DE19923493A1

DE19923493A1 - Verfahren zur Herstellung eines Leichtwerkstoffes

Info

Publication number: DE19923493A1
Application number: DE1999123493
Authority: DE
Inventors: Stefan Wisser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2000-04-06
Anticipated expiration: 2019-05-22
Also published as: DE19923493C2

Abstract

Der Leichtwerkstoff besteht aus einem hydrothermal bei 120 DEG C bis 300 DEG C mit Wasserdampf verbundenen Gemisch aus kolloidaler Kieselsäure und/oder Wasserglas und Kalkhydrat und vorgeblähten Polystyrolgranulatpartikeln als Zuschlagstoff. Hierbei werden die Polystyrolgranulatpartikel zunächst mit einem Gemisch von kolloidaler Kieselsäure in Form einer wässrigen kolloidalen Dispersion und/oder einer wässrigen Wasserglaslösung bzw. -dispersion und Kalkhydrat umhüllt. Das Gewichtsverhältnis von SiO¶2¶ zu CaO des Bindemittels liegt im Bereich von 0,5 : 1 bis 1 : 0,5, vorzugsweise bei 1 : 1, wobei die Polystyrolgranulatpartikel mit einem vorgefertigten Gemisch oder aber zunächst mit kolloidaler Kieselsäure in Form einer wässrigen kolloidalen Dispersion und/oder einer wässrigen Wasserglaslösung bzw. -dispersion umhüllt werden und anschießend Kalkhydrat zugegeben wird, wobei dieser Vorgang mehrfach wiederholt und auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden kann, je nach gewünschter Schichtstärke der Hüllen. DOLLAR A Die so erhaltenen Mischungen können in Formen gepresst oder als Schüttungen in einem Wasserdampfdruckkessel verfestigt werden. Die Festigung erfolgt hierbei im wesentlichen durch die Bildung von miteinander verfilzten winzigen Calciumsilikathydratkristallen. Die gewünschte Festigkeit und Rohdichte kann durch die Dicke der Umhüllung sowie durch die Korngröße und Korngrößenverteilung der Polystyrolgranulatpartikel gesteuert werden, wobei die Korngrößen vorzugsweise im ...

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtwerkstoffes, welcher aus expandiertem Polystyrolgranulat und anorgani schem Bindemittel besteht.

Es ist bekannt, anorganische Binder wie Zemente und mit Wasser abbindende Calciumsulfate zu Leichtwerkstoffen zu verarbeiten:

a) durch Herstellung einer pastösen und mit einem Blähmittel versehenen Masse und anschließende Verfestigung im Wasserdampfdruckkessel, z. B. Gasbeton
b) durch Herstellung einer pastösen Masse, welcher ein Schaum untergemischt wird und anschließende Verfestigung im Wasserdampfdruckkessel, z. B. Wärme dämmaterial.
c) durch Mischung anorganischer Bindemittel mit festen silikatischen Leichtzu schlagstoffen wie zum Beispiel Vermikulit, Bims, Perlit, Schaumglas, Molerer de, Kieselgur oder Gemische derselben und anschließende Verfestigung im Was serdampfdruckkessel, siehe WO 96/04217.

Nachteile dieser Leichtwerkstoffe sind, daß zur Herstellung einer pastösen bläh fähigen Masse ein hoher Wasserzusatz erforderlich ist, wodurch das Endprodukt eine hohe Kapillarporosität und damit zusammenhängend eine relativ geringe Festigkeit aufweist. Zudem muß das Schwinden beim Trocknen berücksichtigt werden. Leichtzuschlagstoffe in Form von z. B. Vermikblit, Bims, Perlit, Schaum glas, Molererde, Kieselgur oder Gemische derselben, wie sie in der Patentanmel dung WO 96/04217 aufgeführt sind, vermindern zwar die Rohdichte der Werk stoffe im Vergleich zu einem Einsatz von Quarzmehl, im Vergleich zu vorge blähtem Polystyrolgranulat liegt die Rohdichte dieser Stoffe jedoch deutlich hö her.

Die Erfindung hat sich im Unterschied zur Patentanmeldung WO 96/04217 die Aufgabe gestellt, einen Leichtwerkstoff ohne anorganische Leichtzuschlagstoffe herzustellen. Es sollte allein die geringe Dichte von vorgeblähtem Polystyrol granulat ausgenützt werden, um eine geringe Rohdichte zu-erzielen. Die Umhül lung mit dem anorganischen Bindemittel (kolloidale Kieselsäure in Form einer wässrigen kolloidalen Dispersion und/oder einer wässrigen Wasserglaslösung bzw. -dispersion und Kalkhydrat) führt im Wasserdampfdruckkessel bei einer Temperatur im Bereich von 120°C bis 300°C zu einer Verfestigung. Hierdurch wird ein besonders günstiges Verhältnis von Rohdichte zu Festigkeit erreicht.

