DE2114334B2

DE2114334B2 - Verfahren zur herstellung eines wasserbestaendigen, geschaeumten silikaterzeugnisses

Info

Publication number: DE2114334B2
Application number: DE19712114334
Authority: DE
Inventors: Ramesh P. Sarnia Ontario Rao (Kanada)
Original assignee: Fiberglas Canada Inc
Current assignee: Owens Corning Canada Inc
Priority date: 1970-03-24
Filing date: 1971-03-24
Publication date: 1976-09-09
Also published as: FR2085032A5; US3663249A; DE2114334A1; CA939394A; GB1351213A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wasserbeständigen, geschäumten Silikaterzeugnisses, bei dem ein aus der Gruppe Erdalkalimetallsilikate und Alkalimetallsilikate ausgewähltes hydratisiertes Silikat zusammen mit einer wirksamen Menge in der Größenordnung von 5 bis 30 Gewichtsprozent einer mehrwertigen Metallverbindung als, Abbindebeschleuniger geschäumt wird.

Es sind bereits zahlreiche Verfahren zur Herstellung wasserbeständiger, geschäumter Silikaterzcugnisse vorgeschlagen worden. Üblicherweise wird hierbei Natriumsilikat in wäßriger Lösung mit einem Polymerisierungsmittel umgesetzt. Das Silikat und das Natrium liegen je nach der Konzentration und Viskosität der Lösung als einzelne Ionen oder als Moleküle mit polarer Bindung vor. Die Reaktionsgeschwindigkeit eines die Unlöslichkeit herbeiführenden Mittels in einem derartigen System ändert sich mit den Konzentrationcn dieser Ionen sowie auch mit der Konzentration und Art der Abbindebeschleuniger. Es ist bekannt, daß nach dem angegebenen Verfahren hergestellte schäunibare Materialien mit großer Geschwindigkeit dehydratisieren, wobei unterschiedliche Phasen von löslichen und unlöslichen Silikaten entstehen und die Schäumung da. Materials stören.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzusehen, das mit Sicherheit zu*einem geschäumten unlöslichen Silikaterzeugnis führt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß der Abbindebeschleuniger mit trockenem teilchenförmigen Silik-tmaterial gemischt, die Mischung in einem Autoklav mit gesättigtem Dampf bei einer Hydratationstemperatur im Bereich von 93 bis 316 C behandelt, worauf das hydratisierte Material in einem weiteren Verfahrensschritt durch Erhitzen verschäumt

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht somit das Reaktionssystem aus festem Silikat, aus Hydratationswasser und einem Abbindebeschleuniger.

Die Behandlung der Mischung mit gesättigtem Dampf kann in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt werden. Der Abbindebeschleuniger kann in fester Teilchenform oder in Lösung vorliegen. Ein schäumbares Material ist herstellbar unter Verwendung von in Einzelteilchen vorliegendem Silikat, Lösungsmittel und einem Abbindebeschleuniger. Durch eine Dampfbehandlung bis zur Hydratation und darauffolgender Abkühlung wird ein glasiges Material gebildet, welches über längere Zeiträume aufbewahrt werden kann, ohne daß sich seine Zusammensetzung oder Art ändert. Die dieses Material unlöslich machende Reaktion verläuft dann während einer nachfolgenden Verschäumung im wesentlichen bis zur Vollendung.

Der verwendete Abbindebeschleuniger, der auch in Einzelfällen an der Bildung polymerer Strukturen teilnehmen kann, wird aus Verbindungen mehrwertiger Metalle ausgewählt und normalerweise in einer Menge von 5 bis 30 Gewichtsprozent in einer Natriumsilikat enthaltenden Mischung verwendet. Die folgenden Metalle werden bevorzugt: Aluminium, Bor, Titan, Zirkonium, Eisen, Chrom, Calcium, Magnesium, Molybdän, Zink, Mangan oder Vanadium. Bevorzugte Anionen bei diesen Metallverbindungen sind: Acetat, Formiat, Formoacetat, Phosphat, Sulfat, Borat, Nitrat, Carbonat, Oxid, Hydroxid, Fluorid, Chlorid, Pyrosulfat, Pyrophosphat, Titanat und Molybdat.

Der Abbindebeschleuniger sollte mit dem Silikatmaterial, vor dem Verschäumen desselben, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 20 bis 100 C gemischt werden. Das Silikat kann trocken in Teilchenform entweder wasserfrei oder hydratisiert vorliegen. Es kann unter Anwendung üblicher Mittel, z. B. Mikrowellen-, Induktion^- oder thermischer Erhitzungsquellen oder durch chemisch erzeugte Hitze, verschäumt werden, um einen unlöslichen und leichten anorganischen Silikatschaum von geringer Wärmeleitfähigkeit und hoher thermischer Stabilität zu ergeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders günstig anwenden zur Unlöslichmachung und Verschäumung von Natriumsilikat. In diesem Zusammenhang bestehen besonders bevorzugte Abbindebeschleuniger aus Kaliumtitanat (K₂Ti₆O₁₃), AlF₃, Ti(OH)₄, AI(OH)₃, CaB₄O₇, Borsäure (H₃BO₃) und Molybdänsäure. Der Abbindebeschleuniger kann in situ, also an Ort und Stelle, gebildet werden.

