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Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Alkalisilikat Es ist
bekannt, hitzebeständige und poröse Formkörper dadurch herzustellen, daß man eine
gegebenenfalls mit Faser- oder anderen Verstärkungsstoffen versetzte Alkalisilikatlösung
so weit zur Trockne eindampft, daß sie noch 10 bis 350% Wasser enthält. Das erhaltene
Produkt wird anschließend zerkleinert, in eine Form gebracht und darin unmittelbar
auf hohe Temperaturen erhitzt. Dieses Verfahren gibt Formkörper mit sehr geringen
Raumgewichten, es ist jedoch in seiner Durchführung relativ umständlich.
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Es wurde nun gefunden, daß man Formkörper von gegebenenfalls poröser
Struktur aus Alkalisilikaten in einfacherer Weise erhalten kann, wenn man Alkalisilikatpartikeln
mit einem Wassergehalt von 5 bis 450%, vorzugsweise 15 bis 30%, bei 100 bis 400°C
in an sich bekannter Weise durch Strangpressen oder Spritzgußmaschinen verformt
und die so hergestellten Formkörper gegebenenfalls einer weiteren Wärmebehandlung
oberhalb 200° C, zweckmäßig bei 200 bis 600° C, unterwirft.
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Zur Herstellung der erfindungsgemäß einzusetzenden Alkahsilikatpartikeln
kann man von Alkalisilikatlösungen in beliebiger Konzentration, wie z. B. Wasserglaslösungen,
ausgehen, aus denen man das Wasser bis auf den jeweils gewünschten Restgehalt bei
Temperaturen, die zweckmäßig unter 140° C liegen, nach an sich bekannten Methoden
verdampft, z. B. durch Erhitzen in Formen oder auf Walzen oder auch durch Verdüsen
in einen erhitzten Gasstrom. Bei der Verdampfung des Wassers in Formen ist es zweckmäßig,
um ein Anhaften des verfestigten Produktes an den Gefäßwandungen zu verhindern,
diesen durch Bestreichen oder Besprühen mit hydrophoben Substanzen, wie z. B. Wachs,
eine hydrophobe Oberfläche zu verleihen. Zu dem gleichen Zweck können die Gefäßwandungen
auch mit Kunststoff oder Gummifolien ausgekleidet werden. Das Wasser wird bis auf
einen Restgehalt von 5 bis 450% verdampft. Innerhalb dieser Grenzen kann der Wassergehalt
beliebig variiert werden. Für Trockendauer und Lagerfähigkeit ist es besonders günstig,
den Wassergehalt auf 15 bis 30% einzustellen. Die beim Trocknen in Formen erhaltene
Masse wird anschließend nach bekannten Zerkleinerungsmethoden, wie z. B. Mahlen,
in Schlagkreuzmühlen, Schneiden oder Brechen, in Einzelpartikeln zerlegt. Um bei
längerer Lagerung oder auch bei höherem Wassergehalt ein Verbacken der einzelnen
Teilchen zu verhindern, können die Partikeln. auch mit Trennmitteln, wie z. B. Talkum,
Kieselgur u. dgl., bepudert werden. Die Korngröße der anzuwendenden Alkalisilikatpartikeln
hängt von den Abmessungen der für die Verformung einzusetzenden Maschine ab und
wird zweckmäßig so gewählt, daß eine möglichst günstige Raumerfüllung der Aufheizzone
dieser Maschine gewährleistet wird. Andererseits sollen vorteilhafterweise jedoch,
speziell bei Kolbenmaschinen, nicht zu feine Teilchen, beispielsweise mit einem
Durchmesser unter 0,2 mm, in die Maschine aufgegeben werden, da sonst die Gefahr
besteht, daß sich diese zwischen Zylinderwand und Kolben festsetzen und so die Maschine
blockieren können.
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Bei der Herstellung der Alkalisilikatformkörper können im allgemeinen
ohne weiteres die für die Verarbeitung von plastischen Massen an sich bekannten
Strangpressen oder Spritzgußmaschinen verwendet werden. Als Spritzgußmaschinen können
sowohl Kolben- als auch Schneckenspritzgußmaschinen eingesetzt werden, das gleiche
gilt für Strangpressen. Wie bei der Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen
bekannt, bieten die Schnekkenspritzgußmaschinen auch bei der Verarbeitung von Alkalisilikaten
den Vorteil, daß größere Formkörper hergestellt werden können.
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Im Falle des Einsatzes einer Schneckenmaschine verläuft die Verarbeitung
besonders störungsfrei, wenn das Verhältnis von Schneckenlänge zum Schneckendurchmesser
zwischen 3 : 1 und 15 : 1 beträgt. Ferner sollen nicht zu flach geschnittene Schnecken
verwendet werden, wobei die Steghöhe zwischen 10 und 40% des Schneckendurchmessers
betragen soll. Im allgemeinen können Schnecken ohne Verdichtung angewendet werden.
