DE1281336B - Verfahren zur herstellung von schaumkoerpern aus anorganischem thermoplastischem material - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^(^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C04b

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche KL: 80 b-18/05

P 12 81 336.4-45 (S 83063)

24. Dezember 1962

24. Oktober 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung; von Schaumkörpern beliebiger Größe aus anorganischem thermoplastischem Material, vorzugsweise glasbildenden Silikaten, und Schäummittel!!, wobei die Schaumkörper eine sehr unterschiedliche Größe, beispielsweise von großformatigen Blöcken, Platten und Profilkörpern einerseits und von körnigen, schüttfähigen Füll- und Zuschlagstoffen anderer^ seits, aufweisen können.

Zur Herstellung von anorganischen Schaumkörpern sind zahlreiche Verfahren bekannt, die jedoch verschiedene Mängel teilweise grundsätzlicher Art aufweisen.

Ein wesentlicher Mangel der bekannten Verfahren ist, daß es nicht möglich ist, Sehaumkörper beliebiger Größe, insbesondere aber sehr kleine Körper mit durchweg geschlossenen Zellen herzustellen. Man war bisher gezwungen, kleine Schaumkörper durch Spalten oder Brechen von größeren Schaumkörpern zu erzeugen. Infolgedessen weisen die so gebrochenen Körper zum mindesten in den Bruchflächen offene Zellen auf. Je nach der Verwendung füllen sich diese Zellen mit Wasser oder anderen Stoffen, so daß der Vorteil des geringen Raumgewichtes, beispielsweise von Schaumglas, weitgehend aufgehoben wird. Schaumglasbrueh ist außerdem äußerlich sehr zerklüftet und daher für viele Zwecke ungeeignet, dagegen sind Körper mit rundlichen Oberflächen, beispielsweise in Perlenform, schon deshalb viel geeigneter, weil diese Körper eine höhere Druckfestigkeit aufweisen.

Die zur Herstellung von Schaumglas aus Glaspulver und Schäümmitteln verwendeten Verfahren weisen darüber hinaus eine kritische Phase beim Übergang von der Sinterung zur Schäumung auf. Beim Sintern rücken bekanntlich die einzelnen Glasteildhen unter der Einwirkung der Hitze näher zusammen und haften an den Kontaktstellen aneinander. Eine durchgesinterte Glasmasse befindet sich im Zustand erhöhter Dichte, wobei ihr Volumen gegenüber dem lockeren Ausgangszustand erheblich, häufig bis auf 60^θ/ο, vermindert ist. Mit dem Schäumen ist demgegenüber eine wesentliche Volumenvergrößerung verbunden.

Bringt man beispielsweise ein Gemisch aus Glaspulver und Ruß in gleichmäßiger Schicht mit ebener Oberfläche in eine Form ein und unterwirft man dieses Gemisch einem Sinterprozeß, so führt die Volüfnenverminderung zu einem ungleichmäßigen, regellosen Aufreißen und Zerklüften der Sintermasse in größere und kleinere Teilstücke. Wird die Sintermasse hierauf zur Schäumung weiter erhitzt* so wer-

Verfahren zur Herstellung von Schaumkörpern
aus anorganischem thermoplastischem Material

Anmelder:

Synfibrit G. to. b. H., Glarus (Schweiz)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,

7000 Stuttgart 1, Werastr. 24

Als Erfinder benannt:

Walter Heidrich,

Klaus Körner, 7417 Ürach

den die ungleich großen Teilstücke verschieden schnell erwärmt. Die Schäümung setzt daher zuerst an den kleineren Teilstücken und an den Randzonen der größeren Teilstücke ein. Der sich bildende Schaum wirkt für die tiefer liegenden, noch nicht genügend erhitzten Zonen als Wärrriebärriere. Die Sehäumung verläuft daher ungleichmäßig, so daß sich Fehlbildungen in der Zellstruktur ergeben, beispielsweise große und geplatzte Zellen in den Randzonen der Teilstücke, während im Inneren nichtgeschäumte Zellen verbleiben. Außerdem können sich Lunker und Lufteinschlüsse infolge von Uberschiehtürtg spät schäumender Teilstücke durch früher geschäumte Teilstücke bilden sowie Hohlräume infolge Loslösens der vorzeitig aufgeschäumten Äußenhülle von den

Kernbezirken. Solche Fehlbildungen in der Zellstruktur führen zu Diehteunterschiedett innerhalb def Formkörper, wodurch die Isolierwirkung und die mechanische Festigkeit beeinträchtigt werden.

