 ± 2 %, bezogen auf das Gewicht der gehärteten Form im absolut trockenen Zustand, angenommen hatte. Das resultierende Material wurde als Probe zur Messung der Biegefestigkeit und der Kompressionsfestigkeit verwendet. Die Probe hatte eine Größe von 40 mm × 40 mm × 160 mm. Die Tests zur Messung der Biegefestigkeit und der Kompressionsfestigkeit der gehärteten Form von Calciumsilicat wurden gemäß JIS R 5201 durchgeführt. Im Einzelnen wurde die Probe dem Test auf Biegefestigkeit unterzogen, wobei die Einspannweite 100 mm betrug. Bei dem Biegefestigkeits-Test wurde eine Last auf die Probe einwirken gelassen, bis diese entzwei brach. Unter Verwendung eines der resultierenden zwei Bruchstücke wurde die Kompressionsfestigkeit gemessen, wie folgt. Eine Last wurde auf eine Fläche von 40 mm × 40 mm der Probe aufgebracht, um die maximale Last zu messen, und der erhaltene Wert der maximalen Last wurde als die Kompressionsfestigkeit der gehärteten Form des Calciumsilicats definiert.
[Scheinbare relative Dichte]
Von einer gehärteten Form von Calciumsilicat, die autoklaviert worden war, wurde eine Probe mit der gleichen Größe wie diejenige, die in dem oben erwähnten Biegefestigkeits-Test verwendet wurde, genommen. Diese Probe wurde 24 h bei 105°C getrocknet, und dann wurden das Gewicht und die Größe (das Volumen) der Probe gemessen. Aus den Messwerten für das Gewicht und das Volumen der Probe wurde die scheinbare relative Dichte der Probe berechnet.
[Pulver-Röntgenbeugungsanalyse: Messungen von Ia und Ib]
Im Wesentlichen die gleiche Probe, wie sie für den oben erwähnten Biegefestigkeits-Test verwendet wurde, wurde mittels eines Mörsers fein pulverisiert um eine Probe für die Pulver-Röntgenbeugungsanalyse zu erhalten. Die Intensität des Beugungsmaximums Ib und die minimale Beugungsintensität Ia wurden mit Hilfe einer Röntgenbeugungsapparatur (Handelsbezeichnung: RINT 2000, hergestellt und vertrieben von Rigaku Corporation, Japan) unter Einwirkung der Kα-Strahlung von Cu gemessen. Die Messung erfolgte unter Bedingungen, bei denen die Beschleunigungsspannung 40 kV betrug, der Beschleunigungsstrom 200 mA betrug, die Spaltbreite des Licht empfangenden Spalts 0,15 mm betrug, die Abtast-Geschwindigkeit 4°/min betrug und die Probenauflösung 0,02° betrug. Die gebeugten Röntgenstrahlen wurden nach Monochromatisierung derselben mittels eines Graphit-Monochromators gezählt.
Ia ist definiert als die minimale Beugungsintensität, die in dem Bereich des Beugungswinkels zwischen den zwei Beugungsmaxima beobachtet wird, die jeweils der (220)-Ebene und der (222)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben werden, wobei die Intensität diejenige des Hintergrundes einschließt. Ib ist definiert als die Intensität des Beugungsmaximums, das der (220)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben wird, wobei die Intensität diejenige des Hintergrundes einschließt. Die Beugungsstrahlen, die der (220)-Ebene und der (222)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben werden, sind Beugungsstrahlen mit Beugungswinkeln von etwa 29,0° bzw. etwa 30,0° (2 Θ). 1 gibt an, wie man die Werte von Ia und Ib erhält.