Bei Schnecken mit Verdichtung soll das Verdichtungsverhältnis zweckmäßig
unter
3 : 1 liegen. Um ein Verschäumen des Alkalisilikates bereits in der Schnecke zu
umgehen, wird die Schneckentemperatur gegebenenfalls unter Kühlung unterhalb eines
Wertes von etwa NO' C gehalten. Dagegen können die an der Düse bzw. am Maschinenkopf
einzustellenden Temperaturen in weiten Grenzen, je nach dem gewünschten Raumgewicht
des herzustellenden Formkörpers, variiert werden. Der Querschnitt der Düse wird
wie üblich auf die Größe des herzustellenden Formkörpers und auf die Förderleistung
der Maschine abgestimmt. Für Kolbenmaschinen gelten hinsichtlich der Düsenausmaße
analoge Gesichtspunkte.
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Die bei der Herstellung der Formkörper in den Maschinenköpfen einzustellenden
Temperaturen können in weiten Grenzen variiert werden. Bei der Verarbeitung wasserhaltiger
Alkalisilikatpartikeln, beispielsweise mit einem Wassergehalt von 40%, können vorteilhaft
niedrigere Temperaturen, beispielsweise im Bereich von 100 bis 120°C, angewendet
werden, während man bei wasserärmeren Partikeln, beispielsweise mit einem Wassergehalt
von 20 bis 25%, vorteilhaft Temperaturen von 170 bis 210°C wählt. Im übrigen hängt
die Wahl der geeigneten Verformungstemperatur von der gewünschten Struktur des herzustellenden
Formkörpers ab. Während bei höheren Temperaturen, beispielsweise oberhalb 200° C,
Formkörper mit bereits poriger Struktur und niedrigerer Dichte erhalten werden,
ergibt die Verformung bei Temperaturen unterhalb 200° C weitgehend glasklare und
kompakte Körper. Die Struktur der gemäß der erfindungsgemäßen Arbeitsweise hergestellten
Formkörper hängt, abgesehen von der Temperatur, auch von den in der Verarbeitungsmaschine
herrschenden Drücken ab. So werden beispielsweise bei einer gegebenen Temperatur
bei höheren Drücken kompakte, glasige Formkörper mit einer hohen Wichte, bei niederen
Drücken bereits poröse Körper mit entsprechend geringer Wichte erhalten.
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Sollen poröse Formkörper, insbesondere solche mit großen Abmessungen,
hergestellt werden, so werden in der Verarbeitungsmaschine zweckmäßig Druck- undTemperaturbedingungen
aufrechterhalten, unter denen man kompakte Formkörper erhält. Diese werden anschließend
durch eine Wärmebehandlung bei Temperaturen oberhalb 200° C, zweckmäßig von 200
bis 600° C, verschäumt. Als obere Grenze der für die Wärmebehandlung verwendbaren
Temperaturen gilt der Sinterpunkt des jeweils eingesetzten Alkalisilikates, der
unter anderem von dem Verhältnis Alkalioxyd zu Siliciumdioxyd abhängt. Zweckmäßig
verfährt man hierbei derart, daß die Verschäumung bei allmählich steigenden Temperaturen
vorgenommen wird, wodurch insbesondere bei größeren Formkörpern die Gefahr der Rißbildung
infolge ungleichmäßiger Erwärmung vermindert wird. Besonders günstig ist es; die:
Formkörper vor der Verschäumung zu perforieren; hierdurch werden mechanisch besonders
stabile und spannungsfreie poröse Formkörper erhalten, da die Gefahr der Rißbildung
infolge ungleichmäßiger Erwärmung naturgemäß weiter- vermindert wird. Die Größe
der Perforierungen kann hierbei so bemessen werden, daß nach dem Verschäumungsprozeß
infolge der Ausdehnung des Materials wieder ein in der Struktur einheitlicher Formkörper
erhalten wird. Durch die Höhe der beim Verschäumungsprozeß angewendeten Temperatur
kann einerseits die Beständigkeit der Formkörper gegenüber dem Einfuß von Wasser,
anderseits auch die Porosität beeinflußt werden. So werden beispielsweise bei Temperaturen
von etwa 200° C poröse Formkörper erhalten, die noch teilweise wasserlöslich sind
und ein Raumgewicht von etwa 300 bis 500 g/1 aufweisen, während demgegenüber nach
einer Wärmebehandlung bis zu Temperaturen von 500' C praktisch wasserunlösliche
Körper mit einem Raumgewicht von erheblich unter 300 g/1, beispielsweise 150 bis
200 g/1, erhalten werden. Die genannte Wärmebehandlung kann diskontinuierlich oder
auch kontinuierlich durchgeführt werden, d. h., sie kann ohne weiteres den kontinuierlich
arbeitenden Strangpressen oder den diskontinuierlich arbeitenden Spritzgußmaschinen
nachgeschaltet werden. Zur Herstellung besonders formgerechter Körper empfiehlt
es sich, die Wärmebehandlung in nicht gasdicht verschließbaren Formen vorzunehmen.