Die gemäß den verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens erhaltenen geschäumten Silikaterzeugnisse besitzen eine zufriedenstellende Beständigkeit gegen Witterung und Feuchtigkeit. Diese Eigenschaften wurden durch übliche Prüfversuche bestätigt. So

wurden beispielsweise die zu prüfenden Proben folgenden Verfahren unterzogen:

a) Ein Probestück des Schaumes wurde in siedendes Wasser gehalten. Das Ausmaß an Abbau und Zerfall des Schaumes wurde während einer Zeitspanne von mehreren Stunden beobachtet.

b) Ein Probestück des Schaumes wurde während bis zu 1 h langen Zeitspannen einer Dampfatmosphäre von 0,35 at Druck ausgesetzt. Es wurden die _χο Änderungen der physikalischen Eigenschaften,

z. B. der Abmessungen, und das Ausmaß des Abbaues beobachtet.

c) Ein Probestück des Schaumes wurde während bis zu 6 Monaten dauernden Zeitspannen bei Umgebungstemperatur und normaler Feuchtigkeit aufbewahrt und hinsichtlich des Auftretens des Abbaues und insbesondere hinsichtlich der Feuchtigkeitsaufnahme untersucht.

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Bei der Herstellung der in den folgenden Beispielen beschriebenen Schaumprodukte wurde in Teilchenform vorliegendes oder pulverisiertes Natriumsilikat mit einer stöchiometrischen Menge des Abbindebeschleunigers sowie mit Wasser gemischt und auf die optimale Temperatur zur Erreichung des erforderlichen Hydratationsgrads erhitzt. Die Mischung wurde mit Dampf behandelt, um eine gleichmäßige Verteilung und Durchdringung der Reaktanten zu erzielen.

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Beispiel 1

Natriumsilikat (wasserfrei) 685 g

H₃BO₃ (feines Pulver) 40 g

Ti(OH)₄ (löslicher Kuchen) 25 g

H₂O 231 g

Flüssiges, nicht-ionisches Netzmittel. . . 0,5 g

Das Natriumsilikat war ein feinkörniges (Sieböffnung etwa 0,22 mm) Material mit einem Verhältnis Na:SiO₂ von 1:3,22. Die Ausgangsmaterialien wurden in einer ersten Verfahrensstufe gründlich miteinander gemischt und dann in einem Autoklav 20 min lang bei einem Druck von 2,1 at und einer Tempertaur von 108 C mit Dampf behandelt. Nach der Dampfbehandlung und der Hydratation wurde das Produkt abgekühlt, wobei eine glasige Masse entstand, die zu einem feinen Pulver zerrieben wurde. Das Pulver war lagerfähig.

Eine Probemenge dieses Materials wurde bei einer 5<> Temperatur von 100 C und einem Druck von 14,1 at zu einer zäh-plastischen und fließenden Masse gepreßt und in einer zweiten Verfahrensstufe verschäumt. Der Schaum erwies sich als sehr stabil und gegen Kochen, Behandlung im Autoklav und gegen Wasser widerstandsfähig. Er hatte eine Dichte von 0,12 kg/dm³.

Beispiel 2

Natriumsilikat (wie im Beispiel 1) ... .65,1 %
Reines Al(OH)₃ · H₂O (69% AI₂O₃). .. 3,6%

H₃BO₃ 5,2%

Calciumtetraborat 0,9 %

Feines Polyäthylenpulver 1,8%

MgOCI 0,09%

H₂O 23%

Flüssige, nicht-ionische Netzmittel ... 0,04%
Ti(OH), 0,25%

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65 Die Ausgangsmaterialien wurden in einer ersten Verfahrensstufe gründlich miteinander gemischt und in einem Autoklav 20 min lang bei 2,1 at und einer Temperatur von 110 C mit Dampf behandelt. Anschließend wurde die Masse gekühlt, wobei sich eine glasige Masse ergab, die, wie in Beispiel 1, zu einem feinen Pulver zermahlen wurde.

Aus diesem Material in einer zweiten Verfahrensstufe hergestellte Schäume waren sehr stabil und gegen Kochen, Behandlung im Autoklav und Wasser beständig. Die Gewichtszunahme in einem Autoklav bei 0,35 at betrug nach 15 min 0,46% und nach 1,5 h 4,38%. Die Gewichtszunahme in einem bei 49 C und 98% relativer Feuchte durchgeführten Alterungstest betrug nach 96 h 98 %. Ein typischer Schaum hatte eine Dichte von 0,117 kg/dm³.