[Pulver-Röntgenbeugungsanalyse: Messungen von I(002) und I(220)] Die verwendete Probe und die Bedingungen der Messung waren im Wesentlichen die gleichen wie bei den oben beschriebenen Messungen von Ia und Ib. I(002) ist eine echte Beugungsintensität, die durch die lineare Näherung des Hintergrundes um die Beugungswinkel von 6° bis 9° (2 Θ) erhalten wurde. In ähnlicher Weise ist I(220) eine echte Beugungsintensität, die durch die lineare Näherung des Hintergrundes um die Beugungswinkel von 20° bis 40° (2 Θ) erhalten wurde. Die der (002)-Ebene des Tobermorits zugeschriebene Beugungsstrahlung ist eine Beugungsstrahlung mit einem Beugungswinkel von etwa 7.7° (2 Θ). Die Methoden zur Bestimmung der Werte von I(220) und I(002) sind in 2 angegeben.
[Zersägbarkeit]
Eine gehärtete Form von Calciumsilicat wurde unter Verwendung einer Säge für die Holzbearbeitung zerschnitten, um die Zersägbarkeit der gehärteten Form des Calciumsilicats zu bewerten. Im Einzelnen wurde die Zersägbarkeit der gehärteten Form von Calciumsilicat im Hinblick auf die Leichtigkeit, mit der die gehärtete Form von Calciumsilicat sich zerschneiden lässt, und das Aussehen des durch Zerschneiden erhaltenen Querschnitts beurteilt.
Beispiele 1 bis 13
In jedem der Beispiele 1 bis 13 wurde eine gehärtete Form von Calciumsilicat hergestellt, wobei ein Feststoffgemisch und Wasser verwendet wurden. Der Typ und die Menge jedes Materials des Feststoffgemischs und die Menge Wasser sind in Tabelle 1 angegeben. Im Einzelnen wurden in den Beispielen 1 bis 13 die Feststoffgemische aus den folgenden Stoffen hergestellt Ein siliciumhaltiges Material, eine fein pulverisierte Form eines massiven siliciumhaltigen Materials (spezifische Oberfläche nach Blaine: 11 000 cm²/g) und Quarzstaub (hergestellt und vertrieben von EFACO, Ägypten) wurden verwendet. Als zementartiges Material wurde ein Portland-Zement mit einer hohen Früh-Festigkeit in den Beispielen 1 bis 8 verwendet, und ein gewöhnlicher Portland-Zement wurde in den Beispielen 9 bis 13 verwendet. Als kalkartiges Material wurde Ätzkalk (Reinheit: 98 %) verwendet. Als Aluminium-Verbindung wurde Aluminiumsulfatoctadecahydrat verwendet. Als Sulfat-Verbindung, die von Aluminiumsulfat und dessen Hydraten verschieden ist, wurde Gipsdihydrat verwendet. Als Tensid wurde Polyoxyethylenalkylether (nicht-ionisches Tensid) in den Beispielen 1 bis 5 verwendet, und EMAL 20T (hergestellt und vertrieben von Kao Corporation, Japan) (anionisches Tensid) wurde in den Beispielen 6 bis 13 verwendet. Als Antischaummittel wurde ein alkyl-modifiziertes Silicon (hergestellt und vertrieben von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Japan) verwendet. Als organische Faser wurde eine fein pulverisierte Form von Zellstoff in den Beispielen 10 und 13 verwendet. Die Mengen von Aluminiumsulfatoctadecahydrat und Gipsdihydrat wurden in Tabelle 1 als Gew.-Teile ihrer wasserfreien Formen angegeben. Weiterhin wird die Menge des Tensids in Tabelle 1 in Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der in dem schaumbildenden Mittel enthaltenen Feststoffe, angegeben. Das in Tabelle 1 angegebene Wasser/Feststoff-Verhältnis ist das Gewichts-Verhältnis des Feststoffgemischs zu Wasser.
