DE2036842A1

DE2036842A1 - Geschäumtes Produkt aus Alkalimetall Silikaten und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE2036842A1
Application number: DE19702036842
Authority: DE
Inventors: William A Owen Richard Allen Baker jun Ethelbert Jackson San Antonio Tex Mallow (V St A ) P
Original assignee: Southwest Research Institute San Antonio, Tex (V St A)
Priority date: 1969-10-21
Filing date: 1970-07-24
Publication date: 1971-05-13
Also published as: BE753761A; LU61612A1; IL35008A; IE34237L; CH517052A; GB1334076A; NO134336C; DE2036842B2; NL7011126A; GB1334681A; ES382091A1; NO134336B; CA946422A; FR2055341A5; IE34237B1; IL35008A0; RO61638A; ZA704543B; DE2036842C3

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F.Weickmann,

Dipl.-Ing. H. We ι c kman n, Dipl.-Phys. Dr.K.Ftncke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

SOUTIHiEST RESEARCH INSTITUTE, 8500 CuIebra Road, San Antonio, Texas 78206/USA

Geschäumtes Produkt aus AlkaliMetallsilikaten und Verfahren zur Herstellung desselben.

Die Erfindung betrifft ein geschäumtes Material, das durch Aufschäumen einer Mischung aus einer wäßrigen Lösung eines oder zweier von zwei bestimmten Alkalimetallsilikaten _s einem die Oberflächenspannung erniedrigenden Mittel und einem Mittel, das polymeres Silieiumdioxyd bildet, mit oder ohne Einbezug einea Alkalimetallsilikat-Gelierungsmittels, hergestellt wird.

Das Fachgebiet, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, ist die Fabrikation eines geschäumten Produkts aus einer wäßrigen Lösung von natrium- oder Kaliumsilikat oder Gemischen davon. Einer der Verwendungszwecke, der aus diesen

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Alkalimetallsilikaten hergestellten geschäumten Produkte, ist die Verwendung als Isoliermaterial.

Soweit man weiß, ist lein technisches, geschäumtes Alkalimetallsilikatprodukt bekannt, das nicht irgendeinen Füllstoff, wie Fasern, zur Verleihung von Festigkeit enthielte. Beim Verfahren der vorliegenden Erfindung sind keine Füllstoffe erforderlich und man erhält ein geschäumtes Produkt, welches starr ist und gegenüber lösenden Einflüssen von Wasser resist ent ist.

Die Formel von Natriumsilikat in einer wäßrigen Lösung ist Ha^O*(SiOp)_n*xHpO, in der η eine Zahl zwischen 1 und 5 bedeutet und χ ist 1 oder eine größere Zahl. Die Formel für Kaliumsilikat in einer wäßrigen L sung ist KpO*(SiOo) *xHpO, in der η eine Zahl zwischen 1 und 5 bedeutet und χ ist 1 oder eine größere Zahl.

Der, soweit bekannt, nächststehende Stand der !Technik ist die USA-Patentschrift 1 944 008. In dieser Patentschrift wird über die Herstellung eines geschäumten Produktes berichtet, das aus einer wäßrigen Lösung von Natriumsilikat hergestellt wird, wobei das Produkt eine große Menge eines Füllstoffes, wie Asbest- oder Steinfasern, Schlacken- oder Glaswolle oder andere Füllstoffe, wie Ton oder Flugasche enthält. Nach dieser Patentschrift wird wäßriges Natriumsilikat mit einem die Oberflächenspannung erniedrigenden Mittel vermischt, um die Oberflächenspannung des Natriumsilikates zu ändern, damit sich durch heftiges Rühren des Natriumsilikates ein Schaum bilden kann. Beispiele für diese die Oberflächenspannung erniedrigende Mittel sind Saponin, Natriumoleat oder andere Seifen oder Lakritzeverbindungen * Gemäß der vorstehend genannten USA-Patentschrift v/erden die wäßrige Natriumsilikatlösung, ein die Oberflächenspannung erniedrigendes Mittel und ein Füllstoff vermischt und die Mischung zu einem Schaum geschlagen. Dann wird eine Gelierung

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der Mischung durch Zugabe eines Gelierungsmittels veranlaßt, welches eine Ausfällung des Siliciumdioxydes im Hatriumsi'likat verursacht, was zur Sehaunigelierung oder Abbindung führt, so daß dem Material eine bestimmte Festigkeit verliehen wird. Als Beispiele für Gelierungsmittel sind in dieser USA-Patent schrift saure Salze, saure Gase, Schwefelsäure, Phenole und insbesondere Kohlendioxydgas, Borsäure, Bicarbonate, Bisulfate, Aluminiumsulfat und Kalziumsulfat genannt. Das nach diesem Verfahren hergestellte Produkt wird in verschiedene "Formen gegossen und trocknen gelassen.

Die nach diesem Verfahren hergestellten Produkte sind jedoch bezüglich der Verleihung von Festigkeit weitgehend von dem

Füllstoff abhängig. · M

Erfindungsgemäß wurde daher ein Verfahren entwickelt, welches ein Produkt liefert, das ohne Zusatz eines Füllstoffes - obgleich gewünschtenfalls auch Füllstoffe zugegeben v/erden können - starr ist und gegenüber dem lösenden Einfluß von Wasser resistent ist.

