DE2055283A1

DE2055283A1 - Verfahren zur Herstellung von Silikat schäumen aus Alkalimetallsilikaten

Info

Publication number: DE2055283A1
Application number: DE19702055283
Authority: DE
Inventors: Ramesh P Sarma Ontario Rao (Kanada) C04b
Original assignee: Fiberglas Canada Inc
Current assignee: Owens Corning Canada Inc
Priority date: 1969-11-10
Filing date: 1970-11-10
Publication date: 1971-05-27
Also published as: DE2055283C3; FR2080880B1; DE2055283B2; JPS508089B1; FR2080880A1

Description

2055283 Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84

B 4915

Fiberglas Canada Limited, P. O. B. 3005 Sarnia, Ontario/Canada

Verfahren zur Herstellung von Silikatschäumen aus Alkalimetallsilikaten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Silikatschäumen aus Natriumsilikaten oder anderen Alkalimetallsilikaten.

Es besteht ein wachsendes Bedürfnis nach leichtem, vollständig anorganisch und feuerfestem zellförmigem Schaummaterial für den Einsatz auf dem Bausektor als Hitze- und Schallisolierung bei Sandwichplatten und bei industriellen Anwendungen. Die bekannten Schäume aus organischem Material, z.B. Polystyrol oder Polyurethane, haben eine weite Anwendung

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Dr. F/Ho

gefunden, da sie eine niedere Dichte und niedere thermische Leitfähigkeit aufweisen. Sie zersetzen sich jedoch unter Einwirkung von Hitze sehr rasch und sind deshalb für Anwendungen, bei denen Temperaturbeständigkeit und Unbrennbarkeit verlangt wird, nicht geeignet. Die anorganischen Baumaterialien andererseits, die als "Leichtbaustoffe" klassifiziert werden, z.B. geschäumter Beton, geschäumter Ton und Kombinationen von verschäumtem Perlit oder Vermiculit mit Zementbindern haben wiederum keine geeigneten thermischen und schalldämmenden Eigenschaften. Im Vergleich mit den organischen Schäumen haben sie größere Steifigkeit kombiniert mit wesentlich höherer Dichte.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die Nachteile der zum Stande der Technik zählenden Baumaterialien überwinden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Silikatschaum ist gekennzeichnet durch

a) Hydratisieren von fein verteiltem Alkalimetallsilikat, das weniger als 5% Wasser enthält, so daß das resultierende hydratisierte Material Wasser in einer Menge von 5 bis 30 Gew. -% enthält und

b) Verschäumen des resultierenden hydratisierten Materials durch Wärmezufuhr.

Das Silikat kann ein praktisch wasserfreier Feststoff sein. Die Silikatpartikel können vorzugsweise eine einheitliche Korngrößenverteilung haben.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet Silikatpartikel, die eine einheitliche, kontrollierte Korngrößenverteilung haben.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß

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a) fein verteiltes Alkalimetallsilikat mit Wasser, Wasserdampf oder Dampf bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 35O⁰C hydratisiert wird, so daß das resultierende hydratisierte Material Wasser in einer Menge von 5 bis 30 Gew. -% enthält und

b) das resultierende hydratisierte Material durch rasches Verdampfen des Hydratwassers durch Zuführung von thermischer Energie verschäumt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das resultierende hydratisierte Silikatmaterial 10 bis 25 Gew. -% Hydratwasser enthalten.

Ein derartiger Schaum kann eine Dichte von 0,016 bis 0,24 g/ccm und eine W

haben.

eine Wärmeleitfähigkeit von 140,5 kcal/m² hC bis 421,6 kcal/m². h. C

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft weiterhin einen wasserbeständigen oder unlöslichen Silikatschaum oder Produkte davon, die die nachfolgenden bevorzugten Kenndaten und physikalischen Eigenschaften haben:

a) Feinporige, geschlossene Zellstruktur

b) Dichte zwischen 0,032 g ecm bis 0,128 g ecm

c) Wärmeleitfähigkeitsfaktor ("K")bei 23,9⁰C mittlerer Temperatur

von 38,42 kcal/h/m²/°C/m bis 76,84 kcalA/m²/°C/m

2

d) Druckfestigkeit bei 5% Deformation von 1,40 kg cm bis 10,5 kg cm

Es wurde nun gefunden, daß anorganische Schäume auf der Basis von

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Alkalimetallsilikaten Eigenschaften zeigen, die für die oben angeführten Anwendungen von Bedeutung sind. Typische Silikatschäume sind z. B. hart und unbrennbar. Weiterhin erzeugen sie im Brandfalle weder Brennstoffe noch Rauch. Je nach Zusammensetzung widerstehen sie Temperaturen von 482⁰C bis 76O⁰C ohne Zersetzung. Sie sind gegenüber organischen Lösungsmitteln inert, geruchlos, nicht toxisch und begünstigen den Schimmelwuchs nicht. Es konnte gezeigt werden, daß aus einem Stück bestehende Silikatschäume die gewünschte niedere Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Weiterhin haben sie unter noch zu erörternden Umständen hohe Druckfestigkeit kombiniert mit niederer Dichte. In einem wirtschaftlich zu vertretenden Verfahren konnten diese Eigenschaften bisher jedoch noch nicht realisiert werden. Bei dem zum Stande der Technik zählenden Verfahren war es nicht möglich, zu aus einem Stück bestehenden Schaum zu gelangen, der die für einen wirtschaftlichen Einsatz notwendige Beständigkeit gegenüber Angriff von Wasser oder atmosphärischer Feuchtigkeit bei erhöhten Temperaturen, verbunden mit den oben aufgezählten physikalischen Kenndaten hatte. In der Praxis wurde vielmehr gefunden, daß beträchtlicher Schrumpf unter Schwächung und Zerstörung der Isolationsstruktur eintritt. Dieser Schrumpf kann bis zu 35% betragen, wenn Gegenstände aus dem geschäumten Material 20 Stunden einer relativen Feuchtigkeit von 80% und einer Temperatur von 38⁰C ausgesetzt werden. Es wurde nun gefunden, daß eine derartig unerwünschte thermische und chemische Instabilität der früher verschäumten Alkalimetallsilikate, wenn sie Temperaturbelastungen und anderen Gebrauchsbedingungen unterworfen werden, in wirkungsvoller Weise überwunden werden können. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine neuartige, hochtemperaturfeste Alkalimetall-Isolationsmasee hergestellt werden, die gute Stabilität gegen unerwünschten Schrumpf hat. Es ist möglich, einen Schaum herzustellen, der als Wärmeisolationematerial bei verlängerter Temperaturbelastung von 700 bis 1000⁰C dlmensioneitabll bleibt.

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Diese Eigenschaften lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielen, das darauf beruht, daß die thermische und chemische Instabilität beim Einsatz von geschäumten Alkalimetallsilikaten, insbesondere von Tri-, Tetra- und Pentasilikaten des Natriums, beseitigt werden

und daß die Dimensionsstabilität der Silikatschäume in vorteilhafter Weise verstärkt werden kann.

Ein Ziel der Erfindung ist ein technisch und wirtschaftlich brauchbares Verfahren zur Herstellung von Silikatschäumen von kontrollierter Wasserlöslichkeit, niederer Dichte, niederer Wärmeleitfähigkeit und hohem Festigkeits-Gewichtsverhältnis, die in bezug auf das Rohmaterial auf Natrium- und anderen Alkalimetallsilikaten beruhen.

In technischem Maßstabe werden Alkalimetallsilikate dadurch hergestellt, daß ein Gemisch aus einer Alkalimetallverbindung und Siliziumdioxyd bei rund 148O⁰C erhitzt wird, bis ein technisch homogenes Glas vorliegt. Dann wird das Alkalimetallglas (Wasserglas) abgekühlt oder gequenscht und in Wasser gelöst. Die für Handelszwecke hergestellten Alkalimetallsilikate haben im allgemeinen ein Verhältnis von SiO„ zu R₂O (R = Na, K, Li, Rb, Cs) im Bereich von 1:1 bis 3, 75:1. Gemische mit einem höheren Verhältnis bis zu 5 : 1 sind in Wasser weniger leicht löslich. Sie sind daher vom kaufmännischen Standpunkt aus von geringerem Interesse.