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Die Behandlung von aus einer Strangpresse kontinuierlich austretenden
Profilen wird zweckmäßig so vorgenommen, daß diese durch Zonen mit steigender Temperatur
zwischen endlosen, bewegten und hitzebeständigen Bändern geführt werden, wobei sich
die Bandgeschwindigkeit naturgemäß nach der Austrittsgeschwindigkeit der Profile
aus der Strangpresse richtet. Um der durch die Verschäumung des Körpers bedingten
Volumenvergrößerung Rechnung zu tragen, ordnet man die Bänder vorteilhaft so an,
daß sie in Richtung steigender Temperatur entsprechend der Volumenvergrößerung der
behandelten Körper divergieren. Statt zwischen Bändern kann die Wärmebehandlung
auch zwischen auf Rollen bewegten Platten durchgeführt werden.
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Zur Verleihung einer besonders gestalteten Oberfläche können die derart
hergestellten Schaumformkörper einer weiteren mechanischen Behandlung, wie z. B.
Fräsen, Schmirgeln, Schneiden mit Sägen u. dgl., unterzogen werden.
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Auch durch eine chemische Nachbehandlung, z. B. mit Calciumehlorid,
Schwefelsäure u. dgl., können den Formkörpern noch besondere Eigenschaften hinsichtlich
ihrer Wasserfestigkeit verliehen werden.
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Durch Zusatz von Fülhnaterialien zu den Alkalisilikatpartikeln können
besondere Effekte bei den Formkörpern erzielt werden. Durch Einverleibung organischer
und/oder anorganischer Fasermaterialien kann die mechanische Stabilität der Formkörper
wesentlich erhöht werden. Zur Erniedrigung des Raumgewichtes der Formkörper können
auch poröse und zerkleinerte Teilchen, wie z. B. aus Bimsstein, Korkmehl u. dgl.,
zugesetzt werden. Gefärbte Formkörper werden erhalten, wenn man den Alkalisilikatpartikeln
Pigmente, vorzugsweise - solche anorganischer Natur, oder auch farbige Salzlösungen
zusetzt.
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Je nach den verwendeten Maschinen und Formen können Formkörper verschiedenster
Gestalt hergestellt werden. Mittels Strangpressen können in kontinuierlicher Weise
Profile, Rohre, Platten, Halbschalen u..dgl. hergestellt werden. Nach dem Spritzgußverfahren
lassen sieh Formkörper von praktisch jeder gewünschten Gestalt herstellen. Die hierbei
erzielbaren Raumgewichte der Formkörper können innerhalb weiter Grenzen variiert
werden. So können beispielsweise Formkörper bereits mit einem Raumgewicht von 30
g/1, anderseits aber auch solche mit einem Raumgewicht von 2000 g/1 hergestellt
werden.
Die erfindungsgemäß hergestellten Formkörper eignen sich
auf Grund ihrer Unbrennbarkeit und schlechten Wärmeleitfähigkeit sowie insbesondere
wegen ihrer in geschäumtem Zustand feinporigen Zellstruktur vorzüglich als Isolatoren
gegen Wärme, Kälte oder Schall. Auf Grund ihrer hohen Wärmebeständigkeit bleiben
die isolierenden Eigenschaften gegen Wärme und Schall auch bei hohen Temperaturen
bestehen.
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Beispiel 1 In eine Strangpresse, deren Schnecke eine Länge von 250
mm, einen Durchmesser von 40 mm und eine Steghöhe von 5 mm hat, werden Natriumsilikatpartikel
mit einem Durchmesser von 1 bis 3 mm und einem Wassergehalt von 28% eingegeben.
Die Schnecke dient als Förderschnecke und weist keine Verdichtung auf. Sie führt
50 bis 60 Umdr./Min. aus. Der Strangpressenkopf mit einer Ringdüse von 30 mm Durchmesser
wird auf 170 bis 190° C aufgeheizt.
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Man erhält einen mechanisch sehr festen, glasartigen Rundstab mit
einer Dichte von 2000 g/1, dessen Oberfläche eine etwa 1 mm dicke, poröse Schicht
aufweist.
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Beim Erhitzen des Rundstabes auf 400° C, wobei die Temperatur alle
15 Minuten um 50' C gesteigert wird, erhält man einen zylindrischen, mechanisch
stabilen und porösen Formkörper mit einem Durchmesser von 55 bis 60 mm und einem
Raumgewicht von 230 g/l.