Die Erfindung gründet sich auf die Beobachtung, daß bei der

Bildung eines Polymerisates, das ausgedehnte Ketten oder Ver- : netzungen oder beides aus Siliciumdioxid enthält, durch die

Umsetzung einer aufgeschäumten wäßrigen Lösung aus Natrium- |

silikat, Kaliumsilikat oder Gemischen davon mit einem Mittel, '

welches polymeres Siliciuwdioxyd bildet, wobei dieses Mittel ™

mit der wäßrigen Silikatlösung vermischt wird, entweder vor j

oder nach dem Vermischen eines die Oberflächenspannung er- j

niedrigenden Mittels mit der wäßrigen Silikatlösung, der j

Schaum hart und gegenüber dem lösenden Einfluß von Wasser I

resistent wird. Füllstoffe und AlkpJ.imetallsilikat-Gelierungs- I

mittel können gewünschtenfalls einbezogen v/erden. j

Wenn der Schaum mit einer nach Brookfield gemessenen Viskosität zwischen etwa 10 000 und 40 000 Centipoise und einer

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Haßdichte von etwa 0,24030 und 0,48060 g/cm·⁵ (15 und 30 pounds· per cubic foot) hergestellt wird, so kann er auf viele senkrechte und Decken«, bzw, überkopfliegende Oberflächen aufgesprüht werden unä haftet als Überzug auf solchen Oberflächen. Der Begriff "nach Brookfield gemessene Viskosität" wird zur Anzeige des Steifheitsgrades des Schaumes verwendet, da es schwierig ist, seine Viskosität oder Steifigkeit auf andere "Weise zu messen. Der Begriff "nach Brookfield gemessene Viskosität", wie er hier verwendet wird, bedeutet die Ablesung der Schauiasteifigkeit oder Viskosität in Centipoise? g eine fs en als sei der Schaum eine Newton⁵sehe Flüssigkeit, bei Verweii&img eines Brookfield~Syncro-=Lectric -Viskometers (von der ESQQIPIELD EIGIBEBRIIG LABORATORIES, IKG., Stoughton, Massachusetts) mit einer Scheibe von I₉A-I mm (0,053 inch) Dicke und 2,073 cm (0$, 815 inch) Durchmesser, das bei einer Eintauchtiefe in den Schaum von 5,0.8 cm (2 inch) mit 20 t^Tpm arbeitet» Dies ist ein übliches Instrument und die übliche Anwendungsweise zur Messung der Viskosität von Newton"sehen Flüssigkeiten»

Von dem Hatriumsilikat und Kaliumsilikat ist das bevorzugte Alkalimetallsilikat das Natriumsilikat„

Im Natriumsilikat schwankt das Verhältnis von Natriumoxid zu Siliciumdioxid zwischen etwa 1s1 bis 1s5 _s sowohl in Bezug auf das Gewicht als auch molekular,, Siliciuradioxyd ist in V/asser unlöslich, aber das ITatriuraoxyd ist löslich* Es ist daher normalerweise wünschenswert, ein latriumsilikat mit eine* möglichst hohen Verhältnis von Siliciumdioxid zu XIatriurnoxyd zu verwenden, da dies die Menge an löslichem Material im Endprodukt erniedrigt» Da das als Rohmaterial verwendete latriumsilikat eine wäßrige lösung von Natrrumsilikat ißt,- beutet dies_s daß ^e höher das Verhältnis von Siliciumdioxid k,u Natriumoxid ist, öas Natriumsilikat in V/asser um so weniger löslich ist. Eine große Vassermenge· ist nicht vnir sehenswert» Die bevorzugte wäßrige Natr ium silikat-

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lösung (Rohmaterial) hat ein Verhältnis von Natriumoscyä zu Siliciuadioxyd zwischen etwa 1:3 und 1:3,3 mit einem Gesamtfeststoffgehalt von ungefähr 40 $, da dies ein Rohmaterial mit etwa der .maximalen Siliciumdioxydmenge und dem Minimum an Yfasser ergibt, das ohne zu viskos zu sein gehandhabt werden kann.

Das Kaliumoxyd im Kaliumsilikat ist wie das Natriumoxyd im Natriumsilikat in Wasser löslich. Die bevorzugte wäßrige Kaliumsilikatlösung besitzt ein Verhältnis von Kaliumoxyd zu Siliciumdioxyd zwischen 1:2,1 und 1:2,4, bezogen auf das Gewicht, mit einem Gesamtfeststoffgehalt von ungefähr 32 $.

Der Zweck der Verwendung eines die Oberflächenspannung erniedrigenden Mittels ist in der vorliegenden Erfindung der gleiche wie bei den bekannten Verfahren. Es dient zur Verringerung der Oberflächenspannung der wäßrigen Silikatlösung, damit sie geschäumt werden kann. Zu den verwendbaren, die Oberflächenspannung erniedrigenden Mitteln gehören Seifen, Detergentien, oberflächenaktive Mittel und deren Vorstufen, Palmitin-, öl-, Stearin-, Linol-, Naphthe'n- und Laurinseifen und Mischungen davon und verschiedene Seifen, die unter Handelsnamen vertrieben werden, können verwendet werden. Zu Vorstufen von Seifen gehören verseifbare Materialien, wie organische Säuren und Ester von organischen Säuren, einschließlich Naphtensäuren, Abietinsäure (rosin acid), Tallölsäure, Maisöl, Sojabohnenöl und Talgsäure. Beispiele für Detergentien sind die Erdalkalisalze von Alkylsulfonat und Alkarylsulfonat und verschiedene technische Detergentien. Zu oberflächenaktiven Mitteln gehören Fettsäureester von Isäthionat, substituiertes Tauratsalz, Hatriumsalze sulfatierter Alkaryloxyäther von Polyolen, Fettsäuren, Alkohol-Arn in-Kond en sate, Amide, polyoxyäthylierte Pettalkohole und Alkyl-aryl-polyoxyäther-ole.

