DE2207278A1 - Schaume und Hohlteilchen, bestehend aus anorganischen Substanzen, und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

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PATENTANWALT DIPL.-PHYS. JOHANNES SPIES

8 MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 48 2207278

TELEFON: (0811) 226917 .TELEGRAMM-KURZANSCHRIFT: PATOMIC MÜNCHEN

Anmelderins LION FAT and OIL CO., LTD. Tokyo, Japan

Anwaltsaktes 3311

Schäume und Hohlteilchen, bestehend aus anorganischen Substanzen, und Verfahren

zu ihrer Herstellung

Für diese Anmeldung werden die Prioritäten der japanischen Patentanmeldungen No« 46-7871 vom 18. Februar 1971 und No, 46-7785 vom 19, Februar 1971 sowie No. 46-11196 vom 2. März 1971 in Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft nichtbrennende anorganische Schäume und Hohlteilchen, die ein leichtes Gewicht sowie eine hervorragende mechanische Festigkeit besitzen und insbesondere als Baumaterialien brauchbar sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Schäume und Hohl teilchen»

Obwohl es gegenwärtig eine Verschiedenheit von nichtbrennenden und flammenhemmenden Baumaterialien gibt, besitzen diese Baumaterialien jedoch ihre Vor- und Nachteilej Beton, MeIaHe₉ Mauerwerk,, Glas, Keramik etc, haben ein großes Gewicht, dagegen ermangeln Asbest und Glasfasern der mechanischen Festigkeit, ebenso wie Gipstafeln, die darüberhinaus Feuchtigkeit absorbierend Leichigewichtbeton besitzt

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auch Nachteile insofern, als es schwierig ist, ihn in komplizierten Formen durch Autoklavenbehandlung herzustellen, in welcher Aluminiumpulver oder Ferrosilikon als Blasenbildungsmittel verwendet wird, wobei ein weiterer Nachteil darin besteht, daß hohe Temperaturen zur Kalzinierung von Perlit, Vermiculit, Ofenklinker bzw. -hartziegel, Tonschiefer etc, erforderlich sind, um Massen leichten Gewichts zu erzeugen, schließlich besteht ein weiterer Nachteil hierbei darin, daß für die Schäumung geeignete Rohmaterialien in ihren chemischen Zusammensetzungen beschränkt sind.

Es wurde außerdem eine Verschiedenheit von Zellularkunststoffen für die Verwendung als geschäumtes Baumaterial dieser Art entwickelt, jedoch bestehen die allgemeinen Nachteile dieser Materialien in den hohen Kosten, der niedrigen Stoßfestigkeit und in Beschränkungen hinsichtlich des Schneidens bzw. Zerteilens und der Montage sowie der Tauglichkeit. Weiterhin besitzen sie einen ernsthaften Nachteil, weil sie leicht entflammbar bzw. zu verbrennen sind und während der Verbrennung giftige Gase erzeugen. Daher sind Zellularkunststoffe nicht befriedigend als Baumaterialien·

Andererseits wird Beton üblicherweise mit Stahlstangen verstärkt, um dessen Biegespannung zu erhöhen, jedoch hat das zunehmende Bauen immer höherer Gebäude eine neue Bauweise notwendig gemacht, nach welcher Betonfüllungen, insbesondere Betonplatten in einen Stahlrahmen eingefügt werden» Unter diesen Umständen sind in der Bauindustrie vielseitige Untersuchungen angestellt worden, um das Gewicht der Baumaterialien herabzusetzen. Obwohlin der Vergangenheit Kies und Sand als Massen verwendet worden sind, besteht die Tendenz einer nur noch begrenzten Versorgung mit derartigen Materialien, die auf das zunehmende gesellschaftliche Bestreben zurückzuführen ist, den Umwelt-Lebensraum vor einer Verwüstung zu schützen, wie u.a. durch Ab-

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schürfen von Kies und Sand erfolgen könnte. Daher ist die Versorgung mit Kies und Sand beschränkt und die Kosten dieser Materilaien wachsen gegenwärtig an. Um einen Leichtgewichtbeton zu erhalten, werden spezielle vulkanische Aschen angewandt, oder der Beton wird zur Schäumung gebracht. Jedoch sind keine befriedigenden Ergebnisse erreicht worden, Aufgabe der Erfindung ist es, die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen und die genannten Probleme zu lösen, und zwar insbesondere dadurch, daß Schäume und Hohlteilchen, bestehend aus anorganischen Substanzen, zur Verfügung gestellt werden, die geeignet sind, als nichtbrennbare Baumaterialien angewandt zu werden, welche ein geringes Gewicht besitzen und eine hervorragende mechanische Festigkeit aufweisenj außerdem wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Schäume und Hohlteilchen vorgeschlagen.