In jedem der Beispiele 1 bis 8 wurde gehärtete Form von Calciumsilicat unter Verwendung des oben erwähnten Feststoffgemischs hergestellt, wie folgt. Als Primärbeschickung (oben definiert) der Rohstoffe wurden eine fein pulverisierte Form eines massiven siliciumhaltigen Materials, Quarzstaub, Ätzkalk, Portland-Zement mit einer hohen Früh-Festigkeit, Aluminiumsulfatoctadecahydrat und Gipsdihydrat, ein Viskositätsregler und ein Antischaummittel in ein Bad aus nicht rostendem Stahl mit einem Volumen von 15 l eingetragen, das Wasser mit einer Temperatur von 50°C enthielt. Der Inhalt des Bades aus nicht rostendem Stahl wurde mittels eines Rührers (Ultrarührer DC-CHRM25, hergestellt und vertrieben von Iuchi Seieido) 2 h mit einer Drehzahl von 1200 min^–1 (Upm) unter Atmosphärendruck gerührt, wobei das Bad aus nicht rostendem Stahl auf 50°C erhitzt wurde und die Verdampfung von Wasser in dem Bad aus nicht rostendem Stahl unterdrückt wurde, um dadurch eine Mischung zu erhalten. Nur in den Beispielen 4 und 5 wurde die erhaltene Mischung auf 40°C abgekühlt, und dann wurde Ätzkalk als Sekundärbeschickung (oben definiert) eines Rohstoffs in das Bad aus nicht rostendem Stahl eingetragen; anschließend wurde der Inhalt des Bades aus nicht rostendem Stahl 1 min bei 40°C gerührt. Der resultierenden Mischung wurde ein schaumbildendes Mittel (ein Aluminium-Pulver mit einem ihm zugesetzten Tensid) zugefügt; danach wurde 20 s gerührt, um eine wässrige Aufschlämmung zu erhalten. Die erhaltene wässrige Aufschlämmung wurde in ein Formwerkzeug mit einer Größe von 30 cm × 30 cm × 20 cm gegossen, und man ließ die wässrige Aufschlämmung in dem Presswerkzeug aufschäumen. Unmittelbar nachdem die wässrige Aufschlämmung in das Formwerkzeug gegossen worden war, wurde die wässrige Aufschlämmung bei 60°C vorgehärtet, wobei die Verdampfung von Wasser aus der wässrigen Aufschlämmung unterdrückt wurde; dadurch wurde eine vorgehärtete Form von Calciumsilicat erhalten.
In jedem der Beispiele 9 bis 13 wurde eine vorgehärtete Form von Calciumsilicat in im wesentlichen der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit den Abweichungen, dass ein gewöhnlicher Portland-Zement als zementartiges Material eingesetzt wurde, dass Wasser mit einer Temperatur von 60°C verwendet wurde und dass das Rühren des Inhalts des Bades aus nicht rostendem Stahl nach der Primärbeschickung durchgeführt wurde, wobei das Bad aus nicht rostendem Stahl auf 60°C erhitzt wurde. Weiterhin wurde in Beispiel 13 Ätzkalk in das Bad aus nicht rostendem Stahl als Sekundärbeschickung eines Rohstoffs eingetragen, und anschließend wurde 1 min bei 60°C gerührt.
Die vorgehärtete Form von Calciumsilicat wurde dem Formwerkzeug entnommen und 4 h dem Hochtemperatur-Hochdruck-Autoklavieren bei 190°C in einer dampfgesättigten Atmosphäre unterzogen und anschließend getrocknet, wodurch ein geformter Gegenstand (gehärtete Form von Calciumsilicat) erhalten wurde.
Verschiedene Eigenschaften des in jedem der Beispiele 1 bis 13 erhaltenen geformten Gegenstandes (der gehärteten Form von Calciumsilicat) sind in Tabelle 3 aufgeführt. Die Pulver-Röntgenbeugungsdiagramme der in Beispiel 13 erhaltenen gehärteten Form von Calciumsilicat sind in 1 und 2 dargestellt.