Frühere Verfahren zur Herstellung von Alkalisilikatschäumen mit thermochemischen oder mechanischen Mitteln verwendeten im allgemeinen die im Handel erhältlichen wässrigen Alkalimetallsilikatlösungen. Vorzugsweise wurden Natriumsilikatlösungen mit einem Wassergehalt von 50 bis 70% eingesetzt. Die Entfernung des Wassers erfordert beträchtliche Energie, unabhängig davon, welches Verfahren zur Herstellung eines wasserfreien Silikatschaumes verwendet wird. Weiterhin sind auch noch lange Härtungszeiten erforderlich. Bei dem Verfahren des Verschäumen von

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Natriumsilikatlösungen durch rasches Erhitzen wurde gefunden, daß der Wassergehalt zuerst auf 35 bis 40 Gew. -% des Materials gesenkt werden muß, bevor eine verschäumbare Konsistenz erreicht wird. Abgesehen davon, daß diese Tatsache die Verfahrenskosten beeinflußt, ist es für Natriumsilikatlösungen charakteristisch, daß sich die Viskosität während des Entfernens des überschüssigen Wassers ändert und Hautbildung eintritt, was zur uneinheitlichen Wasserabspaltung führt. Die Folge ist, daß beim Verschäumen uneinheitliche Zellen und uneinheitliche Zellgrößen auftreten.

Bei den Verfahren des Standes der Technik, die mit einem verschäumbaren Gelhydrat arbeiten, das durch geeignete Einstellung des pH-Wertes in den Alkalimetallsilikatlösungen arbeitet oder durch Zusatz von Mitteln, die komplexbildend wirken oder die Unlöslichkeit fördern, wurde beobachtet, daß das Wasser nur schwer zu entfernen ist. Zudem läßt sich die Entfernung des Wassers nicht in einer einheitlich kontrollierbaren Art durchführen. Als weitere Tatsache wurde gefunden, daß diese komplexbildenden Mittel im Gelhydrat nicht einheitlich verteilt vorliegen und dementsprechend auch nicht einheitlich reagieren, wie man es in einem wässrigen System hätte erwarten müssen. Da das im Silikathydrat vorliegende Wasser als einziges oder Grundverschäumungsmittel wirkt, kann ohne weiteres eingesehen werden, daß eine uneinheitliche Verteilung des Hydratwassers in der Masse zu uneinheitlichem Zellwachstum, Größe und Konfiguration führen muß. Die Uneinheitlichkeit der Komplexierungsreaktionen führt in gleicher Weise zur Uneinheitlichkeit und zu unerwünschten Eigenschaften des Silikatschaumes. Die Verwendung von wässrigen Alkalimetallsilikatlösungen als Ausgangsmaterial für die Schaumherstellung schränkt die Wahl des SiO. zu R.O-Verhältnisses auf die Bereiche ein, die eine rasche Löslichkeit garantieren, während höhere Silikatverhältnisse dem Schaum niedere Löslichkeitskenndaten vermitteln. Vom Standpunkt einer möglichst geringen Löslichkeit des Schaumes aus gesehen,

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- 7 sind letztere Verhältnisse zu bevorzugen.

Ein Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Silikatschäumen ist, die Nachteile der früheren Verfahren zu vermeiden oder zu reduzieren. Dadurch werden Produkte mit überlegenen Eigenschaften erhalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat folgende Stufen:

a) Die direkte Herstellung von reinen oder polymerisierten Silikathydraten mit maximaler Homogenität, bestimmtem Gehalt an Hydratwasser und kontrollierter Zusammensetzung, aus im wesentlichen wasserfreiem Silikatglas,

b) das Expandieren dieser Silikathydrate durch Zufuhr thermischer Energie zu Schaum, wobei das Hydratwasser als Blähmittel dient.

Als Ausgangsmaterial wird normalerweise im wesentlichen wasserfreies Alkalimetallsilikat eingesetzt. Eingesetzt werden kann pulverisiertes Wasserglas mit einer Zusammensetzung R„O χ SiCL, wobei χ Werte zwischen 1 und 6 annehmen kann, und R für Na, K, Li_? Rb oder Cs oder für Mischungen dieser Metalle steht. Das feste Alkalimetallsilikat kann im geschmolzenen Zustand vorliegen. Es kann jedoch auch, wie es nachfolgend noch erörtert wird, als fein verteiltes Alkalimetallsilikat mit bestimmter durchschnittlicher Teilchengröße eingesetzt werden. Die hydratisierten Massen können auf geeignete Weise geformt und dann durch rasche Zufuhr von thermischer Energie verschäumt werden, Diese Energie kann aus einer herkömmlichen Quelle für Energie, aus Mikrowellen, aus Verzehr von mechanischer Energie und/oder einer exothermen Reaktion stammen, und einen Teil oder die gesamte Energiezufuhr darstellen. Die hydratisierte Masse kann jedoch auch unter An-

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wendung von ausreichendem Druck einheitlich erhitzt werden, um Verluste durch Verdampfen des Hydratwassers zu vermeiden, das bei rascher Druckentlastung als Blähmittel wirkt und die Masse verschäumt.

