DE1244640B

DE1244640B - Verfahren zur Herstellung von Isolierstoffen mit niedrigem spezifischem Gewicht

Info

Publication number: DE1244640B
Application number: DEB77052A
Authority: DE
Inventors: Dr Fritz Stastny; Dr Rudolf Gaeth; Dr Bernhard Schmitt
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1964-06-03
Filing date: 1964-06-03
Publication date: 1967-07-13
Also published as: FR1435618A; LU48671A1; US3434980A; IL23575A; IS811B6; CH462698A; DE1259761B; IS1490A7; AT252094B; NL6507084A; GB1034088A; BE664818A; DK127248B; NL147169B; FI47758B; DE1571313B1; FI47758C

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. Cl.:

C 04 b

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 80 b-9/09

Nummer: 1244 640

Aktenzeichen: B 77052 VI b/80 b

Anmeldetag: 3. Juni 1964

Auslegetag; 13. Juli 1967

In der deutschen Patentschrift 964 217 ist ein Vel· fahren zur Herstellung von Bauelementen mit niedrigem spezifischem Gewicht beschrieben, das darin besteht, daß man kleinteilige, poröse thermoplastische Kunststoffkörper mit in sich geschlossenen Poren, die kein oder höchstens ein geringes Wasseraufnahmevermögen besitzen, mit wasserhaltigen Bindemitteln vermischt, formt und abbinden läßt. Das Verfahren wird in der Regel so durchgeführt, daß man die Kunststoffe und die Bindemittel in Formen einfüllt und, gegebenenfalls unter Zuführung von Wärme, abbinden läßt. Als Bindemittel werden in erster Linie die in der Bauindustrie üblichen Bindemittel, wie Zement, Gips oder Mörtel, eingesetzt. Es ist auch möglich, an Stelle dieser anorganischen Bindemittel organische Bindemittel einzusetzen, z. B. wässerige Lösungen von klehenden oder aushärtbaren Kunstharzen, z.B. Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsprodukte. Diese Bauelemente können z. B. zur Herstellung von Zwischenwänden, Fußboden, Fußboden-Unterlagen, Schalldämpfungswandplatten u. dgl. verwendet werden. Für den Fall, daß als Bindemittel die genannten anorganischen Bindemittel eingesetzt werden, besitzen die Bauelemente eine gewisse Wärmebeständigkeit und wärmeisolierende Wirkung. Sie sind jedoch nicht einer Dauerwärmebeanspruchung bei hohen Temperaturen, z. B. über 900° C, gewachsen, da bei diesen Temperaturen der mechanische Zusammenhalt, z. B. durch Bröckligwerden des Betons, weitgehend zerstört wird. Die genannten Bindemittel haben den weiteren Nachteil, daß sie nur langsam abbinden und somit die Herstellung der in Rede stehenden Bauelemente eine erhebliche Zeit erfordert.

Es wurde nun gefunden, daß man Isolierstoffe mit niedrigem spezifischem Gewicht durch Einbringen von porösen Kunststoffteilchen in wasserhaltige anorganische Bindemittel und Verfestigung dieser Mischungen auf einfachere Weise herstellen kann, wobei sich die Isolierstoffe durch eine hervorragende Haltbarkeit gegenüber einer Dauerwärmebeanspruchung auszeichnen, wenn man als Bindemittel Suspensionen von wasserhaltigen Alkalisilikatpartikeln und anorganischen Füllstoffen in wässerigen Lösungen von Alkalisilikaten verwendet und die Mischung bei Temperaturen oberhalb 40° C und unterhalb der Sintertemperatur der Kunststoffpartikeln durch Entzug von Wasser verfestigt, wobei als Kunststoffpartikeln solche eingesetzt werden, die unter der Einwirkung der gewählten Temperaturen keine Volumenänderung erfahren.