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Da die Mittel, welche die Oberflächenspannung erniedrigen, normalerweise organische Materialien sind, sollte nur so viel, die Oberflächenspannung erniedrigendes Mittel zugegeben werden, wie zur Schaumbildung nötig ist, da organische Materialien im fertigen Produkt oft unerwünscht sind, da viele organische Materialien brennbar sind, mit anderen organischen Materialien reagieren und schimmeln können oder Ungeziefer anziehen. Normalerweise werden weniger als 3 Gew.-$ eines die Oberflächenspannung erniedrigenden Mittels auf 100 Gew.-Teile der bevorzugten wäßrigen Natriurasilikatlösung verwendet. Das bevorzugte Mittel zur Erniedrigung der Oberflächenspannung ist ein Gemisch aus Tallölsäure und Natriumlaurylsulfonat.

Wird ein G-elierungsmittel verwendet, so kann es zu irgendeinem Zeitpunkt, bevor das das polymere Siliciumdioxyd bildende Mittel den Schaum hart maoht, zugesetzt werden. Der Gebrauch ©ines Gelierungsmittels dient dazu_? den Schaum selbst tragend zu machen, bis ein polymeres Siliciumdioxyd durch das das polymere Siliciumdioxid bildende Mittel im Schaum gebildet worden ist. Normalerweise sind die GelieruKgsmittel für Alkalimetallsilikat Säuren oder Vorläufer von Säuren oder es sind Materialien, die die Menge des mit dem Silikat verbundenen Solvatationswassers verringern, wie Alkohole, Ketone, Glykole, Aldehyde und Vorstufen von ihnen. Die verschiedenen Materialien, die in der USA-Patentschrift 1 944 008 zur Bewirkung der Gelierung genannt sind, können als spezifische Beispiele verwendet werden. Andere spezifische Beispiele sind Triacetin, Vinylacetat, Methylacrylat, Triphenylphosph.it, Metallseifen, Aluminiumalkoholate und Borax. Einige Gelierungsraittel dienen auch als Oberflächenspannung erniedrigende Mittel, wie Fettsäuren und hydrolysierbare Ester von Fettsäuren.

Vor zugsweise, wird mar so wenig (Steuerungsmittel verwendet,

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wie zur Verleihung von Festigkeit erforderlich ist, da die meistert derartigen Gelierungsmittel selbst organische Materialien sind und Siliciumdioxyd ausfällen.

Wird ein Geliorungsmittel verwendet» so ist im Verfahren der vorliegenden Erfindung die Geschwindigkeit von Bedeutung, mit der das Gelierungsmittel Gelierung verursacht, da_f gleichgültig, ob das Gelierungsmittel vor, während oder ne,ch der Zugabe des das polymere Siliciumdioxyd bildenden •■Mittels zugefügt wird, das Gel nicht abbinden darf, bevor das polymerisatbildende· Mittel sorgfältig mit dem Schaum vermischt werden kann. Sobald der Schaum eine nach Brookfield gemessene Viskosität von mehr als etwa 40 000 Centipoise erreicht, ist er für ein bequemes Einmischen eines polymerisatbildenden Mittels zu steif. Menge und Art des GelierungsmiTjtels regeln die Gelierungsgesehwindigkeit. Anorganische Säuren sind rasch wirkende Gelierungsmittel, sie sollten verdünnt werden, um ein su rasches Abbinden des Gels und die Bildung eines iDehi|klumpigen als kontinuierlichen GeI^s zu verhüten. Me organischen Gelierangsmittel wirken normalerweise langsamer* Benutzt man ein Gelierungsmittel, so ist es vorzugsweise Iriacetin, *as in einem Verhältnis von etwa 2 Gew.-Seilen Triacetin zu 100 Gew.-'Teile der bevorzugten wäßrigen Natriumsilikatlösung eingegeben wird.

Die polymeres Siliciumdioxyd bildenden Mittel sind Chemikalien, welche eine Metathese des Natrium- oder Kaliumsilikates und eine anschließende oder gleichzeitige Vernetzung oder Kettenverlängerung oder beides von Siliciumdioxyd gruppen verursachen. Dies ist von der Ausfällung zu. unterschieden, die durch die Chemikalien verursacht wird, welche zur Bewirkung der Gelierung in der USA-Patentschrift 1 944 008 verwendet werden, obgleich eine Ausfällung von Siliciumdioxyd auch in geringem"Umfang mit den polymerisatbildenden Mitteln stattfinden kann. Wegen des polymeren

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Siliciumdioxides hat der resultierende, getrocknete Schaum eine viel größere festigkeit als Schaum, der durch einfache Gelierv.ng bei der Ausfällung von Siliciumdioxid gebildet worden ist* Das Produkt der vorliegenden Erfindung ist gegenüber dem lösenden Einfluß von Wasser sehr beständig*,

Die polymeres Silieiumdioxyd bildenden Mittel sind natrium-, Kalium™ und Kalziumfluorsilikats Kalium- und Kalziumfluorborat j EalziuHfluortitanatj polyvalente Metallsalze schwacher Säuren; Organoborate, wie Trlbutylborat und (Prioctylborati die Alkoxyester und Carbonsäureester von polyvalent ten Metallenο wie Tetralkyltitanatef binäre anorganische Salze, wie die Hatrium-Kalziumborate und die Lithium-Kalziumboratej Magnesiumphosphat ₉ und Gemische dieser Chemikalien«