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Die mechanische Stabilität des durch Erhitzen auf 400° C erhältlichen
porösen Formkörpers kann noch gesteigert werden, wenn in den Rundstab vor dem Erhitzen
in Abständen von etwa 40 mm Löcher mit einem Durchmesser von etwa 2 nun gebohrt
werden. Nach der Wärmebehandlung bei 400° C sind die Löcher zugeschäumt.
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Beispiel 2 In eine Strangpresse mit den im Beispiel l angegebenen
Abmessungen und einer am Kopf angebrachten 100 mm breiten und 5 mm hohen Düse werden
Alkalisilikatpartikeln mit einem Durchmesser von 0,5 bis 4 mm und einem Wassergehalt
von 150% eingegeben. Der Extruderkopf wird auf Temperaturen von 200 bis 220° C gehalten.
Das austretende, noch warme Profil wird anschließend zwischen zwei rotierenden Walzen
glattgepreßt.
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Beim Erhitzen des Profils auf 450° C tritt unter Aufschäumen eine
Volumenvergrößerung des Profils auf. Das Raumgewicht der Platte beträgt 190 g/1.
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Das aus der Düse austretende Profil wird in 20 cm lange Platten zersägt;
vier solcher Platten werden in eine Rohrhalbschalenform von 1,51 Inhalt eingegeben
und anschließend auf 350' C 1 Stunde erhitzt. Man erhält eine mechanisch sehr stabile
und poröse Rohrhalbschale mit einem Raumgewicht von etwa 300 g/1.
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Beispiel 3 An eine Strangpresse mit den im Beispiel 1 angegebenen
Abmessungen ist eine zylindrische Kammer mit einem Durchmesser von 50 mm und einer
Länge von 60 mm angeschlossen. Am Ende dieser Kammer befindet sich eine Ringdüse
mit einem Durchmesser von 20 mm. Mit Hilfe der Schnecke werden Natriumsilikatpartikeln
mit einem Wassergehalt von 30% in die auf etwa 220 bis 250° C geheizte Kammer langsam
gefördert.
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Aus der Düse tritt ein zylindrischer Schaumformkörper mit einem Raumgewicht
von etwa 150 g/1 aus. Beispiel 4 An eine Strangpresse mit den im Beispiel l angegebenen
Schneckenabmessungen ist am Kopf eine 100 mm breite, 100 mm lange Düse mit einer
Anfangshöhe von 5 mm, die sich kontinuierlich auf 15 mm vergrößert, angeschlossen.
Das Düsenende ist auf 400° C, der Düsenanfang auf 200° C geheizt. Die Temperatur
in der Schnecke wird durch Kühlung auf l00° C gehalten. Die Schnecke führt etwa
15 Umdr./Min. aus.
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In die Maschine werden Natriumsihkatpartikeln mit einem Wassergehalt
von 250% eingegeben.
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Der so erhältliche Formkörper hat ein Raumgewicht von 250 g/l.
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Beispiel 5 In eine Strangpresse, deren Schnecke eine Länge von 450
mm, einen Durchmesser von 30 mm, eine Anfangssteghöhe von 4 mm hat und eine Verdichtung
von 2,2 : 1 aufweist, werden Natriumsfikatpartikeln mit einem Wassergehalt von 240%
eingegeben. Die Schnecke führt 35 bis 40 Umdr./Min. aus. Am Strangpressenkopf ist
eine Runddüse mit einem Durchmesser von 10 mm und einem ringförmigen Raum von 1
mm Dicke angeordnet; diese Düse wird auf Temperaturen von 250 bis 270° C erwärmt.
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Aus der Düse tritt ein rohrartiger, bereits mit poriger Struktur versehener
Formkörper mit einem Raumgewicht von 500 g/1, einem Innendurchmesser von 10 mm und
einer Wandstärke von 3 mm aus.
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Beispiel 6 In eine Kolbenspritzgußmaschine mit einem Zylinderdurchmesser
von 50 mm werden Kaliumsilikatpartikel mit einem Wassergehalt von 200% und einer
Korngröße von 1 bis 4 mm eingefüllt. Der Zylinder ist auf 170 bis 190° C geheizt.
An den Zylinder ist über eine Düse von 4 mm Durchmesser ein Werkzeug in Form eines
Vierkantstabes mit einer Länge von 100 mm und einer Grundfläche von 15 - 10 mm angeschlossen,
in das das Kaliumsilikat eingepreßt wird. Die Innenwände des Werkzeuges sind mit
Talkum als Formtrennmittel bepudert. Der so erhaltene F ormkörper ist sehr hart,
glasig und biegefest und hat ein Raumgewicht von 2000 g/1.