Verfahren zur Herstellung von Isolierstoffen mit niedrigem spezifischem Gewicht

Anmelder:

Badische Anilin- & Soda-Fabrik
Aktiengesellschaft, Ludwigshafen/Rhein

Als Erfinder benannt:

Dr. Fritz Stastny, Ludwigshafen/Rhein;
Dr. Rudolf Gäth, Limburgerhof;
Dr. Bernhard Schmitt, Heidelberg;
Udo Haardt, Ludwigshafen/Rhein

Als feste Alkalisilikatpulver setzt man vorteilhaft handelsübliche Pulver ein, die in der Regel einen Wassergehalt von 16 bis 20 Gewichtsprozent aufweisen. Dieser Gehalt stellt indes insofern keine kritische Größe dar, als sowohl Pulver mit einem höheren als auch mit einem niedrigeren Wassergehalt eingesetzt werden können. Die Konzentration der Alkalisilikatlösung kann innerhalb weiter Grenzen variiert werden. Man kann beispielsweise Lösungen mit einer Konzentration von 15 bis 60° Be einsetzen. Zweckmäßig wird man jedoch handelsübliche Lösungen verwenden, z.B. im Fall von Natriumwasserglaslösung solche mit einer Konzentration von etwa 38° Be. Das Verhältnis Na₂O zu SiO₂ in den festen bzw. flüssigen Alkalisilikaten kann ebenfalls innerhalb weiter Grenzen variiert werden, wobei man auch in diesem Fall vorteilhaft von handelsüblichen Alkalisilikaten ausgeht, in denen dieses Verhältnis etwa 1:3,3 beträgt. Die Wasserfestigkeit der erfindungsgemäß herzustellenden Isolierkörper wird durch dieses Verhältnis entscheidend beeinflußt. Je höher der SiO₂-Anteil in den gewählten Alkalisilikaten ist, desto höher ist auch die Wasserfestigkeit der hergestellten Isolierkörper. Man kann daher diesen Lösungen Kieselsäure, z.B. in Form von Kieselgel, zusetzen. Wasserglaspulver und Wasserglaslösung werden in solchen Mengen eingesetzt, daß das Verhältnis etwa 1:1 bis 3:1 beträgt. Diese Mischungen haben die Eigenschaft, sich bereits bei Raumtemperatur zu verfestigen.

Unter anorganischen Füllstoffen werden solche Substanzen verstanden, die entweder mit den Alkalisilikaten keine Reaktion eingehen oder bei Raumtemperatur nur langsam oder erst bei erhöhten Tempe-

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raturen reagieren. Als derartige Füllstoffe kommen z.B. Magnesiumoxyd, Talkum, Calciumcarbonat, Asbestmehl, Glasmehl, Quarzmehl, Zinkcarbonat oder, wie bereits oben erwähnt, Kieselgel in Betracht. Vorteilhaft setzt man solche Füllstoffe ein, die ein niedriges Schüttgewicht besitzen. Als besonders geeigneten Füllstoff setzt man Kieselsäurepulver mit einem niedrigen Schüttgewicht und einem großen Porenradius ein. Solche Pulver können beispielsweise gemäß der deutschen Patentschrift 1 073 459 hergestellt werden, indem mit Alkalisilikatlösungen zunächst mit Ammoniak versetzt und aus dieser Lösung durch Zugabe von Säuren die Kieselsäure ausfällt. Solche Pulver besitzen neben ihrem günstigen niederen Schüttgewicht den weiteren Vorteil, daß sie nicht wie Kieselsäuregele die Eigenschaft haben, schon bei Raumtemperaturen einen verdickenden Einfluß auf die Alkalisilikatlösungen auszuüben, was die Herstellung einer homogenen Mischung erheblich erleichtert. Selbstverständlich können diese Pulver aber auch zusammen mit Kieselsäuregelen oder auch anderen anorganischen Füllstoffen eingesetzt werden. Die Füllstoffe werden in solchen Mengen eingesetzt, daß das Verhältnis wasserfreies Alkalisilikat zu Füllstoff etwa 1:1 bis 4 :1 beträgt.