Es ist jedoch auch möglich, die hydratisierte Masse zu einem Pulver zu granulieren, das eine einheitliche Teilchengrößeverteilung hat. Das thermische Verschäumen kann dann mit oder ohne Pressen erfolgen.

In einer anderen AusfUhrungsform durchläuft das erfindungsgemäße Ver- Jk fahren folgende Stufen. Es wird ein fein verteiltes Alkalimetallsilikat,

ein fein verteiltes Pulver, eine Dispersion oder Lösung eines komplexbildenden Mittels hergestellt. Diese Komponenten werden in geeigneten Mengen mit Wasser, Wasserdampf und/oder Dampf bei einer festgelegten Temperatur im Bereich von 20 bis 35o° gemischt. Falls erforderlich, kann Überatmosphärendruck angewandt werden. Das Mischen erfolgt innerhalb einer vorbestimmten Zeit, um einheitliche Hydratisierung und Unlöslichkeit zu garantieren. Das resultierende hydratisierte Material enthält Wasser in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-%. Die hydratisierte Masse wird für das weitere Verarbeiten zu einem späteren Zeitpunkt gelagert oder das Verarbeiten zu feinporigem Silikatschaum nach einem fc der angegebenen Verfahren geschieht sofort.

Andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die Zugabe anderer Materialien, Zusätze, Füllstoffe o. dgl. in Kombination mit den Grundbestandteilen, um die Silikathydrate zu verbessern und um zu Schäumen mit spezifischen Eigenschaften zu gelangen, ohne jedoch die Grundsätze des erfindungsgemäßen Verfahrene im wesentlichen zu modifizieren.

Dem Fachmann ist es ohne weiteres einsichtig, daß die Bedingungen,

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unter denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, mit der Wahl der Rohmaterialien, ihrer Teilchengröße und der Dampftemperatur und Drücke im weiten Bereich variiert werden kann. So ist z. B. mit einer langsameren Hydratisierungsgeschwindigkeit zu rechnen, wenn gröbere Teilchen, Materialien mit geringerer Löslichkeit oder Reaktivität bei niederen Temperaturen und Drucken gearbeitet wird. Andererseits ist mit der gewünschten einheitlichen Hydratisierung bei schnelleren Geschwindigkeiten dann zu rechnen, wenn feinere Teilchen, löslichere oder reaktivere Materialien, höheren Temperaturen und Drukken das Verfahren durchgeführt wird. Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ihren Umfang jedoch nicht einschränken. Sie sollen jedoch zeigen, daß mit einer bestimmten Teilchengröße im bevorzugten Bereich und mit anderen geeignet gewählten Verfahrensbedingungen eine rasche und homogene Hydratisierung zu Silikathydraten mit einheitlichem Wassergehalt eintritt. Dies ist für die Herstellung von feinporigen Schäumen mit bestimmter Dichte durch thermisches Verschäumen unbedingt erforderlich. Feinporige Schäume mit gesteuerter Dichte sind das wesentlichste Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das Hydratwasser scheint eine doppelte Funktion zu haben. Einmal dient es als Verschäumungsmittel und zum anderen ist es eine wichtige Variable, die das viskoelastische Verhalten der Silikathydrate vor und während des Verschäumens mit thermischen Mitteln zu Produkten aus Silikatschaum beeinflußt.

Die genaue Kontrolle und Einheitlichkeit des Hydratwassergehalts beeinflußt zusammen mit den anderen Verfahrensvariablen die Zahl, Größe, Form und gute Beschaffenheit der Zellen, die den Schaum ausmachen. Bei einer bestimmten Schüttdichte hat ein Schaum mit mikroskopisch ganz geschlossenen Zellen höhere Druckfestigkeit, niedere Wärmeleitfähigkeit und niedere Wasserdampfdurchlässigkeit als ein grober, offenzelliger

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Schaum der gleichen chemischen Zusammensetzung. Das erfindungsgemäße Verfahren hat auch eine größere Freiheit in der Wahl der Rohmaterialien für die Herstellung der verschäumbaren Silikathydrate. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Produkte weisen eine höhere Unlöslichkeit als herkömmliche Schäume auf, wobei sie noch die physikalischen Kenndaten haben, die in den nachfolgenden Beispielen gebracht werden.