Mit "schwachen Säuren" sind hier solche Säuren gemeintj, die einen pk.-Wert (Logarithmus der Dissoziationskonstante) gleich oder größer als 1 , 3 besitzen,, Beispiele derartiger Säuren .sind Phosphorsäure, Jodsäure„ Fluorwasserstoffsäure, Tellurwasserstoffsäure j "aluminic acid"_? Borsäure, Essigsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Malonsäure und Bernsteinsäure* Zu Beispielen für polyvalente Metallsalze von solchen schwachen Säuren gehören Magnesiumphosphat (tribasiseiles); ICalsiumfluor silikat j Kalziumaluminat5 Kalziumtelluritj Bariumhypophosphat5 Aluminiurnacetat (basisch)5 KalsiraafluorM; Kalzium-o-phosphat? Kalziumpyrophosphat«= pentaliydrat; Kupferacetat-monohydrat °, Kalziumwolframat (sclieelit); KadmiumwoIframat; Boratsalze polyvalenter Metalle, wie Zinkborat, Aluminiuinborat, Kalziumborat, Kobaltbox"at und Eisenborat5 Kalziumfumaratp KaIziummaleat, Kalziuromalonat und Kalziuiasuccinat·

Die bevorsugte/ ^olymerisatbildenden Mittel sind latriumfluorsilika-ü, Kalzium- und Zinkbörate, die Lithium=kalzium-

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borate und die Natrium-kalziumborate, Natriusifluorsilikat ist das bevorzugteste.

All diese polymeres Siliciumdioxid bildenden Mittel reagieren bei Raumtemperatur. Sie können mit der wäßrigen Silikatlösung als Pulver oder in Aufschlämmung vermischt werden. Einige dieser polymeres Siliciumdioxid bildenden Mittel verursachen eine raschere Polymerisation als andere. Beispielsweise sind die Boratsalze polyvalenter Metalle, die Alkoxyester, die Carbonsäureester polyvalenter Metalle, Kaliumfluorborat, Kalziumfluorborat und Kalziumfluortitanat relativ rasch wirkende Mittel und vervollständigen die Polymerisat ionsreaktion im wesentlichen innerhalb etwa 10 bis 15 Minuten. Beispiele für die langsamer wirkenden polymerisatbildenden Mittel sind Na triuiaf Iu or silikat, Kalziumfluorsilikat und Magnesiumphosphat. Von diesen kann man normalerweise erwarten, daß sie die Polymerisation in mehr als 10 bis 15 Minuten bewirken. Die Menge an polymerisatbildendem Mittel, die zugesetzt wird, hängt von dem Grad dex* Unlöslichkeit des fertigen Schaumes und der gewünschten Geschwindigkeit des Steifwerdens ab. Vorzugsweise wird Natriumfluorsilikat verwendet, in einer Menge von etwa 10 bis 14 Gew.-Teile Natriumfluorsilikat auf 100 Gew.-Seile der bevorzugten wäßrigen Natriumsilikatlösung.

Nun zur Zeichnung:

Die Zeichnung veranschaulicht eine hier bevorzugte Vorrichtung, die im Rahmen eines kontinuierlichen Verfahrens zur Herstellung eines geschäumten Produktes aus Natrium- oder Kaliumoilikat und für seine Auftragung auf Oberflächen verwendet v/erden kann.

Mg. 1 ist eine Ansicht der Vorrichtung im Schnitt,

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Pig, 2 ist eine Ansicht entlang der Linie 2-2 der Pig» 1.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsforroen,,

!Figur 1 ,zeigt ein Druckreaktionsgefäß 10 mit einem im allgemeinen sylindrischen Hauptkörper 11, ein im allgemeinen röhrenförmiges Gehäuse 38, das an das linke Ende entlang der Achse des Hauptkörpers 11 angeschlossen ist und ein anderes, im allgemeinen röhrenförmiges Gehäuse 40 _s das an das rechte Ende entlang der Achse des Hauptkörpers 11 angeschlossen int. Im Hauptkörper 11 befindet sich eine erste Kammer 12, eine zweite Kammer 14 und eine dritte Kammer 16, wobei die erste und zweite Kammer durch eine Unterteilungsplatte 18 und die zweite und dritte Kammer durch eine Unterteilungsplatte 20 voneinander getrennt sind. Eine Vielzahl von Durchgängen 22 durch die Unterteilungsplatte 18 verbinden die erste Kammer 12 und die weite Kammer Ho Ein© Vielzahl von Durchgängen 24 durch die Unterteiltmgsplatte 20 verbinden die zweit® Kammer 14 und die dritte Kammer 16_β

Hit der Innenseite der zylindrische*! Wand 26 des Hauptkörpers 11 ist eine- zylindrische Statorbasis 30 verbunden_s die sich läi.-;ß;e des Körpers 11 erstreckt_p iron der in Richtung auf die Achse des Hauptkörpers 11 eine Heilie von vier Statoren 52 hervorstehenρ vrobei sich diese Reihen axial,längs des Hauptkörpers 11 erstrecken und in allen drei Kammern 12, 14 und 16 existieren.