In der EP 331 666 A1 wird ein Verfahren zur Behandlung von Zellulosefasern beschrieben, wobei diese mit einer Calciumionen-haltigen alkalischen Auf schlämmung (Feststoffgehalt 5 bis 30 g/l) behandelt werden. Die Aufschläm mung enthält feinteilige Kieselsäure in Form von handelsüblicher kondensierter, amorpher Kieselsäure mit einem SiO₂-Gehalt von 70 bis 90% und einer spezifi schen Oberfläche von 10 bis 25 m²/g. Im englischen Sprachgebrauch wird diese Kieselsäure mit CSF (Condensed Silica Fume) bezeichnet. Hierbei handelt es sich im Unterschied zu den im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Kieselsäuren um einen Feststoff bestehend aus winzigen Glaskügelchen. Gehär tete Probekörper mit einem derartigen Kieselsäurelieferant in Mischungen mit Kalkhydrat und Wasser zeigen infolge der zur Herstellung einer vergleichbaren Konsistenz erforderlichen rund dreimal so hohen Wassermenge Schwindrisse.

Es hat sich gezeigt, daß mit Kieselsäure in Form einer wässrigen kolloidalen Dispersion oder einer Wasserglaslösung oder Mischungen beider im Vergleich zum Einsatz fester anorganischer Leichtzuschlagstoffe als Kieselsäurelieferanten für die Calciumsilikathydratbildung, wie sie in den beiden obengenannten Pa tentanmeldungen verwendet werden, zur Herstellung einer vergleichbaren Konsi stenz des Bindemittels weniger als die Hälfte des Zugabewassers benötigt wird. Deshalb können bei gleicher Rohdichte des Leichtwerkstoffes mit Hilfe des der Erfindung zugrundeliegenden Verfahrens höhere Festigkeiten erzielt werden. So erreicht beispielsweise ein mit Hilfe von Polystyrolgranulat auf eine Trocken rohdichte von 0,20 g/cm³ eingestellter Leichtwerkstoff bei einem Verhältnis von SiO₂ : CaO von 1 : 1 und einem Verhältnis von H₂O : SiO₂+CaO von 1,5 : 1 eine Druckfestigkeit von 1,2 N/mm². Ein derart günstiges Verhältnis von Trockenroh dichte zu Druckfestigkeit kann erfahrungsgemäß mit dem in der Patentanmel dung WO 96/04217 beschriebenen Verfahren nicht erreicht werden.

Es ist bekannt, daß bei wasserdampfgehärteten Baustoffen die Festigkeiten durch Zumischen von Hanf- und/oder Flachsfasern erhöht werden können, siehe WO 96/04217.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Leichtwerkstoffes bei dem expandierte Poly styrolgranulatpartikel derart als Zuschlagstoff

a) mit einem vorgefertigten Bindemittel bestehend aus einer wässrigen kolloi dalen Kieselsäuredispersion und/oder einer Wasserglaslösung und Kalkhydrat gemischt werden oder
b) die Polystyrolgranulatpartikel zunächst mit der wässrigen kolloidalen Kie selsäuredispersion und/oder der Wasserglaslösung und anschließend mit Kalkhy drat gemischt werden oder
c) die Polystyrolgranulatpartikel zunächst mit Kalkmilch und anschließend mit der wässrigen kolloidalen Kieselsäuredispersion und/oder der Wasserglaslösung gemischt werden,

so daß die Polystyrolgranulatpartikel mit dem Bindemittel vollständig umhüllt werden, wobei das Gewichtsverhältnis von SiO₂/CaO im Bereich zwischen 0,5 : 1 und 1 : 0,5 liegt. Das so erhaltene Gemisch wird hydrothermal bei 120°-300°C gehärtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalkhydrat des Bindemittels nach a) und b) in Form von trockenem Kalkhydratpulver oder als Kalkmilch eingesetzt wird

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zu schlagstoff Hanf und/oder Flachsfaserpartikel zugemischt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als wässrige Lösungen bzw. -dispersionen Natrium- und/oder Kalium- und/oder Lithiumwas serglas eingesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mischungen aus Wasserglas und wässriger kolloidaler Kieselsäure eingesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Binde mittel bis zu 0,2% Siliconöl und/oder Talk und/oder Stearate zugemischt wer den.

7. Verwendung des nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellten Leichtwerkstoffes als Wärmedämm- und/oder Schalldämmaterial.

8. Verwendung des nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellten Leichtwerkstoffes als Verpackungsmaterial.

9. Verwendung des nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellten Leichtwerkstoffes als Formteil im Möbel- und Fahrzeugbau.