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Kunststoffmasse aus miteinander verbundenen nichtmetallischen gaserfüllten
Hohlteilchen Gegenstand des Patentes 1089156 ist die Herstellung von unzusammenhängenden
Hohlteilchen in Form sehr kleiner Bläschen mit einer lochfreien Haut in der Weise,
daß man in eine Lösung aus einem einen festen Film bildenden Material in einem fluchtigen
Lösungsmittel einen gasentwickelnden Stoff einbringt und diese Lösung in einem Raum
von solcher Temperatur und solchem Druck versprüht, daß aus den gebildeten Einzeltröpfchen
gleichzeitig das Gas freigesetzt wird und das Lösungsmittel mindestens teilweise
verdunstet. Das während des Trocknens frei gewordene Gas ist im Innern des Teilchens
eingeschlossen und verhindert das Zusammenfallen der Filmwand während des Trocknens
und späteren Gebrauchs. Die Teilchen sind so klein, daß sie mit dem bloßen Auge
kaum zu erkennen sind. Im allgemeinen beträgt ihr Durchmesser das 5-bis 20fache
der Dicke der Kunststoffhaut, jedoch hängen diese Dimensionen von der jeweils erzeugten
Tröpfchengröße und der Konzentration des filmbildenden Materials ab.
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Diese unzusammenhängenden Hohlkugelteilchen lassen sich mit sehr
gutem Erfolg für die Bildung einer Kunststoffmasse verwenden, in der die nichtmetallischen
Hohlteilchen beweglich oder starr durch ein flüssiges oder festes Mittel verbunden
sind.
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Die Kunststoffmasse gemäß der Erfindung ist also gekennzeichnet durch
gaserfüllte, aus einer festen, filmartigen, lochfreien Haut gebildete Hohlkugeln
aus nichtmetallischen Kunst-oder Naturstoffen von einem Durchmesser von I bis 500
ça, bei einem mittleren Durchmesser von 50 bis 250 il, sowie von einer Massendichte
von 0, 01 bis 0, 3 und einer Flüssigkeitsverdrängungsdichte von 0, 05 bis 0, 6,
die-unter sich von einander getrennt befindlich-durch ein Verbindungsmittel, in
dem das filmbildende Material der Hohlkugeln unlöslich ist, zu einer Masse vereinigt
sind.
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Die Massendichte kennzeichnet die zu verarbeitenden trockenen Teilchen,
während die Flüssigkeitsverdrängungsdichte von Bedeutung ist für die Ausfüllung
des Raumes zwischen den Teilchen mit dem flüssigen oder festen Verbindungsmittel.
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Die Verwendung von Hohlkugeln als Bauelement ist bekannt, doch handelt
es sich dabei um eine Bauweise, die von der Errichtung von Bauwerken des Hoch-und
Tiefbaues aus quaderförmigen Bauelementen, wie Hohlsteinen, Tonziegeln, abgeht und
die größere statische Festigkeit der Hohlkugelform ausnutzen will und deshalb hohlkugelförmige
Bausteine oder Bauzellen aus Metallguß, Blech, keramischen Stoffen, Beton und ähnlichen,
also nicht filmartigen Werkstoffen vorsieht, die vorzugsweise aus zwei Kugelhälften
zusammengefügt werden. Die fertigen Hohlkugeln werden dann unter Verwendung von
Bindestoff zu einem Verband vereinigt, im Bauwerk verlegt oder geschichtet, und
ihre Zwischenräume werden mit Baustoff, z. B. Beton, ausgefüllt. Gegenüber dieser
Strukturbauweise unterscheidet sich die Erfindung dadurch, daß die Hohlkugeln eine
ganz andere Größenordnung von erheblich weniger als 1 mm Durchmesser haben und aus
einer filmartigen lochfreien Haut bestehen, wie sie nur durch Versprühen einer Lösung
des Filmbildners gewonnen werden können. Solche fast mikroskopisch kleinen Kugeln
lassen sich weder aus Metall noch aus keramischen Werkstoffen, wie Ziegel, Ton oder
Beton, herstellen. Die Kugeln gelangen auch nicht auf der Baustelle selbst, wie
bei der bekannten Bauweise, zum Einbau, sondern stellen die feinen Mikroporen einer
Kunststoffmasse dar, in der sie durch ein flüssiges oder festes Mittel verteilt
sind. Bei Verwendung für Bauzwecke wird diese die Mikrokugeln enthaltende Kunststoffmasse
als Ganzes nach Art von Beton oder Mörtel verarbeitet, z. B. vergossen.