Eine "■"'rehbare Welle 34 geht durch den Hauptkörper 11 und ist axial ?ax letzterem angeordnet. Entlang der Welle 34 sind im Hauptkörper 11 eine Heilie von Rotorstäben 36 befestigt, die radial von der Welle 34 in die Bäume zwischen den Statoren 32 ragen«

Der linke 1?eil der Welle 54 geht über den Hauptkörper 11 hinaua und wird von dam Gehäuse 38 umgeben, wie es in Fig.1

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gezeigt ist. Das rechte Ende dieser Welle 34 geht über den Hauptkörper 11 hinaus und wird von dem röhrenförmigen Gehäuse 40 umgeben. Die Welle 34 ist drehbar in Lager-und Yerschlußvorrichtungen 42 bzw. 44 mit ihrem linken Ende bzw. rechts im Gehäuse 40 gelagert. Die Welle 34 ragt rechts übei" das Gehäuse 40 hinaus, wie es in I¹Ig. 1 gezeigt ist, und wird von einem Motor M gedreht.

Auf der Welle 34 ist im Gehäuse 38 eine zweite Gruppte von Rotorstäben 46 starr befestigt und im Gehäuse 40 ist eine dritte Gruppe von Rotorstäben 48 starr an der Welle 34 befestigt. Eine Unterteilungsplatte 50 trennt das Innere des Gehäuses 38 von der ersten Kammer 12 ab, ,jedoch verbinden Durchgänge 52 durch diese Unterteilungsplatte 50 das Innere des Gehäuses 38 mit der ersten Kammer 12.

Ein erster Behälter 54 dient als Reservoir für eine wäßrige Silikatlösung und ist durch eine röhrenförmige Leitung 56 mit dem Innerer] des Gehäuses 38 verbunden. Eine Verdrängung s-Do si er pumpe 38 drüelct Hateria?. aus dem ersten Behälter 54 durch die Leitung 56 in das "^-ηere des Gehäuses 38. Ein zweiter Behälter 60, öe^ iait eimern iiieoliariisehen lührer 62 versehen ist, dient als Behälter für das; als Oberflächenspannung erniedrigende Mittel und gewünschtenfalls für ein Gelierungsmittel. Dieser zweite Behälter 60 ist mit deni Inneren des Gehäuses 38 über eine andere röhrenförmige Leitung 64 verbunden. Das Material im zweiten Behälter 60 wird mit Hilfe einer Yerörängungs-Dosierpumpe 66 durch die röhrenförmige Leitung 64 in das Innere des Gehäuses 38 befördert.

Ein dritter Behälter 68, der mit einem mechanischen Rührer 70 versehen ist, dient als Behälter für das Mittel, welches polymeres Siliciumdioxyd bildet. Er ist über eine röhrenförmige Leitung 72 mit dem Inneren der zweiten Kammer 14

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verbunden« Das Material im dritten Behälter 68 wird mit Hilfe einer.Yerdrängungs-Dosierpumpe 74 durch die Leitung 72 in die zweite Kammer .14 befördert„

Aus einer nicht gezeigten Quelle wird Druckluft durch eine Leitung 88 in das Innere des Gehäuses 38 geleitet»

Eine Leitung 76 verläßt radial das Gehäuse 40 und verbindet das Innere des Gehäuses 40 mit einem Kopfstück 80_? das an seinem oberen Ende Luftdruck-Entlastungsventil 82 besitzt und in der Nahe seines unteren Endes einen Schlauch 84 trägt, der eine röhrenförmige Leitung bildet ₉ die eine Düse 86 an ihrem freien Ende besitzt₀

Beim Betrieb der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung wird eine wäßrige Lösung von Hatriumsilikati, Kaliumsilikat oder Gemische davon in den ersten Behälter 54 gebracht, ein die Oberflächenspannung erniedrigendes Mittel und gewünsch« tenfalls ein G-elienmgsmittel wird in den zweiten Behälter 60 gebracht und mit dem Rührer 62 gerührt» Eine Aufschlämmung des das polymere Siliciumdioxid bildenden Mittels bringt man in den dritten Behälter 68 und rührt mit dem Rührer 70. Durch die Leitung 88 wird Druckluft zugeführt, und die Welle 34 wird mit dem Motor M gedrehte Man schaltet die Dosierpumpe 58 ein und pumpt wäßrige Silikatlösung in und durch das Gehäuse 38 _f unmittelbar darauf wird die Dosierpumpe 66 eingeschaltetj, die das die Oberflächenspannung erniedrigende Mittel und -das Gelierungsmittelp falls vorhanden, ebenfalls in das Innere des Gehäuses 38 pumpt„ Eine erste Vermischung des Materials aus dem ersten Behälter 54 und dem zweiten Behälter 60 findet innerhalb des Gehäuses infolge der Drehung der Rotorstäbe 46 statt»

Das Mate.y. i im Gehäuse 38 wird durch den Druck der Pumpen 58 und 66 dp.ro.li die Durchgänge 52 in die erste Kammer 12 be-

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fördert. Unter Druck wird Luft aus der Leitung 88 mit dem Material im Gehäuse 38 vermischt, bevor es die erste Kammer 12 b-etritt.

Das Material in der ersten Kammer 12 wird durch die Rotation der Rotorstäbe 36 zu einem Gischt oder Schaum geschlagen,

. uiid aus der ersten Kammer 12 durch die Durchgänge 22 in der Unterteilungsplatte 18 mit Hilfe des Druckes der Pumpe 58 und 66 und der aus der leitung 88 eintretenden Luft in die ,zweit3 Kammer 14 befördert. In der zweiten Kammer 14 wird das Schaumschlagen fortgesetzt. Das Mittel, welches polymeres Siliciumdioxid bildet, wird durch Betätigung der Pumpe 74 in diese Kammer eingespeist, und in den Schaum eingemischt, um die Bildung des polymeren Siliciumdioxyds einzuleiten.