Beispiel I

Natriumsilikatteilchen mit einer Teilchengröße von 80 bis 100 Mikron (μ) wurden in 20% Wasser mit 0,1% Triton X-100 (Handelsname) als oberflächenaktives Mittel suspendiert und in einem Mixer mit einer Geschwindigkeit von 2000 Umdrehungen pro Minute 20 Minuten lang gemischt. Das resultierende Gemisch wurde in einen Autoklaven unter einem Dampfdruck von 1, o5 Atmosphären gegeben. Nach 30 Minuten war die Aufschlämmung vollkommen hydratisiert und viskoplastisch.

Der Block aus Natriumsilikathydrat wurde dann bei 100⁰C in einer Form unter Anwendung eines Druckes von 14 kg pro cm 5 Minuten lang gepreßt. Der monolitische Block wurde aus der Form entfernt und durch Zufuhr von Mikrowellenenergie mit einer Frequenz von 2450 Mc/s verschäumt. Die in Beispiel I verwendete Zusammensetzung ist in Tabelle I wiedergegeben.

Tabelle I (Beispiel I)

Zusammensetzung des Gemisches

Dichte des
Schaums

Druckfestigkeit

Na-silikat SS-65 653 g Z₂O Molverhältnis 3.22)

0,12 g/cm*

1, 76 kg/cm'

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Wasser 129 g

Triton X-IOO 0, 8 g

Es wurde.ein wasserlöslicher Schaum erhalten.

Der Schaum hatte geschlossene Poren. Bei einer 15 minütigen Prüfung auf Feuchtigkeitsbeständigkeit in einem Autoklaven unter 0, 35 Atmosphärendruck brach der Schaum zusammen und löste sich auf.

Beispiel Π

Ein Gemisch aus 653 g gepulverten Natriumsilikat, 40 g Borsäure, 52 g Aluminiumhydroxyd, 2, 5 g Zinkstaub und 2, 5 g Titanhydroxyd wurde in einem herkömmlichen Mischer mit Flügeln trocken gemischt. Dieses Material wurde dann mit 251 g Wasser vermischt und kontinuierlich in einem Autoklaven unter einem Druck von 1, 05 Atmosphären hydratisiert. Nach 15 Minuten Autoklavenbehandlung wurde das viskoplastische Hydrat bei HO⁰C unter 14,1 Atmosphären gepreßt. Das erhaltene monolithische Hydrat wurde in einem Mikrowellenofen, der mit einer Frequenz von 2450Mc/s arbeitete, verschäumt. Der resultierende Schaum war feinporig und hart. Die Zusammensetzung des Gemisches und die Eigenschaften des Schaumes sind in Tabelle II wiedergegeben.

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Tabelle Π (Beispiel H)

Zusammensetzung	■	653	g	SiOjNa₂O Moiverhaltnis	Dichte des Schaums	Feuchtigkeitsaufnah me bei O, 35 atü
	52	g	im Na-Silikat		innerhalb 1 Stunde
SS-65	40	g	3,22	0,1586 g/cm	³ 18%
Al(OH)₃	2,5	g
Η,ΒΟ.	2,5	g
Zn-Staub	231	g		•
Ti(OH)₄	Triton X-IOO 1	g
H₂O

Der Schaum behielt bei einer Behandlung mit 0,35 Atmosphären Dampf im Verlauf von 60 Minuten seine ursprüngliche Beschaffenheit und Festigkeit. Er ist deshalb für viele praktische Endanwendungszwecke im wesentlichen wasserunlöslich.

Beispiel ΠΙ

Es wurde das in Beispiel Π verwendete Verfahren und die gleiche Ausrüstung eingesetzt. Das folgende Gemisch wurde im Mikrowellenofen geschäumt.

SS-65

Ti(OH)₄. nH₂O H₂O

Zn

Igepol CO 630

653 g 45 g 25 g 231 g 2,5g 0,5 g (Handelsmarke der BAST)

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-13-Der erhaltene Schaum war feinporig und hatte geschlossene Zellen, Er

hatte eine Dichte von 0,1041 g pro cm und eine Druckfestigkeit von

3, 52 kg pro cm bei 10% Deformation. Er war mehrere Stunden bei Temperaturen bis zu 538 C dimensionsstabil. Nach einer 96 stündigen Behandlung bei 96% relativer Feuchtigkeit und 49 C war der Schaum noch dimensionsstabil und wies die ursprünglichen Festigkeitswerte auf. Er hatte ungefähr 28% Feuchtigkeit aufgenommen.