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Eine Kunststoffmasse gemäß der Erfindung kann für verschiedene Zwecke,
z. B. als Füllmittel an Stelle bekannter Stoffe von zellenförmiger Struktur, verwendet
werden. Je nach der Art des die Hohlteilchen verbindenden flüssigen oder festen
Mittels erhält man geformte Gegenstände, bahnförmige Stoffe, die als Fußbodenbelag,
wie Linoleum, benutzt werden können oder Baumaterialien, wenn das Bindemittel zementartig
ist, also z. B. aus Beton oder Gipsmörtel besteht. Andere Ausführungsformen des
festen zellenartigen Kunststoffes entsprechen einem schaum-oder
schwammartigen
Kunststoff und eigen sich als Isolermaterial gegen elektrischen Strom, Wärme oder
Schall, als Bauplatten, Dichtungen, Verschlüsse, Bojen, Schwimmausrüstungen, für
Zwecke der Luftfahrt, für Schiffsrümpfe und-decke, zur Stoßdämpfung, für Eisbehälter,
Spielwaren, kunstgewerbliche Artikel, Möbel und Koffer. Auch sind solche Kunststoffmassen
besonders verwendungsfähig als Kernmaterial von wabenförmiger Struktur für Sperrplatten,
bei welchen die wabenförmige Füllung zwischen zwei verhältnis-
mäßig dünne, feste
Lagen von großer Stärke eingelegt ist und die zur Anfertigung von Bauelementen und
Tafeln für dekorative und Spezialzwecke dienen.
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Die Außenlagen können dabei z. B. aus Sperrholz, Metall, Kunststoffschichte
bestehen.
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Die verschiedensten Hohlteilchen für Kunststoffmassen gemäß der Erfindung
wurden in einer Vorrichtung auf ihre Wärmeleitfähigkeit im Vergleich mit einem Testmaterial
() Fitch «-Apparat) mit folgenden Ergebnissen geprüft :
| Flüssigkeits- Teilchengröße kcal/m |
| Massendichte Bereich |
| Muster Material verdrängungsdichte in µ |
| g/cm'g ; cm' (Durchschnitt) h °C |
| A Polyvinylalkohol 0, 012 0, 057 | 38, 6 1 2 bis 110 0, 040 |
| B 0, 068 0, 192 23, 0 0 bis 50 0, 038 |
| C 1 Phenolformaldehyd.......... 0, 054 0, 229 26, 4 2 bis 60
0, 032 |
| C2 Phenolformaldehyd.......... 0, 080 0, 253 24. 0 10 bis 70
0, 038 |
| D Phenolformaldehyd.......... 0, 069 0, 536 5, 6 2 bis 30 0,
045 |
| E Phenolformaldehyd ............ 0, 070 0, 346 13, 6 2 bis
15 0, 037 |
| F 0, 063 0, 80 2, 0 2 bis 30 0, 040 |
| G 0, 066 0, 178 35, 0 2 bis 50 0, 042 |
| H 0,055 0,147 36,5 5 bis 100 0, 040 |
| I 0, 2360, 55225, 05 bis1000, 056 |
| J 0,046 0,224 33,6 10 bis 100 0, 042 |
| K Holzmehl 0, 052 |
| LGranulierter Kork........... 0, 040 |
| M Geblähtes vulkanisches Glas.. 0, 050 |
| N Polyvinylalkoholpulver ....... 0, 082 |
Die Ergebnisse zeigen, daß die nach der Erfindung verwendeten Hohlteilchen in bezug
auf ihre Isolationsfähigkeit mindestens so leistungsfähig wie granulierter Kork
und leistungsfähiger als sämtliche anderen untersuchten Stoffe sind.