Beispiel 14
In Beispiel 14 wurde ein geformter Gegenstand (gehärtete Form von Calciumsilicat) in im Wesentlichen der gleichen Weise wie in Beispiel 9 hergestellt, jedoch mit der Abweichung, dass die Rohstoffe in den in Tabelle 1 angegebenen Mengen verwendet wurden und dass ein Tensid und ein Antischaummittel nicht verwendet wurden. Verschiedene Eigenschaften des erhaltenen geformten Gegenstandes sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Beispiel 15
In Beispiel 15 wurde ein geformter Gegenstand (gehärtete Form von Calciumsilicat) in im Wesentlichen der gleichen Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, jedoch mit der Abweichung, dass die Rohstoffe in den in Tabelle 1 angegebenen Mengen verwendet wurden und dass ein Tensid und ein Antischaummittel nicht verwendet wurden. Verschiedene Eigenschaften des erhaltenen geformten Gegenstandes sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Vergleichsbeispiele 1 und 2
In den Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurden geformte Gegenstände (gehärtete Form von Calciumsilicat) in im Wesentlichen der gleichen Weise wie in den Beispielen 4 bzw. 13 hergestellt, jedoch mit der Abweichung, dass ein Tensid, ein Viskositätsregler und ein Antischaummittel nicht verwendet wurden. Verschiedene Eigenschaften der erhaltenen geformten Gegenstände sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 3
In Vergleichsbeispiel 3 wurde unter Verwendung der in Tabelle 2 angegebenen Rohstoffe ein geformter Gegenstand (gehärtete Form von Calciumsilicat) in im Wesentlichen der gleichen Weise wie in Vergleichsbeispiel 2 hergestellt. Verschiedene Eigenschaften des erhaltenen geformten Gegenstandes sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Vergleichsbeispiele 4 und 5
In den Vergleichsbeispielen 4 und 5 wurde ein geformter Gegenstand (gehärtete Form von Calciumsilicat) in im Wesentlichen der gleichen Weise wie in Beispiel 13 hergestellt, jedoch mit der Abweichung, dass ein Tensid, ein Antischaummittel und pulverisierter Zellstoff nicht verwendet wurden. Verschiedene Eigenschaften des erhaltenen geformten Gegenstandes sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 6
In Vergleichsbeispiel 6 wurde ein geformter Gegenstand (gehärtete Form von Calciumsilicat) in im Wesentlichen der gleichen Weise wie in Beispiel 13 hergestellt, jedoch mit der Abweichung, dass ein Tensid, und ein Antischaummittel nicht verwendet wurden. Verschiedene Eigenschaften der erhaltenen geformten Gegenstände sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 7
In Vergleichsbeispiel 7 wurde ein geformter Gegenstand (gehärtete Form von Calciumsilicat) in im Wesentlichen der gleichen Weise wie in Beispiel 14 hergestellt, jedoch mit der Abweichung, dass Rohstoffe in den in Tabelle 4 angegebenen Mengen verwendet wurden und ein Viskositätsregler und ein Aluminium-Pulver nicht verwendet wurden.