Als poröse Kunststoffpartikeln setzt man beispielsweise solche aus Polystyrol oder Polystyrol-Mischpolymerisaten, z. B. aus Styrol und Acrylnitril, Acrylsäure, Butadien u. dgl., ein. Diese geschäumten Kunststoffpartikeln werden in bekannter Weise dadurch hergestellt, daß man die entstandenen Teilchen, die niedrigsiedende Flüssigkeiten oder Gase als Treibmittel enthalten, erhitzt, wobei die Teilchen aufgeschäumt werden. Weiterhin kommen auch poröse Kunststoffpartikeln auf Basis von Vinylchlorid oder Mischpolymerisaten aus Vinylchlorid und Vinylidenchlorid in Betracht. Vorteilhaft werden den genannten porösen Kunststoffpartikeln flammhemmende Verbindungen zugesetzt, z. B. anorganische Halogenverbindungen oder Gemische aus Chlorparaffinpulver und Antimontrioxyd. Die Kunststoffpartikeln werden zweckmäßig in solchen Mengen eingesetzt, daß der Volumenanteil der wasserfreien Alkalisilikate und der anorganischen Füllstoffe sich zu dem Volumenanteil an Kunststoffpartikeln wie 1:1 bis 1: 5 verhält.

Da, wie bereits erwähnt, die Alkalisilikatsuspensionen sich bereits bei Raumtemperatur verfestigen, geht man bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Isolierkörper zweckmäßig so vor, daß man zunächst die Anteile an Festsubstanzen, d. h. also die Alkalisilikatpartikeln, Füllstoffe und geschäumten Kunststoffpartikeln, miteinander vermischt und in diese Mischung den vorbestimmten Anteil an Alkalisilikatlösung, z. B. durch Bedüsen, einbringt. Die erhaltene Mischung wird anschließend bei erhöhten Temperaturen durch Entzug von Wasser verfestigt. Hierzu kann man die Mischung entweder in Metallformen, die allseitig beheizt werden, einbringen oder auch auf ein endloses Band aufbringen, wobei das Gemisch durch Beheizen des Bandes oder Bestrahlen der Oberseite, z. B. durch Aufblasen von Heißluft oder überhitztem Wasserdampf oder Infrarotstrahlung oder durch Übertragung von Kontaktwärme auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird. Die Erwärmung wird abgebrochen, wenn der Wasseranteil der Mischung unter 20 Gewichtsprozent abgesunken ist. Vorteilhaft beträgt der Wassergehalt des Festkörpers etwa 5 bis 15 Gewichtsprozent. Um bei der Trocknung der

Mischung gegebenenfalls das Auftreten von Rissen zu verhindern, ist es vorteilhaft, den Mischungen organische Substanzen, wie Kohlehydrate, Celluloseäther, Polyglykole u. dgl., zuzusetzen.
Die erfindungsgemäß hergestellten Isolierkörper zeichnen sich durch eine sehr gleichmäßige poröse Konsistenz aus. Ihr Raumgewicht beträgt je nach Anteil der Kunststoffe und dem spezifischen Gewicht der anorganischen Füllstoffe etwa 200 bis 300 kg/m³. Sie

ίο besitzen ein ausgezeichnetes Isoliervermögen und verlieren diese Eigenschaft auch dann nicht, wenn sie z.B. im Brandfall einer längeren Dauerwärmebelastung ausgesetzt werden. Sofern sie ein hohes Verhältnis SiO₂ zu Alkalioxyd aufweisen, sind sie auch gegen die Einwirkung von Feuchtigkeit außerordentlich stabil. Eine erhöhte Beständigkeit gegen Wassereinwirkung kann auch durch Nachbehandlung der Schaumkörper mit Säuren, z. B. Phosphorsäure oder Salzsäure, oder mit Lösungen von Schwermetallsalzen, z. B. von Zinkchlorid, erreicht werden.

Die erfindungsgemäßen Isolierkörper können z. B. in Form von Platten, die auch z. B. mit Metallplatten, Gipsplatten, Asbestzementplatten, Kunststoff-, Sperrholz- oder Spanholzplatten beschichtet sein können, als Bauelemente im Bauwesen als isolierende und brandschützende Schichten eingesetzt werden. Sie können andererseits auch zur Beschichtung von Wänden, Decken, Dachböden, Böden verwendet oder auch in Lager- oder Kühlhäusern als isolierende Zwischenschichten eingesetzt werden.