Beispiel IV

Sodaasche, Siliziumdioxyd und Aluminiumfluorid wurden in einem Platintiegel geschmolzen. Es wurde ein modifiziertes Natriumsilikat erhalten, das folgende Zusammensetzung aufwies: Na₀0. 4SiO₀ . 0, 2A1F_O. Das Silikatglas wurde zu Teilchen mit 50 bis 100 μ Durchmesser pulverisiert. Anschließend wurde es im Autoklaven bei einem Dampfdruck von 105 Atmosphären hydrolysiert. Die Autoklavenbehandlung variierte von 10 Minuten bis zu 1 Stunde, wobei die Teilchengröße der bestimmende Faktor war. Das resultierende Hydrat enthielt 18% Wasser. Es wurde in einem Mikrowellenofen verschäumt, wobei ein feinporiger, geschlossenzelliger, fe-

ster Schaum mit einer Dichte von 0,1442 g pro cm erhalten wurde. Der

Schaum hatte hervorragende Feuehtigkeitjsbeständigkeit. Dies ergibt sich ™

aus der Tatsache, daß nur 2% Feuchtigkeit bei einer Behandlung von 30 Minuten mit 0, 35 Atmosphären Dampf aufgenommen wurden. Er hatte einen Erweichungspunkt von 62O⁰C, der damit um Vieles höher liegt als die bisher beobachteten Erweichungepunkte der Natriumsilikatschäume.

Beispiel V

Natriumsilikat mit einem SlOg/Na^O-Verhältnis von 4 ι 1 wurde unter den Bedingungen und mit den Anlagen von Beispiel IV hydratisiert. Die Verschäumung wurde in einem Mikrowellenofen vorgenommen, wobei im

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wesentlichen ein offenporiger Silikatschaum erhalten wurde. Der Schaum

hatte eine Dichte von 0,12495 g pjeoi cm und war wasserlöslich. Er würde bei einer Behandlung bei 49⁰C und 96% relativer Feuchtigkeit rasch zersetzt. Das für die Verschäumung benützte Hydrat hatte einen Wassergehalt von 18%.

Beispiel VI

Ein Natriumsilikat mit einem SiO₂/Na„O-Verhältnis von 5 : 1 wurde unr ter den Bedingungen und mit der Anlage von Beispiel IV hydratisiert.

Die Verschäumung erfolgte in einem Mikrowellenofen, wobei im wesentlichen ein geschlossenzelliger Silikatschaum erhalten wurde. Der Schaum hatte eine Dichte von 0,1282 g pro cm und hervorragende Feuchtigkeitsbeständigkeit. Bei einer Behandlung im Autoklaven von 15 Minuten mit

0. 35 Atmosphären Dampf betrug die Wasseraufnahme nur 1, 5%. Der Schaum behielt im wesentlichen die ursprüngliche Festigkeit und Dimensionsstabilität bei. Das für die Verschäumung benützte Hydrat hatte einen Wassergehalt von 20%.

Beispiel VII

1. 882 g Natriumsilikat mit einem SiO₂/Na₂/-Verhältnis von 3,2 : 1 wurden in 300 ml Wasser, das 0, 5 g des oberflächenaktiven Mittels Triton-X 100 (Handelsmarke) enthielt, 4 Minuten mit einem herkömmlichen Mischer mit Flügeln dispergiert.

2. 60 g Borsäure und 40 g Aluminiumhydroxyd wurden zugesetzt. Das Mischen wurde weitere 4 Minuten fortgesetzt.

3. 5 g eines im Handel erhältlichen Polyäthylenpulvers (Microthene FN-500, Handelsmarke der U.S. Industries Inc.) und 20 g Magnesium-

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pulver mit einem Durchmesser von 10 μ wurden in die obige Aufschlämmung eingebracht. Es wurde weitere 5 Minuten gemischt.