Das Material in der aweiten Kammer 14 wird durch die Durchgänge 24 in der tfnterteilungsplatte 20 mit Hilfe der drei Pumpen 58, 66 und 74 und der Luft aus der Leitung 88 in die dritte Kammer 16 gepreßt« In der dritten Kammer 16 wird das Schaumschlagen fortgesetzt. Aus der dritten Kammer 16 wird das Material mit Hilfe der gleichen Pumpen und dem Luftdruck durch das Gehäuse 40 gedrückt, wobei da3 Vermischen wegen der Rotation der Rotorstäbe 48 fortgesetzt wird. Der Schaum wird aus dem Gehäuse 40 durch die Leitung 76 in 'Tas Kopfteil 80 gedrückt, wo die überschüssige Luft durch das Druckentlastungsventil 82 entweicht. Der Schaum verläßt den Kopf 80, geht durch den Schlauch 84 und wird aus der Düse 86 auf eine Oberfläche aufgesprüht, wo er härtet.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung erläutern, ohne sie jedoch einzuschränken.

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Beispiel 1

Unter Verwendung der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung wird eine wäßrige ITatriumsilikatlösung rait einem Feststoff gehalt von 39,3 $ und einem Verhältnis von Siliciumdioxyd au liatriumoxyd von 3₉22 (Gew«-!Deile) in den Behälters¹/ gebracht. Man bringt destillierte Tallölsäure in den Behälter 60 und Uatriumfluorsilikat in einer Aufschlämniung in Wasser mit 75 $> Peststoffgehalt füllt man in den Behälter 68. !Durch die leitung 88 wird TmIX mit einem Druck von etwasüber 5,62 atü (80 psig) eingeleitet und das Druckentlastungsventil 82 auf 5₅62 atü (80 psig) eingestellt» Die Welle 34 wird mit 1750 Upm-gedreht. Die Pumpe 58 arbeitet mit 1,89 l/min [1/2 gallon (5»89 pounds - 2*68 kg)]«» öie Pumpe 66 befördert 75 cm^J (80 g) pro Minute und die Pumpe 74 befördert 437 g/min» Der entstandene Seiiara besitzt eine Dichte von 0,2403 bis 0,27234 g/om³ (15 bis 17 pounds per cubic foot) im feuchten Zustand wiü im trockenei! Zustand eine Dichte von 0*12816 g/cEr ■(8 pcranas per cubic foot)-F !Rs? .härtet in 1 Stunde_e Die SohaiSElmiit ist fest₉ im &egor>--^e«;y'-.i3 si« halbplastisch und der getrocknete Schaum ist bid ;"4--sfi|i32iger Behandlung in 100 ^iger feuchtigkeit bei 71 jI⁰O (16O⁰P) vollständig unlöslielio Moses Produkt würde an senkrechten wnä überkopfliegenden Wänden haften_β

Beispiel

Dieses Beispiel gleicht Beispiel 1, es wird aber ein Gelierungsmittel mitverwendet_β iyian bringt die gleich® wäßrige Natriumeilikatlösungj, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, in den Behälter 54-. In den Behälter 60 füllt man eine Mischung aus 80 Gew.-Teile laphthensäure (die Oberflächenspannung erniedrigendes Mittel) ^u 54 Gew_o~!Deilen Triacetin (GelierungsmitteX)₀ Ia dan Behälter 68 füllt man das Mittel, welches polymeres Silioiumdiosqrd bildet, das eine Mi-

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schung.aus einer Aufschlämmung von Matriumflucrsilikat in Wasser mit 75 ^{ß> Feststoff gehalt und einer Aufschlämmung von Zinkborat in Wasser mit 50 ^CJ> Peststoffgehalt in einem Verhältnis von 248 Teilen Natriumfluorsilikataufschlämniuiig zu 160 Teilen Zinkborataufschlämmung darstellt. Die Welle 34 wird mit 1750 Upm gedreht und die luft durch die Leitung 88 mit etwas mehr als 5_f62 atü (80 psig) eingeleitet. Das Entlastungsventil 82 wird auf 5,62 atü (80 psig) eingestellt. Man pumpt die Natriumsilikatlösung mit einer Geschwindigkeit von 1,89 l/min (1/2 gallon = 2,68 kg = 5,89 pounds). Das Material im Behälter 60 wird mit einer Geschwindigkeit von 134 g/min gepumpt. Die Mischung im Behälter 68 wird mit einer Geschwindigkeit von 409 g/min eingepumpt. Der Schaum besitzt im trockenen Zustand eine Dichte von 0,1602 g/cm^ (10 lb/cu.ft.) und im feuchten Zustand eine Dichte von etwa 0,3204 g/cm^ (20 lb/eu.ft.) und haftet als Überzug auf senkrechten und überkopfliegenden Wänden. Der Schaum bindet in 1 Stunde ab und besitzt eine zähe, federnde Ausseixh.aut und ist bei 24-stündiger Behandlung bei 71⁰C (16O⁰I?) in 100 ^x£; r Γ dichtigkeit vollständig unlöslich.

Obwohl in diesen Beispielen 1 und 2 das Mittel;, welches das polymere Siliciumdioxid bildet, nach dem Vermischen der wäB-rigen Natriumsilikatlösung und des die Oberflächenspannung erniedrigenden Mittels zugegeben worden ist, kann natürlich auch das Mittel, welches das polymere Siliciumdioxid bildet, wenn es langsam genug wirkt, in das Gehäuse 38 oder in die erste Kammer 12 eingespeist werden.