Vergleichsbeispiel 8
In Vergleichsbeispiel 8 wurde eine Probe eines im Handel erhältlichen Wärmeisolierungs-ALC (HEBEL-DÄMMPLATTE, hergestellt und vertrieben von Hebel, Deutschland) hergestellt. Verschiedene Eigenschaften der Probe wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
Vergleichsbeispiel 9
76 Gew.-Teile Wasser mit einer Temperatur von 45°C, 0,5 Gew.-Teile eines Tensids (EMAL 20T, hergestellt und vertrieben von Kao Corporation, Japan), 0,8 Gew.-Teile eines Viskositätsreglers (0,4 Gew.-Teile Methylcellulose und 0,4 Gew.-Teile eines Viskositätsreduzierers vom Melamin-Typ), 0,4 Gew.-Teile eines Antischaummittels (alkyl-modifiziertes Siliconöl), (hergestellt und vertrieben von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Japan) und 0,12 Gew.-Teile eines schaumbildenden Mittels (Aluminium-Pulver) wurden zu einem Feststoffgemisch hinzugefügt, das 51 Gew.-Teile eines Siliciumdioxid-Pulvers mit einem mittleren Teilchen-Durchmesser von ungefähr 20 μm, 42 Gew.-Teile eines Portland-Zement mit einer hohen Früh-Festigkeit, 5 Gew.-Teile Ätzkalk und 2 Gew.-Teile Gipsdihydrat enthielt. Das resultierende Gemisch wurde 2 min gerührt, um dadurch eine wässrige Aufschlämmung zu erhalten, in der deren Komponenten gleichmäßig miteinander vermischt waren. Die erhaltene wässrige Aufschlämmung wurde auf 43°C erhitzt und dann in ein Formwerkzeug gegossen und auf 45°C gehalten, bis die wässrige Aufschlämmung halb gehärtet war. Das resultierende Material (vorgehärtete Form von Calciumsilicat) wurde dem Formwerkzeug entnommen und 4 h dem Hochtemperatur-Hochdruck-Autoklavieren bei 180°C unter 10 atm in einer dampfgesättigten Atmosphäre unterzogen und anschließend getrocknet, wodurch ein geformter Gegenstand (gehärtete Form von Calciumsilicat) erhalten wurde. Verschiedene Eigenschaften des erhaltenen geformten Gegenstandes wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
Vergleichsbeispiel 10
Eine Probe eines im Handel erhältlichen, Schall absorbierenden ALC (Shizukalite, hergestellt und vertrieben von CLION Co., Ltd., Japan) wurde hergestellt. Verschiedene Eigenschaften der Probe wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
Vergleichsbeispiel 11
Eine Probe einer im Handel erhältlichen Steinwolle (Homemat; hergestellt und vertrieben von NICHIAS Corporation, Japan) wurde hergestellt. Verschiedene Eigenschaften der Probe wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. Die Messungen der Biegefestigkeit und der Kompressionsfestigkeit der Probe waren unmöglich, weil sich die Form der Probe nicht aufrechterhalten ließ. Weiterhin war die Beurteilung der Zersägbarkeit der Probe ebenfalls unmöglich, weil die Fasern der Probe sich in den Zähnen der Säge verfingen und die Probe deshalb nicht geschnitten werden konnte.
Vergleichsbeispiel 12
Eine Probe einer im Handel erhältlichen Glaswolle (MAT-ACE; hergestellt und vertrieben von ASAHI FIBER GLASS Co., Japan) wurde hergestellt. Verschiedene Eigenschaften der Probe wurden gemessen Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. Die Messungen der Biegefestigkeit und der Kompressionsfestigkeit der Probe waren unmöglich, weil sich die Form der Probe nicht aufrechterhalten ließ. Weiterhin war die Beurteilung der Zersägbarkeit der Probe ebenfalls unmöglich, weil die Fasern der Probe sich in den Zähnen der Säge verfingen und die Probe deshalb nicht geschnitten werden konnte.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung hat nicht nur ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit, sondern sie ist auch unbrennbar. Weiterhin zeigt die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung gleichermaßen ein hohes Wärmeleitvermögen und eine hohe Gas-Permeabilität. Aus diesem Grunde kann die gehärtete Form von Calciumsilicat vorteilhaft als ein Wandmaterial für Gebäude, von dem gefordert wird, dass es die Eigenschaft einer dynamischen Isolierung zeigt (d.h. ein Material für die dynamische Isolierung), und als ein Schall absorbierendes Material verwendet werden.
Die herkömmlichen Materialien für eine dynamische Isolierung waren nicht vollständig unbrennbar. Im Gegensatz hierzu ist die gehärtete Form von Calciumsilicat der vorliegenden Erfindung vollständig unbrennbar und kann in die Form einer Platte gebracht werden, welche eine bevorzugte Form eines Materials für die thermische Isolierung ist. Wenn die gehärtete Form der vorliegenden Erfindung in Form einer Platte vorliegt, wird es leicht, das Bearbeiten derselben zu vereinfachen und die bei der Technik der dynamischen Isolierung erforderliche Luftdichtigkeit sicherzustellen.