4. Das in Stufe 3 erhaltene Gemisch wurde 30 Minuten in einem Autoklaven unter 1,05 Atmosphären Dampf hydratisiert. Die hydratisierte Masse wurde dann bei 102 C unter einem Druck von 15,5 Atmosphären 5 Minuten gepreßt. Dabei wurde eine monolithische plastische Masse erhalten. Die plastische Masse wurde 9 Minuten in einem Mikrowellenofen mit 1,5 KW Leistung mit 2450 Mc/s verschäumt. Der nach diesem Verfahren erhaltene Schaum hatte geschlossene Zellen und eine Dichte von

3
0,1089 g pro cm . Er hatte eine Wärmeleitfähigkeit (K) von

59,55 kcalA/m²/°C/m bei 24°C. Die Druckfestigkeit betrug bei 5% De-

2
formation 3,16 kg pro cm . Bei einer Behandlung von 96 Stunden bei

49⁰C und einer relativen Feuchtigkeit von 98% nahm der Schaum 18% Feuchtigkeit auf, behielt jedoch die ursprüngliche Festigkeit und Dimensionen.

Beispiel VHI Verstärkter Silikatschaum

Es wurde das Verfahren und die Vorrichtung von Beispiel I verwendet.

Das nachfolgende Gemisch wurde im Mikrowellenofen verschäumt. I

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Gemisch:	653 g
SS-65	52 g
RH-730	52 g
^H3^BO3	9g
Kaktetraborat	18 g
FN 500	2,5 g
Ti(OH)₄	2,5 g
Zn	ig
MgOCl. nH₂O	231g
H₂O	0,1g
Triton X 100	0,3 g
Igepol 6630	36 g
Glasfaserschnitzel

SiO₂/Na₂O = 3,2: 1

(Handelsmarke der Reynolds Metal Comp)

Polyäthylen(Microthene der US Industries)

(oberflächenaktives Mittel) (Handelsmarke der BASF)

Die für das Gemisch eingesetzten Glasfasern hatten einen Durchmesser von 10 u und eine Länge von 0, 794 mm. Das nach diesem Verfahren er-

haltene verschäumte Produkt hatte eine Dichte von 0, 20826 g pro cm

und eine Druckfestigkeit von 10, 4 kg pro cm bei 10% Deformation. Nach einer Behandlung von 96 Stunden bei 49 C und 100% relativer Feuchtigkeit blieben Festigkeit und thermische Eigenschaften, z. B. Wärmeisolierung und Wärmebeständigkeit, erhalten.

Beispiel DC

Die Glasfasern von Beispiel VHI wurden durch fein verteilte Glimmerflocken ersetzt. Dann wurde das Ve rs chäumungs verfahren wiederholt.

Der steife Schaum hatte eine Dichte von 0,2403 g pro cm und eine Druck-

festigkeit von 11, 06 kg pro cm . 4915

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Beispiel X
Sinterverfahren.

Es wurde das gleiche Verfahren und die Vorrichtung benützt, die im ersten Teil von Beispiel Π beschrieben wurden. In einem Autoklaven wurde 15 Minuten nachfolgendes Gemisch hydratisiert. Das Hydrat wurde dem Autoklaven entnommen und auf Raumtemperatur abgekühlt. Dabei wurde ein harter, fester Block erhalten. Dieser wurde in einer Labormühle pulverisiert, wobei Teilchen von 32 mesh (U. S. Standardmaß) erhalten wurden. Sie wurden 5 Minuten bei 56 Atmosphären und Umgebungstemperatur in einer hydraulischen Laborpresse umgesetzt. Der erhaltene durchscheinende, halbfeste Block wurde durch Zuführung von Mikrowellenenergie verschäumt. Der Schaum fette eine Dichte von 0, 0779 pro cm .

Zusammensetzung des Gemisches:

Na-SilikatS.S. 65 -	900 g
Polyäthylen(Microthene)	50 g
Borsäure	25 g
Aluminiumhydroxid	25 g
Titanhydroxid	5g
Wasser	231g
Beispiel XI
Sinterverfahren.