Beispiel

Dies ist ein diskontinuierliches Verfahren, das ein relativ langsam wirkendes Mittel für die^rBildung von polymerem SiIiciumdioxyd benutzt. In ein 3-Liter Gefäß, das mit einem me-

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chanischen Rührer ausgestattet ist, gibt man 500 g wäßrige Natriumsilikatlösung, die 39 bis 40 $ Natriumsilikat-Feststoff-e enthält, wobei das Gewichtsverhältnis von Siliciumdioxyd zu Natriumoxyd 3,22:1 beträgt. Zu dieser Mischung gibt man 15 g Tallölsäure und durchmischt sorgfältig die Mischung. Man gibt 70 g gepulvertes Natriurafluorsilikat .(50 bis 100/u) hinzu und mischt durch. Das mechanische Vermischen -"fird fortgesetzt und innerhalb etwa 2 oder 2 Minuten nach der Zugabe des Natriumfluorsilikates entwickelt sich ein Schaum von wenigstens vierfacher Ausdehnung. Der entstandene Schaum wird sofort aus dem Gefäß entfernt und in eine i?orin gebracht. Man läßt den Schaum mehr als 1 Stunde lang stehen, um die Bildung des polymeren Siliciumdioxyds zu gestatten« Es resultiert dabei ein Gefüge, das selbsttragend und hart ist. Dieses Produkt läßt man durch Verdampfen von Wasser trocknen, wobei man es 3 Tage lang bei 20 bis 30⁰C einer relativen Feuchtigkeit von 50 °/o oder weniger aussetzt und anschließend 3 Stunden lang bei 49 bis 6O⁰C (120 bis 140⁰I) trocknet. Der getrocknete Schaum besitzt eine Dichte von 0,12816 g/cnr (8 lb/cu.ft.), eine Druckfestigkeit von über 2,11 kg/cm (30 psig) mit weniger als 10 # Einbeulung. Die Zellen des Schaumes besitzen einen Durchmesser im Bereich zwischen 5 vcnä 100/U. Die Löslichkeit sbeständigkeit wurde gegenüber 100 $iger relativer Feuchtigkeit bei 71,1⁰C (16O⁰P) eine Woche lang getestet.

Beispiel 4

In diesem Beispiel wird ein relativ rasch wirkendes polymeres Siliciumdioxyd bildendes Mittel verwendet. In ein 2-Liter Gefäß, da3 mit einem Rührer versehen ist, bringt man 500 g der gleichen Natriumsilikatlösung, wie in Beispiel 3 verwendet wurde. Dazu gibt man 15 g Tallölsäure, mischt die Mischung sorgfältig durch und schlägt sie mechanisch, um in-

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nerhalb 2 bis 3 Minuten einen Gischt oder Schaum der wenigstens vierfachen Ausdehnung zu erzeugen. Man gibt 60#Zinkborat in einer 50 $igen Aufschlämmung in Wasser hinzu und mischt 30 bis 45 Sekunden lang weiter. Der entstandene Schaum wird sofort aus dem Gefäß entfernt und in eine Form gebracht. Innerhalb 4 bis 5 Minuten wird der Schaum bei 25⁰C hart. Diesen Hartschaum läßt man durch Verdampfen bei einer 50 #igen oder geringeren relativen Feuchtigkeit 3 Tage lang bei 20 bis 30⁰C trocknen, anschließend trocknet man 3 Stunden lang bei 49 bis 60⁰C (120 bis HO⁰P) im Ofen. Dertrokkene Schaum besitzt eine Dichte von 0,12816 g/cnr (8 Ib/cu.ft.) und eine Druckfestigkeit von mehr als 2,11 kg/cm (30 psig) mit nicht mehr als 10 $ Verformung. Die Zellen des Schaumes haben Durchmesser zwischen 5 bis 100/u. Seine Beständigkeit gegenüber Wasser wurde im Verlauf von 1 Woche bei 100 % relativer Feuchtigkeit bei 71,1⁰C (16O⁰F) getestet.

Beispiel

Es handelt sich hier um ein diskontinuierliches Verfahren, wobei ein relativ langsam wirkendes, Siliciumdioxid bildendes Mittel verwendet wird. In ein 3-Liter Gefäß, das mit einem mechanischen Rührer versehen ist, gibt man 500 g wäßrige Kaliumsilikatlö3ung, die.aus einem Gemisch aus 2 Gew.-Teilen einer Kaliumsilikatlösung mit 29,1 # Feststoffgehalt, die ein Verhältnis von Siliciumdioxyd zu Kaliumoxyd von 2,5:1 besitzt, und einen Gewichtsteil einer Kaliumsilikatlösung mit 38,8 # Feststoffgehalt, die ein Gewichtsverhältni3 von Siliciumdioxyd zu Kaliumoxyd von 2,1:1 besitzt_rbesteht. Zu dieser Mischung gibt man 15 g Tallölsäure und mischt die Mischung sorgfältig durch. Man gibt 70 g gepulvertes Natriumfluorsilikat (50 bis 100yu) hinzu und vermischt. Das mechanische Vermischen wird fortgesetzt und innerhalb etwa 2 oder 3 Minuten nach der Zugabe dee Natriumfluorsilikats entwickelt sich ein Schaum von