Beispiel 1

800 Gewichtsteile geschäumter Polystyrolteiichen mit einem Durchmesser von etwa 0,3 bis 2 mm, welche 6 Gewichtsprozent Hexabromcyclododecan enthalten und ein Schüttgewicht von 15 g/1 aufweisen, werden mit 1500 Gewichtsteilen Natriumwasserglaspulver, das einen Wassergehalt von 16 Gewichtsprozent besitzt und dessen Teilchengröße von 0,1 bis 0,5 mm beträgt, 500 Gewichtsteilen Zinkoxyd, 100 Gewichtsteilen pulverförmigem Magnesiumoxyd, 100 Gewichtsteilen Quarzmehl, vermischt. Auf diese Mischung werden 500 Gewichtsteile 15%iger Kalilauge und 12 000 Gewichtsteile Natriumwasserglaslösung mit einer Konzentration von 39° Be unter Rühren aufgedüst.

Das Na₂0/Si0₂-Verhältnis beträgt in dem Natriumsilikatpulver sowie in der Lösung jeweils 1: 3,3. Die hierbei entstandene krümelige Masse wird in einen Aluminiumbehälter, der 1X1X0,30 m groß ist und dessen Innenwandung mit einem Perlongewebe ausgelegt ist, eingefüllt. Die Höhe der Schüttung beträgt 28 cm. Der Aluminiumbehälter wird mit einem lose aufliegenden Aluminiumdeckel verschlossen und 40 Minuten lang in einem Dampfautoklaven bei einem Dampfdruck von 0,5 atü gelagert. Nach dem Abkühlen wird dem Behälter ein poröser Isolierblock entnommen, der die Dimension 1X1X0,28 m besitzt und der nach der Trocknung ein Raumgewicht von 215 kg/m³ aufweist.

Der Block wird mit einer Bandsäge zu Platten mit einer Dicke von jeweils 3 cm geschnitten. Diese Platten eignen sich beispielsweise als isolierende Zwischenschichten in Verbundelementen. Die Platten bieten einen hohen Widerstand gegen den Durchgang von Hitze, der auch bei langandauernder Hitzeeinwirkung erhalten bleibt, da das anorganische Gerüst nicht zerstört wird.