Zusammenfassung
Eine gehärtete Form von Calciumsilicat, die eine Biegefestigkeit von 0,05 MPa oder mehr und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,02 bis 0,1 Wm^–1K^–1 und eine Gas-Permeabilität von 5 × 10^–4 bis 1 m²h^–1Pa^–1 aufweist, wodurch sie die Eigenschaft einer dynamischen Isolierung zeigt.

Claims

Gehärtete Form von Calciumsilicat, die (1) eine Biegefestigkeit von 0,05 MPa oder mehr und (2) eine Wärmeleitfähigkeit von 0,02 bis 0,1 Wm^–1K^–1 und (3) eine Gas-Permeabilität von 5 × 10^–4 bis 1 m²h^–1Pa^–1 aufweist, wodurch sie die Eigenschaft einer dynamischen Isolierung zeigt.
Gehärtete Form von Calciumsilicat gemäß Anspruch 1, die eine Wärmeleitfähigkeit von 0,02 bis 0,08 Wm^–1K^–1 aufweist.
Gehärtete Form von Calciumsilicat gemäß Anspruch 1, die eine Wärmeleitfähigkeit von 0,02 bis 0,06 Wm^–1K^–1 aufweist.
Gehärtete Form von Calciumsilicat gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, die hauptsächlich Tobermorit umfasst und ein Pulver-Röntgenbeugungsdiagramm zeigt, in dem die Intensität des Beugungsmaximums Ib, die der (220)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben wird und die minimale Beugungsintensität Ia, die in dem Bereich des Beugungswinkels zwischen den zwei Beugungsmaxima beobachtet wird, die jeweils der (220)-Ebene und der (222)-Ebene des Tobermorits zugeschrieben werden, die Beziehung Ib/Ia ≥ 3 erfüllen.
Verfahren zur Herstellung einer gehärteten Form von Calciumsilicat, umfassend (1) das Bereitstellen einer Wasser und ein Feststoffgemisch umfassenden wässrigen Aufschlämmung, wobei das Feststoffgemisch im Wesentlichen aus einem siliciumhaltigen Material, einem zementartigen Material, wenigstens einer Aluminium-Verbindung, die aus der aus Aluminiumsulfat und einem Hydrat desselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist, wenigstens einer Sulfat-Verbindung, die aus der aus anderen Sulfaten als Aluminiumsulfat und deren Hydraten bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und gegebenenfalls einem kalkartigen Material besteht, worin die wenigstens eine Aluminium-Verbindung in der wässrigen Aufschlämmung in einer Menge von 0,09 bis 10 Gew.-%, angegeben als Menge Al₂O₃, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, enthalten ist, und wenigstens eine Sulfat-Verbindung in der wässrigen Aufschlämmung in einer Menge von 0,15 bis 15 Gew.-%, angegeben als Menge SO₃, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, enthalten ist, wobei diese Menge SO₃ die Summe der Menge SO₃, die der wenigstens einen Aluminium-Verbindung entspricht, und der Menge SO₃ ist, die der wenigstens einen Sulfat-Verbindung entspricht, worin das Gewichts-Verhältnis des Wassers zu dem Feststoffgemisch von 2,3 bis 5,5 beträgt, und worin das Verhältnis des Gewichts des kalkartigen Materials zu dem Gewicht des zementartigen Materials 0,6 oder kleiner ist, (2) das Hinzufügen eines schaumbildenden Mittels zu der wässrigen Aufschlämmung, (3) das Gießen der wässrigen Aufschlämmung in ein Formwerkzeug und (4) das Vorhärten der wässrigen Aufschlämmung und danach das Autoklavieren.