Es ist schon vorgeschlagen worden, diesen Schwierigkeiten durch eine entsprechende Temperaturregelung zu begegnen, wobei die Masse so lange auf der niedrigeren Sintertemperatur gehalten wird, bis sie vollständig durchgesintert ist. Durch eine schnelle Steigerung der Temperatur auf die Reaktionstemperatur des Schäummittels wird hierbei eine gleichmäßige Schäumung angestrebt.

Auf diese Weise lassen sich die vorerwähnten Schwierigkeiten jedoch nur teilweise beheben; die Fehlbildungen werden nicht vermieden, sondern nur vermindert.

Ein weiterer Vorschlag zur Vermeidung von Fehlbildungen in der Schaumstruktur besteht dariri, die in

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die Form eingebrachte Schicht aus Glaspulver und und körnige Aufbereitung wird jedoch am einfachsten Schäummittel durch Eindrücken einer Schablone oder durch Sintern der mit dem Schäummittel vermengten mittels anderer Vorrichtungen einzukerben und so thermoplastischen Stoffe und durch anschließendes in regelmäßige Teilbezirke zu unterteilen. Auf diese Zerkleinern bewirkt.

Weise soll das Schrumpfen während der Sinterung 5 Die Verarbeitung des verdichteten körnigen Zwigeregelt werden. Auch bei diesen Verfahren ist keine schenproduktes unter Einwirkung von Wärme erfolgt grundsätzliche Lösung des Problems, die einander vorteilhafterweise in einer von der ersten Verarbeientgegengesetzt gerichteten Vorgänge des Schrump- tungsstufe zeitlich und räumlich getrennten zweiten fens beim Sintern und der Volumenvergrößerung Verarbeitungsstufe, wobei das verdichtete körnige beim Schäumen voneinander zu trennen, gewähr- io Zwischenprodukt vor dem Verschäumen gegebenenleistet. Es ist hierbei lediglich möglich, den Grad der falls sortiert wird.

Fehlbildungen auf ein gewisses, praktisch eben noch Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber