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Die Anwendung von Wärme und bzw. oder einem Lösungsmittel unter gleichzeitiger
Anwendung von Druck ist ein besonders geeignetes Mittel, um eine Ansammlung von
derartigen Hohlteilchen in eine geformte Masse überzuführen, nachdem sie an eine
mehr oder weniger unzugängliche Stelle gebracht worden sind, wie dies bei ihrer
Verwendung zur Füllisolierung häufig der Fall ist.
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Wenn die Hohlteilchen aus einem thermoplastischen Material, z. B.
Celluloseacetat, Äthylcellulose, Polyvinylchlorid, Polyamiden, Polyäthylen, bestehen,
können sie in einer Vorrichtung dazu gebracht werden, aneinanderzuhaften, indem
man ihre Oberflachen bei erhöhter Temperatur unter einem leichten Druck schwach
erweicht, der nicht ausreicht, die Teilchen flach zu drücken. Die Erweichungstemperaturen
für das thermoplastische Material sind als bekannt der Literatur zu entnehmen.
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Um die Teilchen zum Haften aneinanderzubringen, kann man auch unter
mäßigem Druck Lösungsmittel in flüssiger oder Dampfform in solcher Menge anwenden,
daß die Teilchenoberfläche erweicht und klebrig wird, ohne die Teilchen merklich
zu lösen.
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So können chlorierte Kohlenwasserstofflösungsmittel, wie Tetrachloräthylen,
beispielsweise dazu benutzt werden, um Polyvinylchlorid-oder Polyvinylacetatteilchen
aneinanderzubinden ; für Celluloseacetat-oder Äthylcelluloseteilchen kann Aceton,
für Polyvinylalkoholteilchen Wasser verwendet werden.
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Geformten Massen aus Hohlteilchen zur Verwendung als gebundene Bauelemente
für Isolierungs-und andere
oben aufgeführte Zwecke kann ihre Form auch dadurch verliehen
werden, daß man sie unter Anwendung von Wärme und/oder Druck sintert oder durch
Einwirkung eines Lösungsmittels unter Druck bindet. Im allgemeinen wird jedoch ein
Bindemittel verwendet.
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Beispielsweise werden die Hohlteilchen in einer Lösung eines Bindemittels,
wie mit einem organischen Lösungsmittel gelöstem bzw. verdünntem Asphalt, Gummikitt
oder Polystyrol oder mit in Wasser gelöstem Natriumsilikat dispergiert. Das Lösungsmittel
wird aus der Dispersion verdampft, wobei sich das Bindemittel auf den Teilchen ablagert
und sie zu einer festen Masse verbindet. Das folgende Beispiel erläutert eine Anwendungsart
dieses Verfahrens.
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Beispiel I Aus einem Phenolformaldehydharz bestehende Hohlteilchen
wurden mit einem handelsüblichen Gummikitt zu einer festen Paste vermischt. Ein
anderes Erzeugnis wurde so hergestellt, daß man Hohlteilchen derselben Art mit einem
handelsüblichen Gummikitt, der durch Verschneiden mit 50°1O Benzol hergestellt worden
war, mischte. Jede der erhaltenen Pasten wurde in einer Form ausgestrichen, wo man
sie an der Luft einen Tag bei Zimmertemperatur trocknen ließ. Das erhaltene Produkt
wurde 2 Tage in einem Ofen bei 85°C behandelt.
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Die beiden Erzeugnisse waren im Aussehen gleich.
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Die Oberfläche war weich, und das Material war elastischer als Naturkork.
Das erste Muster hatte eine Dichte von 0, 14, während das aus dem 50%igen Gummikitt
erhaltene eine Dichte von 0, 11 aufwies.
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Ein weiteres Versuchsmaterial wurde hergestellt, indem man die Phenolformaldehydhohlteilchen
mit einer wäßrigen Natriumsilikatlösung von 40'B6 mischte und das Wasser bei höherer
Temperatur
verdampfte. Das erhaltene feste Produkt war sehr hart
und fest, im Aussehen ähnlich wie Beton. Seine Dichte betrug 0, 35. Erzeugnisse
mit niedrigerer Dichte können hergestellt werden, wenn man die Natriumsilikatlösung
mit Wasser verdünnt.