Verfahren gemäß Anspruch 5, worin das schaumbildende Mittel wenigstens eine Substanz ist, die aus der aus Aluminium-Pulver und einer aluminiumhaltigen wässrigen Aufschlämmung bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und worin das schaumbildende Mittel in einer Menge von 0,03 bis 0,95 Gew.-%, angegeben als prozentualer Gewichts-Anteil der in dem schaumbildenden Mittel enthaltenen Feststoffe, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung einer gehärteten Form von Calciumsilicat, umfassend (1) das Bereitstellen einer Wasser und ein Feststoffgemisch umfassenden wässrigen Aufschlämmung, wobei das Feststoffgemisch im Wesentlichen aus einem siliciumhaltigen Material, einem zementartigen Material, wenigstens einer Aluminium-Verbindung, die aus der aus Aluminiumsulfat und einem Hydrat desselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist, wenigstens einer Sulfat-Verbindung, die aus anderen Sulfaten als Aluminiumsulfat und deren Hydraten bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und gegebenenfalls einem kalkartigen Material besteht, worin die wenigstens eine Aluminium-Verbindung in der wässrigen Aufschlämmung in einer Menge von 0,09 bis 10 Gew.-%, angegeben als Menge Al₂O₃, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, enthalten ist, und die wenigstens eine Sulfat-Verbindung in der wässrigen Aufschlämmung in einer Menge von 0,15 bis 15 Gew.-%, angegeben als Menge SO₃, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, enthalten ist, wobei diese Menge SO₃ die Summe der Menge SO₃, die der wenigstens einen Aluminium-Verbindung entspricht, und der Menge SO₃ ist, die der wenigstens einen Sulfat-Verbindung entspricht, worin das Gewichts-Verhältnis des Wassers zu dem Feststoffgemisch von 2,3 bis 5,5 beträgt, und worin das Verhältnis des Gewichts des kalkartigen Materials zu dem Gewicht des zementartigen Materials 0,6 oder kleiner ist, (2) das Hinzufügen eines schaumbildenden Mittels zu der wässrigen Aufschlämmung, (3) das Gießen der wässrigen Aufschlämmung in ein Formwerkzeug und (4) das Vorhärten der wässrigen Aufschlämmung und danach das Autoklavieren, wobei wenigstens zwei Additive, die aus der aus einem oberflächenaktiven Mittel (Tensid), einem Viskositätsregler und einem Antischaummittel bestehenden Gruppe ausgewählt sind, zu der wässrigen Aufschlämmung hinzugefügt werden mit der Maßgabe, dass die Zugabe des Viskositätsreglers und die Zugabe des Antischaummittels nach dem Schritt (1) und vor dem Schritt (2) durchgeführt werden und die Zugabe des Tensids gleichzeitig mit der Zugabe des schaumbildenden Mittels in Schritt (2) durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, worin das schaumbildende Mittel wenigstens eine Substanz ist, die aus der aus Aluminium-Pulver und einer aluminiumhaltigen wässrigen Aufschlämmung bestehenden Gruppe ausgewählt ist und worin das schaumbildende Mittel in einer Menge von 0,03 bis 0,95 Gew.-%, angegeben als prozentualer Gewichts-Anteil der in dem schaumbildenden Mittel enthaltenen Feststoffe, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, verwendet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 7 oder 8, worin das Tensid wenigstens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus dem Sulfat eines höheren Alkohols, dem Natriumsulfat eines höheren Alkohols und einem Polyoxyethylenalkylether besteht, und worin das Tensid in einer Menge von 0,01 bis 200 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der in dem schaumbildenden Mittel enthaltenen Feststoffe, verwendet wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 9, worin der Viskositätsregler wenigstens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Methylcellulose und Polyvinylalkohol besteht, und worin der Viskositätsregler in einer Menge von 0,01 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, verwendet wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 10, worin das Antischaummittel wenigstens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Silicon, einer aliphatischen Säure, einem aliphatischen Ester, einem Alkohol und einem Phosphorsäureester besteht und worin das Antischaummittel in einer Menge von 0,001 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Feststoffgemischs, verwendet wird.