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wenigstens der vierfachen Ausdehnung. Der entstandene Schaum wird augenblicklich aus dem Gefäß entfernt und in eine Form gebracht. Man läßt den Schaum mehr als 1 Stunde lang stehen, damit sich das polymere Siliciumdioxid bilden kann. Man erhält eine selbsttragende und harte Struktur. Dieses Produkt läßt man durch das Verdampfen von Wasser bei 50 $iger oder geringerer relativer Feuchtigkeit 3 Tage lang bei 20 bis 30⁰C trocknen, anschließend trocknet man 3 Stunden lang bei 49 bis 6O⁰C (120 bis UO⁰P) im Ofen. Der getrocknete Schaum besitzt eine Dichte von 0,12816 g/cm' (8 lb/cu.ft.), eine Druckfestigkeit von mehr als 2,11 kg/cm (30 psig) bei nicht mehr als 10 $ Verformung. Die Schaumzellen haben einen Durchmesser zwischen 5 und 100/u. Seine Löslichkeitsbeständigkeit wurde 1 Woche lang bei 100 $iger relativer Feuchtigkeit bei 71,1⁰C (16O⁰P) getestet.

Beispiel

Es handelt sich hier um ein diskontinuierliches Verfahren, das ein relativ langsam wirkendes, polymeres Siliciumdioxid bildendes Mittel benutzt. In ein mit einem mechanischen Rührer versehenes 3-I»iter Gefäß gibt man 500 g einer Mischung aus wäßriger Kaiiumsilikat- und Natriumsilikatlösung, die

(a) 40 Gew.-Teile einer Natriumsilikatlösung mit 39»3 $ Feststoff und einem Verhältnis von Siliciumdioxyd zu Natriumoxyd von 3,22:1,

(b) 40 Gew.-Teile einer Kaliumsilikatlösung mit 29,1 $ Feststoff und einem Verhältnis von Siliciuradioxyd zu Kaliumoxyd von 2,5:1 und

(c) 20 Gew.-Teile einer Kaliumsilikatlösung mit 38,8 # Feststoff und einem Verhältnis von Siliciumdioxyd zu Kaliumoxid von 2,1:1,

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enthält. Zu dieser Mischung gibt man 15 g Tallö'lsäure und. mischt die Mischung sorgfältig durch. 70 g gepulvertes Iatriumfluoreilikat (50 bis 100 /u) fügt man hinzu und vermischt Man mischt weiter und innerhalb etwa 2 oder 3 Minuten nach der Zugabe des Natriumfluorsilikates entwickelt sich ein Schaum von wenigstens vierfacher Ausdehnung. Der entstandene Schaum wird sofort aus dem Gefäß entfernt und in eine Form gebracht. Man läßt den Schaum mehr als 1 Stunde lang stehen, damit sich das polymere Siliciumdioxid bilden kann. Man erhält ein selbsttragendes und hartes Gefüge. Dieses Produkt läßt man durch Verdampfen des Wassers bei 50 $> oder geringerer relativer Feuchtigkeit 3 Tage lang bei 20 bis 3O⁰Q trocknen/ anschließend trocknet man 3 Stunden lang bei 49 bis 6O⁰C (120 bis 14O⁰P) im Ofen. Der getrocknete Schaum besitzt eine Dichte von 0,12816 g/enr (8 lb/cu.ft.), eine Druckfestigkeit von mehr als 2,11 kg/cm (30 psig) und nicht mehr als 10 °/> Verformung. Die Zellen des Schaumes besitzen Durchmesser zwischen 5 und 100/u. Seine Löslichkeitsbeständigkeit wurde 1 Yfoche lang bei 100 fo relativer Feuchtigkeit bei 71,1⁰C (160⁰F) getestet.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

π Δ Geschäumtes Material, gekennzeichnet durch, die geschäumten Produkte einer Mischung aus wäßrigem Alkalimetallsilikat, das unter Natriumsilikat, Kaliumsilikat und deren Gemischen gewählt wird, einem die Oberflächenspannung erniedrigenden Mittel und einem polymeres Siliciumdioxid bil·»· denden Mittel, das gewählt wird unter Natriumfluorsilikat, Kaliumfluorsilikat, Kalziumfluorsilikat, Kaliumfluorborat, Kalziumfluorborat, Kalziumfluortitanat, polyvalenten Ketallsalzen schwacher Säuren, organischen Boraten, Alkoxyestern polyvalenter Metalle, Carbonsäureestern polyvalenter Metalle, binären organischen Salzen, Magnesiumphosphat und Gemischen davon.
2. Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Produktes aus Alkalimetallsilikat, wobei

(i) ein die Oberflächenspannung erniedrigendes Mittel mit einer wäßrigen Lösung von Alkalimetallsilikat, das unter Natriumsilikat, Kaliumsilikat und deren Gemischen gewählt wird, vermischt wird und

(II) das Gemisch der Stufe (l) zu einem Schaum aufgeschäumt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß ein polymeres Siliciumdioxyd im Schaum gebildet wird, indem man das Alkalimetallsilikat mit einem Mittel umsetzt, welches polymeres Siliciumdioxyd bildet,

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wobei dieses Hittel unter TTatriumfltiorsilikat, Kaliumfluorsilikat, Kalziumfluorsilikat, Kaliumfluorborat, Kalziumfluorborat _r Kalziumfluortitanat, polyvalenten Metallsalze!! schwacher Säuren, Organoboraten, Alkoxyestern polyvalenter Metalle, Carbonsäureestern polyvalenter Metalle, binären anorganischen Salzen, Magnesiumphosphat und Gemischen davon gewählt wird, in einer Menge, die genügt, um den Schaum hart und beständig zu machen, so daß er nicht von Wasser solubilisiert wird.

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