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Gegebenenfalls können die Hohlteilchen auch in einer Emulsion eines
geeigneten Binders, beispielsweise in wäßrigem Kautschuklatex oder in Polyvinylacetatemulsion,
dispergiert werden : Beispiel 2 Ein 60°/oiger neutraler wäßriger Kautschuklatex
wurde mit Wasser auf 30 °/o verschnitten und mit Phenolformaldehydhohlteilchen vermischt,
so daß eine dicke bewegliche Masse entstand. Diese wurde in eine Vakuumform gegossen
und das überschüssige Bindemittel abgezogen. Nach dem Trocknen über Nacht in Luft
bei Zimmertemperatur wurde das erhaltene Produkt in einem Ofen 2 Stunden bei 85°C
behandelt.
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Das Endprodukt war ziemlich elastisch, fest und leicht. Die Außenfläche
war zäh und weich. Das Material hatte die Elastizität eines mittelharten Gummis.
Seine Dichte betrug 0, 15, d. h., sie war annähernd die eines Naturkorks von niedrigem
Gewicht.
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Bei Verwendung von Bindemitteln, wie Asphalt, die einen verhältnismäßig
niedrigen Schmelzpunkt haben, kann man die Hohlteilchen direkt in dem geschmolzenen
Bindemittel dispergieren.
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Beispiel 3 Hohlteilchen aus Phenolformaldehydharz wurden mit einem
thermoplastischen Harzprodukt aus Kolophonium mit einem Erweichungspunkt von 106°C
im Volumenverhältnis von 50 : 50 vermischt, in eine Form gefüllt und im Ofen 4 Stunden
auf 120°C gehalten. Das Gebilde hatte die Härte und das Gefüge von Sandstein. Die
Dichte des Produktes betrug 0, 40.
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Eine feste, starre Struktur kann man erhalten, wenn man die Hohlteilchen
mit einer Lösung eines wärmehärtbaren Harzes im thermoplastischen Zustand, in dem
es in Lösungsmitteln löslich ist, mischt, das Lösungsmittel abdampft und dann das
Gemisch erhitzt, um das Harz in einen Zustand überzuführen, in dem es voll ausgehärtet,
in Lösungsmitteln nicht mehr löslich und nicht mehr thermoplastisch ist.
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Beispiel 4 Eine 50°/oige Lösung eines wasserlöslichen, teilweise
polymerisierten Phenolformaldehydharzes wurde
mit Wasser auf 10°/o verdünnt. Der
Lösung wurden Hohlteilchen aus dem gleichen Harz bis zur Entstehung einer beweglichen
Paste beigemischt. Diese wurde in eine Vakuumform gefüllt und das überschüssige
Lösungsmittel mit Hilfe des Vakuums abgezogen. Das Produkt wurde in einem Ofen 2
Stunden auf 85°C getrocknet und dann 4 Stunden bei 120°C gehärtet. Das Endprodukt
war ziemlich fest und starr.
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Es wies eine Dichte von etwa 0, 15 auf.
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Platten oder ausgeformte Gegensta. nde aus Hohlteilchen können durch
während des Abbindens auf Grund einer chemischen Reaktion entstehende Bindemittel
gebunden werden. Beispiele für solche durch chemische Reaktion entstehende Bindemittel
sind Portlandzement und Gipsmörtel.
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Beispiel 5 Gemische aus I Teil Portlandzement und 3 bis 9 Teilen
Hohlteilchen, denen in einigen Fällen ein kleiner Anteil Sand zugefügt war, wurden
in Form von Zylindern von 4, 4 cm Durchmesser und 8, 8 cm Höhe hergestellt. Die
verwendeten Hohlteilchen bestanden aus Phenolformaldehydharz und aus Polyvinylalkoholharz
und hatten die folgenden Eigenschaften :
| Kunststoff |
| Polyvinyl- |
| formalde- |
| hydharz |
| hydharz |
| Dichte |
| Masse............... 0, 054 0, 044 |
| Wasserverdrängung 0, 239 0, 25 |
| Teilchengröße in Mikron |
| Durchschnitt......... 26, 4 14, 4 |
| 2 2 bis 60 5 bis 70 |
Die Gemische wurden in Kunststofformen gegossen, worin man sie 7 Tage reifen ließ,
während sie den Hauptanteil an Feuchtigkeit zurückhielten, dann ließ man sie 21
Tage an der Luft trocknen. Nach Entformung wurden die Enden der Muster geglättet
und gesandet. Während der folgenden Untersuchungen wurden dünne Folien mittelharten
Gummis auf die Zylinderenden aufgebracht, um eine maximale Obernächenberührung sicherzustellen.