tragbares Maß zu mindern. Die eigentliche Ursache den bekannten Verfahren eine Reihe wesentlicher der vorgenannten .Mängel wird hierbei jedoch nicht Vorzüge auf. Da die Sinterung und die Schäumung beseitigt, zumal der durch Einkerben erreichbare 15 zeitlich und räumlich voneinander getrennt durchGrad der Aufteilung _tbei einem bestimmten Verhält- geführt werden können, kann für das Sintern ein nis der Schichtdicke zur Größe der vorgeprägten Kör- wirtschaftlicher, beispielsweise kontinuierlicher Proper seine Grenzen Mt. zeß unter Verzicht auf Formen angewendet werden. Schließlich ist auch noch der Vorschlag gemacht Durch das anschließende Zerkleinern und gegebenenworden, durch eine entsprechende Temperaturführung ao falls Sortieren der gesinterten Masse läßt sich für die während der Einleitung des Schäumprozesses eine verschiedensten Verarbeitungszwecke ein jeweils bestschnelle Durchwärmung der Sintermasse zu gewähr- geeignetes Ausgangsmaterial schaffen. So erlaubt leisten. Selbst wenn es hierbei durch unabhängig von- unter anderem im Unterschied zu allen bekannten einander regelbare Heizelemente ermöglicht wird, je Verfahren das erfindungsgemäße Verfahren die Hernach Bedarf ein TemperaturgefäHe von oben nach 25 stellung sehr kleiner Schaumkörper bis zu Körpern unten oder auch umgekehrt hervorzurufen und damit . von Sandkorngröße. Dabei besteht das einzelne die Richtung des Wärmeflusses- im Sintergut zu be- Schaumkörperchen von der Größe von beispielsweise einflusssen, so wird hierdurch das Problem, die Wir- Bruchteilen eines Millimeters noch aus einer Mehrkungen entgegengesetzt gerichteter Bewegungen beim zahl von geschlossenen Zellen und besitzt somit eine Sintern und Schäumen auseinanderzuhalten, keines- 30 im wesentlichen geschlossene Oberfläche. Andererfalls grundsätzlich gelöst, sondern nur eine graduelle seits können aber auch auf diese Weise die üblichen Minderung dieses Mangels und der daraus sich plattenförmigen oder auch beliebig profilierten sowie ergebenden Folgen erzielt. besonders dicken Isolierkörper mit verbesserter Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, gleichmäßiger Zellstruktur hergestellt werden. Auch diese Mängel der bekannten Verfahren zu vermeiden, 35 sind dünne Schaumglasschichten im Ofen ohne was dadurch erzielt wird, daß die Mischung aus anor- Schutzgasatmosphäre- herstellbar, wodurch eine Verganischem thermoplastischem Material und Schäum- kürzung der Kühldauer ermöglicht wird,
mittel verdichtet, körnig aufbereitet und anschließend Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verunter Einwirkung von Wärme geschäumt wird. Das xahrens kann Glas, beispielsweise in Gestalt vonerfindungsgemäße Vjerfahren besteht somit aus zwei 40 Abfallglasscherben, vorgebrochen und zweckmäßiger-Teilstufen, nämlichyeinem Aufbereitungsprozeß, der weise zusammen mit dem Schäummittel z. B. in zu einem verdichteten körnigen Zwischenprodukt Kugelmühlen fein gemahlen werden. Diese in ihrem führt, und dem eigentlichen Schäumprozeß unter Feinheitsgrad zweckmäßigerweise einer bestimmten Einwirkung von Wärme. Die Herstellung des verdien- Siebkurve angepaßte Mischung kann nach dem Austeten körnigen Zwischenproduktes aus der pulverigen 45 tritt aus der Mühle unmittelbar auf ein kontinuierlich Ausgangsmischung, die aus anorganischen, bei Er- arbeitendes, mittels Öl, Gas oder auch elektrisch be-hitzung einen plastischen Zustand aufweisenden Roh- heiztes Sinterband aufgebracht werden. Sowohl die stoffen und Schäummitteln besteht, erfolgt vorteil- Temperaturhöhe als auch die Durchlaufgeschwindighafterweise dadurch; daß das zu verdichtende, mit keit wird hierbei der jeweils zur Verarbeitung gelan-Schäummittel vermengte Material durch Sintern bei 50 genden Glasart angeglichen. Durch stichprobenweise, einer unterhalb der Schäumtemperatur liegenden vorzunehmende Dichtemessungen ist der Sinterpro-Temperatur in den Zustand annähernd größter Mate- zeß leicht zu kontrollieren und zu regeln. Hierbei rialverdichtung gebracht wird. Vorteilhafterweise wird der Sinterprozeß so weit geführt, daß annähernd wird hierbei das zu verdichtende, mit Schäummittel der Zustand der größten Materialverdichtung erzielt vermengte Material in körniger Form in einen bei 55 wird, so daß bei der späteren Schäumbehandlung der Schäumtemperätur nicht zusammenbackenden keine stärkere Schrumpfung des Zwischenproduktes und mit dem zu verschäumenden Material sich nicht mehr eintritt.