Claims

Beispiel 2 1500 Gewichtsteile Wasserglaspulver mit einem Wassergehaltvon 20 Gewichtsprozent und einer Korngröße von 0,2 bis 0,4 mm werden mit 200 Gewichtsteilen Kieselgel mit einem Schüttgewicht von etwa 600 g/1, 200 Gewichtsteilen Zinkoxyd, 800 Gewichtsteilen Kieselsäurepulver vom Schüttgewicht 125 g/1 und 300 Gewichtsteilen geschäumter Styrolpartikeln mit einem Schüttgewicht von 10 g/1 und einer durchschnittlichen Korngröße von 1,1 mm, vermischt. Dieser Mischung werden 2000 Gewichtsteile Wasser zugesetzt und anschließend 1500 Gewichtsteile einer Natriumwasserglaslösung mit einer Konzentration von 39° Be. Die Mischung wird in einem wie im Beispiel 1 beschriebenen Behälter eingefüllt und dort 2 Stunden lang bei einer Temperatur von 65° C und anschließend 7 Tage bei 30° C getrocknet. . Der entstandene homogene poröse Block wird, wie im Beispiel 1 beschrieben, zu Platten zersägt, die sich hervorragend als Isolier- und Brandschutzplatten eignen. Werden solche Platten mit einer Stärke von 4 mm beidseitig mit je 6 mm starken Asbestzementplatten kombiniert, so erhält man ein Verbundelement, bei dem die Temperatur auf der der Flamme abgekehrten Seite bei einem Beflammungsversuch gemäß DIN 4102 nach mehr als 100 Minuten einen gegenüber Raumtemperatur um 140° C höheren Wert erreicht. Dieses Element kann daher gemäß DIN 4102 in die Feuerwiderstandsklasse F 90 eingereiht werden. Beispiel 3 35 In einen Intensivmischer werden 640 Gewichtsteile geschäumte Polystyrolpartikeln, deren Durchmesser 1 bis 3 mm beträgt und die ein Schüttgewicht von 20 g/1 aufweisen, 70 Gewichtsteile Kieselgelpulver mit einem Schüttgewicht von etwa 600 g/1, 700 Gewichtsteile Talkum, 600 Gewichtsteile Zinkoxyd, 500 Gewichtsteile Quarzmehl, 50 Gewichtsteile Ultramarinblau, 750 Gewichtsteile Wasserglaspulver mit einem Wassergehalt von 18 Gewichtsprozent urfd einer Korngröße von 0,2 bis 0,4 mm, eingebracht. Ferner werden der Mischung 1750 Gewichtsteile einer Natriumwasserglaslösung mit einer Konzentration von 39° Be, 100 Gewichtsteile 30°/oige Kalilauge sowie 200 Gewichtsteile einer wässerigen Lösung, die 50 Gewichtsteile Rohrzucker enthält, hinzugefügt. Die Alkalisilikate weisen ein Verhältnis von Na2O: SiO2 von 1:3,3 auf. Diese Substanzen werden 3 Minuten lang gemischt, wobei eine lose, gut schüttbare Mischung entsteht. Diese Mischung wird in eine rechteckige Form eingebracht, die aus seitlichen aus Holz bestehenden Umrandungen besteht, die auf einem Segeltuch, das auf einer Unterlage aufliegt, ruhen. Die Form ist oben offen. Die Mischung wird in dieser Form gleichmäßig verteilt und anschließend so stark gepreßt, daß die Höhe um etwa 20% abnimmt. Dann werden die seitlichen Umrandungen entfernt, wobei ein noch loser, den Dimensionen der Holzform entsprechender Formkörper zurückbleibt. Dieser wird jeweils 24 Stunden lang bei 22° C, 70° C und 90° C bei einem Druck von 70 torr gelagert. Man erhält hierbei einen druckfesten und zusammenhängenden Schaumstoffblock, dessen Raumgewicht kg/m3 beträgt. Dieser Block wird mit Hilfe einer Vertikalbandsäge in Platten mit einer Stärke von 5 cm geschnitten. Die Platten eignen sich als Isolierkörper. Bei der Einwirkung eines Brandes, wobei Temperaturen um etwa 1000° C auftreten können, zeigen sie eine gute Isolierwirkung, da die in ihnen enthaltenen anorganischen Bestandteile einen porösen Körper bilden. Die Platten können z.B. mit Mörtel beschichtet werden. Sie können auch mit anderen Platten, z. B. Metallplatten, Holzfaserplatten oder Asbestzementplatten, kombiniert werden. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Isolierstoffen mit niedrigem spezifischem Gewicht durch Einbringen von porösen Kunststoffteilchen in wasserhaltige anorganische Bindemittel und Verfestigung dieser Mischungen, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Suspensionen von wasserhaltigen Alkalisilikatpartikeln und anorganischen Füllstoffen in wässerigen Lösungen von Alkalisilikaten verwendet werden und die Mischung bei Temperaturen oberhalb 40° C und unterhalb der Sintertemperatur der Kunststoffpartikeln durch Entzug von Wasser verfestigt wird, wobei als Kunststoffpartikeln solche eingesetzt werden, die unter der Einwirkung der gewählten Temperaturen keine Volumenänderung erfahren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als anorganischen Füllstoff Kieselsäurepulver verwendet, das durch Zugabe von Ammoniak zu Alkalisilikatlösungen und anschließende Ausfällung mit Säuren hergestellt worden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als anorganischen Füllstoff Zinkoxyd verwendet.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst die Feststoffe miteinander vermischt und in diese Mischung die Alkalisilikatlösungen einbringt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 964 217;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1017 973,
030754, 1127 276;

Zement—Kalk—Gips, 1959, S. 253 bis 257.