Die Untersuchung wurde durchgeführt auf einer von Hand bedienten hydraulischen Presse
mit einer 907, 2 kg Drucklehre.
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Folgende Ergebnisse wurden erzielt :
| Anteils-Dichte Druckbelastbarkeit Verhaltnis |
| Hohltellchen Druckbelastbarkeit |
| verhältnis |
| g/cm2 kg/cm2 zu Dichte |
| 1 : 3 0, 66 35, 0 12, 2 |
| 1 : 4 0, 58 31, 15 12, 2 |
| 1 4, 50, 5629, 412, 0 |
| Phenolformaldehydharz..1 : 5 0, 53 25, 9 11, 2 |
| 1 : 5 0, 52 25, 9 11, 4 |
| 1 : 6 0, 49 18, 34 8, 5 |
| 1 : 9 0, 39 12, 81 7, 5 |
| Polyvinylalkohol 1 : 6 0, 65 30, 1 10, 4 |
| Phenolformaldehydharz und Sand... 1 : 3 2 |
| Geblähtes vulkanisches Glas 1 3 0, 70 28, 0 9, 1 |
| 1 : 6 0, 42 12, 81 7, 0 |
| Vermikuli: 3 0, 80 28, 0 8, 0 |
| t 1 5 0, 53 15, 47 6, 7 |
Diese Ergebnisse zeigen, daß die Hohlteilchen als leichter Betonzuschlag
dem geblähten vulkanischen Glas und Vermikulit überlegen sind, wenn sie in gleichen
Anteilen angewendet werden. Das Verhältnis von Druckwiderstand zu Dichte zeigt,
daß bei der Herstellung eines Leichtbetons von gegebenem Druckwiderstand ein Produkt
geringerer Dichte und verhältnismäßig geringerer Wärmeleitfähigkeit erhältlich ist,
wenn man Hohlteilchen verwendet.
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Die unter Verwendung von Hohlteilchen hergestellten Betonbauteile
können ohne zu brechen oder zu springen gesägt und genagelt werden und zeigen ein
sehr feinkörniges Gefüge, das in seiner Art mit lufthaltigem Beton vergleichbar
ist.
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Beton mit einem Luftgehalt von 3 bis 6°/o wird verschiedentlich dazu
benutzt, das Reißen von Betonstraßen bei Frost und Tauwetter zu verringern.
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Während die Luft enthaltende Mischung an den Arbeitsplatz transportiert
wird, vereinigt sich die eingeschlossene Luft jedoch leicht zu großen Lufttaschen.
Größere Lufteinschlüsse setzen aber die Druckfestigkeit des Betons herab, ohne dabei
den Frost-und Tauwiderstand merklich zu verbessern.
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Die Hohlteilchen gemäß der Erfindung vereinigen sich nicht wie eingeschlossene
Luft, und können in der geeigneten Konzentration zugesetzt und während des Transportes
zu dem gewünschten Ort auf jede Zeitdauer in Mischung gehalten werden.
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Beispiel 6 Leichtes Kunststeinmaterial wurde hergestellt durch Mischen
von I Teil faserigem Gipsmörtel mit 2 bis 4 Teilen Phenolformaldehydharzhohlteilchen.
Die Gemische wurden in Zylinder von 4, 4 cm Durchmesser und 8, 8 cm Höhe ausgeformt,
wobei sie 7 Tage in den Formen blieben und dann 21 Tage an der Luft trockneten.
Nach dem Entformen wurden die Enden der Muster geglättet und gesandet, hierauf wurde
ihre Druckbelastbarkeit in einer Handpresse bestimmt, wobei dünne Folien mittelharten
Gummis auf die Zylinderenden aufgebracht wurden, um die maximale Oberflächenberührung
sicherzustellen.