verbindendem Trennstoff, z. B. Gesteinsmehl, einge- Die Zerkleinerung der gesinterten Masse kann entbettet oder auch zur Vermeidung des Zusammen- weder im plastischen Zustand oder nach der Ver-' Wachsens beim Schäumprozeß mit einer Trennmasse 60 festigung in beliebiger Weise vorgenommen werden, umhüllt. ■ -' · Auch die Weiterverarbeitung des Zwischenproduktes

Die aus anorganischem thermoplastischem Material im Wege der Schäumung unter Anwendung von Hitze und Schäummitteln bestehende pulverförmige Mi- kann in verschiedener Weise durchgeführt werden,
schung kann mit oder ohne Bindemittelzusatz ver- So kann man beispielsweise, wie schon oben aus-:

preßt werden. Die Verdichtung und körnige Auf- 65 geführt wurde, das Zwischenprodukt in Gesteinsmehl bereitung kann aber auch durch Granulierung mit einbetten, wobei der Trennstoff nach Durchführung Wasser und Bindemittel erfolgen, wobei das Gemisch des Schäumprozesses abgesiebt oder abgeschlämmt durch Trocknung verfestigt wird. Die Verdichtung und wieder verwendet werden kann. Auch bei der

Umhüllung des körnerförmigen Zwischenproduktes mit Trennstoff bleiben zwischen den einzelnen Partikeln des Zwischenproduktes zunächst Hohlräume frei, welche ihre Durchwärmung beim Schäumvorgang erleichtern.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung größerer Schaumkörper, wie beispielsweise Platten, Isolierschalen, Profilen u. dgl. wird dadurch ermöglicht, daß das in feinstückiger Form vorliegende, einen bestimmten Kornaufbau aufweisende Zwischenprodukt besonders gleichmäßig durchwärmt werden kann. Dadurch wird der Schäumvorgang praktisch an jedem Punkt des Schäumgutes gleichzeitig eingeleitet.

Das Schäumen des Zwischenproduktes kann auf Bändern, in Formen, in rotierenden Trommeln, in Schacht- und anderen Öfen erfolgen. Das Zwischenprodukt kann beispielsweise auch im freien Flammstrom oder Heißgasstrom geschäumt werden, was bei bestimmten Korngrößen wirtschaftlich besonders vorteilhaft sein kann.

Für besondere Zwecke kann man von glasbildenden Silikaten mit besonderen Eigenschaften ausgehen und auf diese Weise Schaumkörper erzeugen, die beispielsweise farbig sind oder sich durch eine besonders hohe Temperaturbeständigkeit auszeichnen. Unter glasbildenden Silikaten werden in diesem Zusammenhang unter anderm auch Glas und Quarz verstanden.

Beispiel 1

In einer ersten Arbeitsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das verdichtete körnige Zwischenprodukt auf folgende Weise hergestellt:

Ein Glas (auch Abfallglas) der Zusammensetzung

72 o/o Siliciumdioxid (SiO₂),

2 % Aluminiumoxid (Al₀O₃),
8 % Calciumoxid (CaO)"

15 % Natriumoxid (Na₂O),

3 % Magnesiumoxid (MgO)

wird mit 0,5 °/o Ruß als Schäummittel in einer Kugelmühle so fein gemahlen, daß mindestens 80% ein Sieb mit 50 Mikron Maschenweite passiert.

Die Mischung wird im Durchlauf 7 Minuten auf einem Sinterband auf 600° C erhitzt, wobei die Masse den thermoplastischen Materialzustand erreicht und den Zustand annähernd größter Dichte einnimmt. Die regellos zerklüftet aussehende Masse, deren Schichtdicke auf dem Sinterband von etwa 5 cm auf etwa 3 cm geschrumpft ist, kühlt man schockartig ab, wobei Wärmespannungen entstehen, und zerkleinert sie in einer Prallmühle in Kornform.

Beispiel 2

Das körnige, verdichtete Zwischenprodukt gemäß Beispiel 1 wird in Kornfraktionen 0,2 bis 2 mm, 2 bis 4 mm und 4 bis 10 mm abgesiebt. Jede Fraktion wird in Zwischenbunker gelagert.