Beispiel 3

Natriumsilikat (wie im Beispiel 1) .... 66,7 %

Reines Al(OH)₃ · H₂O 3,6%

H₃BO₃ 5,3%

H₂O 23,1%

Flüssiges, nicht-ionisches Netzmittel .. 0,1 %

TiOSO₄ 1,2%

Tetrabutyltitanat 0,8 %

Die beiden Verfahrensstufen gemäß Beispiel 1 wurden mit dieser Mischung durchgeführt. Die hergestellten Schäume waren sehr stabil und gegen Kochen, Behandlung im Autoklav und Wasser beständig. Die Gewichtszunahme in einem Autoklav bei 0,35 at betrug nach 15 min 2,53%. Ein hergestellter typischer Schaum halte eine Dichte von 0,205 kg/dm³. Der Schaum zeigte eine Wärmeleitfähigkeit von 0,0588 kcal/m/h/ C.

Beispiel 4

Natriumsilikat (wie im Beispiel 1) ... .62,1 %

Reines Al(OH)₃ · H₂O 3,4%

H₃BO₃ 4,9%

Calciumtetraborat 0,9%

Polyäthylenpulver 1,8%

MgOCI 0,9%

H₂O 22,0%

Flüssige, nicht-ionische Netzmittel ... 0,04% Ti(OH)₄ 4,8%

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde mit dieser Mischung durchgeführt. Die aus dieser Mischung hergestellten Schäume waren sehr stabil und gegen Kochen, Behandlung im Autoklav und Wasser widerstandsfähig. Die Gewichtszunahme in einem Autoklav bei 0,35 at betrug nach 15 min 0,87% und nach 1,5 h 6,4%. Die Gewichtszunahme in einem bei 49 C und. 98% relativer Feuchte durchgeführten Alterungsversuch betrug nach 96 h 69,6%. Ein aus den angegebenen Ausgangsmaterialien hergestellter typischer Schaum hatte eine Dichte von 0,179 kg/dm³.

Beispiel 5

Natriumsilikat (wie im Beispiel 1) 57%

H₃BO₃ 5%

Calciumsilikat (Wollastonit) 15%

Reines AI(OH)₃ · H₂O 3%

H₂O 20%'

5 Γ 6

Diese Mischung wurde gemäß Beispiel 1 behandelt. H_nO 231 g

Es zeigte sich, daß sie einen Schaum mit zufrieden- Flüssiges, nicht-ionisches Netzmittel ... 0,5 g
stellender Beständigkeit gegen Kochen und Wasser

liefert. Das Verfahren gemäß Beispiel I wurde mit dieser

_R . . . _fi 5 Mischung durchgeführt. Die hergestellten Schäume

^elsP^le waren stabil und gegen Kochen, Behandlung imAuto-

Natriumsilikat (wie im Beispiel 1) 685 g klav und gegen Wasser widerstandsfähig. Die Ge-

H₃BOj (feines Pulver) 40 g wichtszunahme in einem Autoklav bei 0,35 at betrug

K₂Ti₆O₁₃ 25 g nach 1 h 5 %.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines wasserbeständigen, geschäumten Silikaterzeugnisses, bei dem ein aus der Gruppe Erdalkalimetallsilikate und Alkalimetallsilikate ausgewähltes hydratisiertes Silikat zusammen mit einer wirksamen Menge in der Größenordnung von 5 bis 30 Gewichtsprozent einer mehrwertigen Metallverbindung als Abbindebeschleuniger geschäumt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbindebeschleuniger mit trockenem teilchenförmigen Silikatmaterial gemischt, die Mischung in einem Autoklav mit gesättigtem Dampf bei einer Hydratationstemperatur im Bereich von 93 C bis 310 C behandelt, worauf das hydratisierte Material in einem weiteren Verfahrensschritt durch Erhitzen verschäumt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Silikatmaterial ein Calcium-, Magnesium-, Natrium- oder Kaliumsilikat verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Abbindebeschleuniger eine Verbindung aus Aluminium.. Bor, Titan, Zirkonium, Eisen, Chrom, Calcium, Magnesium, Molybdän, Zink, Mangan oder Vanadium verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Abbindebeschleuniger eine Verbindung aus Acetat, Formiat, Formoacetat, Phosphat, Sulfat, Borat, Nitrat, Carbonat, Oxid, Hydroxid, Fluorid, Chlorid, Pyrosulfat, Pyrophosphat, Titanat oder Molybclat eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Abbindebeschleuniger K₂Ti₆O₁₃, AIF₃, Ti(OH)₁, AI(OH)₃, CaB₄O₇, H₃BO₃ oder Molybdänsäure verwendet wird.

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