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Es wurden folgende Ergebnisse erhalten :
| Druckbelast- |
| Anteils- Dichte |
| verhaltnis |
| g, lcm$ kg/m$ |
| 1 : 2 0, 585 14, 84 |
| Phenolform-| 1 : 2 0, 580 14, 56 |
| aldehydhohl-1 : 3 0, 473 9, 45 |
| teilchen 1 : 3 0, 470 9, 87 |
| 1 : 4 0, 370 7, 42 |
| 1 : 4 0, 362 7, 84 |
| Polyvinylalkohol- |
| hohlteilchen.. 1 : 3 0, 56 13, 44 |
| Geblähtes vulka-J 1 : 3 0, 40 11, 13 |
| nisches Glas 1 : 3 0, 427 11, 48 |
Die Ergebnisse zeigen, daß die Kunststoffmasse aus Hohlteilchen gemäß der Erfindung
in leichten Kunststeinen einen vergleichsweise besseren Druckbelastungswiderstand
aufweisen als geblähtes vulkanisches Glas, wenn sie in gleichen Anteilen verwendet
werden.
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Das Material erwies sich als widerstandsfähig gegen Brechen und Abbröckeln,
so daß es ohne
Bruchgefahr gesägt und genagelt werden konnte.
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Kunststeinwände aus dem hohlteilchenhaltigen Material weisen ausgezeichnete
Isoliereigenschaften, auch in akustischer Beziehung, auf.
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Beispiel 7 Es wurden Muster von starrem Isoliermaterial unter Verwendung
der Hohlteilchen Muster C 1 und C2 (s. Musteraufstellung) aus Phenolformaldehyd
einerseits in Gummikitt und andererseits in Phenolformaldehydharzlösungen dispergiert.
Für Gummikitt wurde das Hohlteilchenmuster C2 und für Phenolformaldehydharzlösung
als Binder wurde das Muster C I verwendet. Und zwar wurden hiermit zwei Massen angesetzt.
In der einen Masse war der Phenolformaldehydbinder in einer Menge von 10 Gewichtsprozent
der Hohlteilchen, in der anderen Masse in einer Menge von 5 Gewichtsprozent der
Hohlteilchen vorhanden. Die Lösungsmittel wurden durch Abdampfen entfernt. Im Falle
des Phenolformaldehydharzbinders wurde das Lösungsmittel durch Vakuumfilter entfernt,
worauf das Muster im Ofen I Stunde bei 85°C und dann 3 Stunden bei 104, 4°C erwärmt
wurde, um die Polymerisation des Formaldehydharzes zu vervollständigen. Dann wurden
die Dichte und Wärmeleitfähigkeit der Muster mit folgenden Ergebnissen bestimmt
:
| Durchschnitt- |
| Binder Dichte liche Wärme- |
| leitfähigkeit |
| g/cma kcal/m h °C |
| Gummikitt............. 0, 16 0, 053 |
| Phenolformaldehyd (10°/o) 0, 22 0, 036 |
| Phenolformaldehyd (5°/0) 0, 13 0, 040 |
| Korkmasse 0, 24 0, 042 |
Die Muster zeigen eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit, die mit derjenigen von
granuliertem Kork und von Hohlteilchen allein vergleichbar ist.
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Die Hohlteilchen können auch als Füllstoff für Fußbodenbelag mit
harter Oberfläche, wie Linoleum, Asphalt-, Gummi-und Korkbelag, Verwendung finden.
Eine gebrauchsfähige Linoleummasse kann hergestellt werden, indem man die Hohlteilchen
in eine Mischung von oxydiertem Leinöl und Holzmehl einbringt, worin sie den gewöhnlich
benutzten Korkmehlfüllstoff ersetzen. Ein Asphaltbelag wird hergestellt aus Asbestfaser
und einem Mineralfarbstoff mit einem Asphaltbindemittel. Dieser Belag hat ausgezeichnete
Gebrauchseigenschaften, ist jedoch nicht so elastisch wie andere Bodenbelagarten
; das Einbringen von Hohlteilchen in Asphaltbodenbelag ist geeignet, dessen Elastizität
zu erhöhen.