Es wurde das im ersten Teil von Beispiel 2 beschriebene Verfahren und die Vorrichtung verwendet. Die nachfolgende Zusammensetzung wurde 15 Minuten in einem Autoklaven hydratisiert. Das Hydrat wurde nach

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dem Abkühlen zu Teilchen mit einer Teilchengröße von 32 mesh (U. S. Standardmaß) pulverisiert. Es wurde in einer Presse bei 105⁰C mit 42,2 Atmosphären gepreßt. Nach 10 Minuten wurde der halbfeste Block des Hydrates aus der Form entfernt. Er wurde dann in einem Mikrowellenofen mit 1,5 KW-Leistung und 2450 Mc/s verschäumt. Der praktisch

g unlösliche Schaum hatte eine Dichte von 0,1682 g pro cm

Zusammensetzung des Gemisches:

Na-SilikatS.S. 65 882 g

Borsäure 60 g

Aluminiumhydroxid 40 g

Polyäthylen(Microthene) 10 g

Igepol (oberflächenaktives Mittel 5 g Wasser 210 g

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Claims

Patentansprüche f 1J Verfahren zur Herstellung von Silikatschaum, gekennzeichnet durch

a) Hydratisieren von fein verteiltem Alkalimetallsilikat, das weniger als 5% Wasser enthält, so daß das resultierende wasserhaltige Material Wasser in einer Menge von 6 bis 30 Gew. -% enthält und

b) Verschäumen des resultierenden wasserhaltigen Materials durch Wärmezufuhr.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalimetallsüikat ein geschmolzenes Silikat verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikat im wesentlichen ein wasserfreier Feststoff ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des Silikats eine einheitliche, bestimmte Teilchengrößeverteilung haben.
5. Verfahren nach Anspruch 3 zur Herstellung von Silikatschaum, gekennzeichnet durch:

a) Hydratisieren von fein verteiltem Alkalimetallsilikat mit Wasser, Wasserdämpfen oder Ea mpf bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 35O⁰C, wobei das resultierende hydratisierte Material Wasser in einer Menge von 5 bis 30 Gew. -% enthält und

b) Verschäumen dee resultierenden hydratisierten Materials durch ra sches Verdampfen des Hydratwassers durch Zufuhr von thermischer Energie.

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-20-
6. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch:

a) Hydratisieren von fein verteiltem festem Alkalimetallsilikat mit einem mittleren Durchmesser von 5 μ bis 250 μ mit Wasser, Wasserdämpfen oder Dampf bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 35O⁰C, wobei das resultierende hydratisierte Silikatmaterial Wasser in einer Menge von 5 bis 30 Gew. -% enthält und

b) Verschäumen des resultierenden hydratisierten Materials durch Zu-P fuhr von thermischer Energie.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Energie aus herkömmlichen Wärmequellen, aus Mikrowellenquellen oder durch Energieverbrauch mechanischer Energie geliefert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalimetallsilikat ein Natriumsilikat verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Natrium-

Silikat ein Verhältnis von SiO« zu Na_gO von 1 : 1 bis 6 : 1 hat.
10, Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Natriumsilikat ein Verhältnis von 2, 8 : 1 bis 5 : 1 hat.
11, Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalimetallsilikat Natrium-, Kalium- oder Lithiumsilikate verwendet werden.
12, Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das hydratisierte Silikatmaterial zusätzlich ein komplexbildendes Mittel enthält, das den resultierenden Schaum unlöslich macht.

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13. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße im Bereich von 5 bis 40 u liegt.
14. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydratisierung im Bereich von 30 bis 15O⁰C durchgeführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das resultierende hydratisierte Silikatmaterial 10 bis 25 Cbw.-% Hydratwasser enthält.
16. Wasserlöslicher Silikatschaum, hergestellt nach dem Verfahren von Anspruch 5, mit den folgenden Kenndaten und physikalischen Eigenschaften:

a) Feinporige, geschlossenzellige Struktur,

b) Dichte zwischen 0, 01602 bis 0, 56070 g pro cm

c) Wärmeleitfähigkeitfaktor (K) bei 23,9⁰C mittlerer Temperatur von 38,42 bis 192,1 kcal/h/m²/°C/m
17. Wasserfester oder unlöslicher Silikatschaum oder Produkte daraus hergestellt nach dem Verfahren von Anspruch 12, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Kenndaten und physikalischen Eigenschaften:

a) Feinporige, geschlossenzellige Struktur,

b) Dichte zwischen 0, 03204 und 0,12816 g pro cm ,

c) Wärmeleitfähigkeitfaktor ("K") bei einer mittleren Temperatur von 23,9⁰C von 38,42 bis 76,84 kcalA/m²/°C/m, 109822/1242

- 22 -

2 d) Druckfestigkeit bei 5% Deformation von 1,41 kg pro cm bis 10, 5 kg

2 pro cm .

₄₉₁₅ 10 9 822/1242