Die zweite Arbeitsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens führt bei der im folgenden beschriebenen Abwicklung zu körnigen, geschäumten Füll- und Zuschlagstoffen.

Man mischt beispielsweise die Kornfraktion 2 bis 4 mm mit 8 Gewichtsprozent Kaolinmehl, speist die Mischung in einen Drehrohrofen ein und schäumt unter Wärmeeinwirkung bei 850° C das körnige Material 12 Minuten lang. Man erhält körnige, abgerundete Schaumkörper, deren Volumen gegenüber dem Zwischenprodukt auf das Zehn- bis Zwölffache zugenommen hat. Der Trennstoff, der das Zusammenbacken der Körper verhindert und das Ankleben an der Ofenwand vermieden hat, wird nach dem Schäumprozeß abgesiebt und wiederverwendet. Die Schaumkörper haben nach der Wärmebehandlung einen Korndurchmesser von etwa 3 bis 7 mm.

ίο Während die Dichte des Zwischenproduktes etwa 2,3 g/cm³ betrug, haben die Schaumkörper eine »scheinbare Dichte« von 0,6 g/cm³.

Verarbeitet man die erfindungsgemäß hergestellten runden Schaumkörper als Bindemittel zu Massen oder Formteilen weiter, so erhöht sich durch den Zusatz der Schaumkörper das Wärmedämmvermögen der Massen erheblich, gleichfalls vermindert sich das Gewicht entsprechend der Füllstoffmenge. Solche Massen (Bauteile, Gießharze) werden durch den inerten Füllstoff außerdem verbilligt.

Beispiel 3

Das gemäß Beispiel 1 gewonnene körnige, verdichtete Zwischenprodukt wird in Formen geschüttet, und zwar in 5 cm dicker Schicht. Die Formen werden in einen Rollenofen eingegeben, den sie in 50 Minuten durchlaufen. Die Ofentemperatur ist gleichmäßig 830° C. Die aufgelockerte Kornschicht gewährt eine ungehindert gleichmäßige Wärmeeinleitung. Die Schäumung setzt in allen Bereichen der Kornschicht gleichzeitig ein. Der Schaumkuchen nimmt das gesamte Formvolumen ein; die Höhe des Blockes beträgt nach der Schäumung 18 cm, entsprechend der Formenhöhe. Die Schaummasse ist infolge der gleichmäßigen Schäumung fehler- und lunkerfrei.

Um Wärmespannungen auszugleichen, werden die ausgeformten Blöcke nach dem Schäumprozeß in bekannter Weise mehrere Stunden lang gleichmäßig auf Raumtemperatur abgekühlt.

Die »scheinbare Dichte« solcher Schaumblöcke liegt in der Größenordnung von 0,15 g/cm³. Das Produkt ist dampfdicht infolge seiner Rohstoffbasis. Daher wird sein hoher Wärmedurchlaßwiderstand auch durch Feuchtigkeit nicht beeinträchtigt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von insbesondere als Füll- und Zuschlagstoffe verwendbaren Schaumkörpern beliebiger Größe unter Verwendung einer aus anorganischem thermoplastischem Material und Schäummitteln bestehenden pulverförmigen Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung verdichtet, verkleinert und anschließend durch Einwirkung von Wärme zu Schaumkörpern verarbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdichtende, mit Schäummittel vermengte Material durch Sintern bei einer unterhalb der Schäumtemperatur liegenden Temperatur in den Zustand annähernd größter Materialverdichtung gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material in einen bei der Schäumtemperatur nicht zusammenbackenden und mit dem zu verschäumenden

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Material sieh nicht verbindenden Trennstoff, z. B. Schäumpfozeß mit einer Tfennmässe umhüllt

Gesteinsmehl, eingebettet wird. werden*

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dä-

dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kör- durch gekennzeichnet, daß als zu verschäumendes

ner zur Vermeidung des Zusammenwachsens beim δ Material glasbildende Silikate verwendet werden.

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