Weiterhin sollen durch die Erfindung aus anorganischen Substanzen bestehende Hohlteilchen geschaffen werden, welche die gleichen Eigenschaften besitzen, wie die vorerwähnten Schäume und als leichtgewichtige und billige Massen brauchbar sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Hohl teilchen.

Außerdem sollen durch die Erfindung aus anorganischen Substanzen bestehende Schäume und Hohl teilchen zur Verfugung gestellt werden, welche ein leichtes Gewicht besitzen und in einem bestimmten Bereich auf eine gewünschte Massen- bzw. Schüttdichte durch Auswahl der Herstellungsbedingungen eingestellt sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Darüberhinaus wird mit der Erfindung ein Verfahren zur Hersteilung vor aus anorganischen Substanzen bestehenden Schäumen geschaffen, weiche rv niedrigen Preisen sowie in gleichmäßigen und gewünschten Formen erhältlich sind.

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Schließlich sollen die erfindungsgemäßen aus anorganischen Substanzen bestehenden Schäume und Hohlteilchen eine hervorragende Feuer- bzw· Hitzebeständigkeit, Wärmeisolierung, Schallabsorption und Wasserbeständigkeit besitzen«

Endlich werden mit der Erfindung geschäumte, aus anorganischen Substanzen bestehende Baumaterialien zur Verfügung gestellt, die nichtbrennbar sind, ein leichtes Gewicht besitzen und eine außerordentlich hervorragende mechanische Festigkeit haben·

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von anorganischen Schäumen zeichnet sich insbesondere durch die folgenden Verfahrensschritte aus: Mischbehandlung, wie Rühren, Mischen, Schütteln, Kneten o· dgl« , insbesondere Kneten einer anorganischen Substanz, die Kieselsäure oder Silikat enthält, welches durch Reaktion mit einem Alkali lösliche Kieselsäure bildet, mit einem Alkali und Wasser; Formen des mischbehandelten, insbesondere gekneteten Materials in eine gewünschte Gestalt; und danach Erwärmen des geformten Gegenstandes bei 100 bis 800° C zur Vollendung der Schäumung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung anorganischer Hohlteilchen zeichnet sich insbesondere durch die folgenden Verfahrensschritte aus: Mischbehandlung, wie Rühren, Schütteln, Kneten o. dgl,, insbesondere Kneten einer anorganischen Substanz, die Natriumsilikat und Silikate, Karbonate, Sulfate oder Sulfite enthält, mit Wasser, sowie Schäumen und Trocknen der Masse bei 100 bis 600° C, wobei eine Granulierung bzw. Zerkleinerung der Masse entweder vor dem Schäumen und Trocknen oder danach erfolgen kann»

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der einzigen Figur der Zeichnung

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näher erläutert, welche ein Blockdiagramm zeigt, das das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Schäumen veranschaulicht.

Das Verfahren zur Herstellung der Schäume gemäß der Erfindung wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figur der Zeichnung erläutert, in welcher ein Alkali-Speichertank mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. Als Alkali, das zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet ist, kommen insbesondere Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd, Natriumkarbonat, Kaliumkarbonat, Natriumsilikat und Kaliumsilikat in Frage. Ein Versorgungstank 2 enthält Kieselsäure oder Silikat, welches mit dem vorerwähnten Alkali unter Bildung von löslichen Silikaten reagiert. Als derartige anorganische Substanzen werden vorzugsweise Ton, Lehm, Mergel ο. dgl., Oberflächenerde und AUophan benutzt. Ein weiterer Versorgungstank 3 dient für andere anorganische Substanzen, die als Füllmittel zugefügt werden können. Diese umfassen vorzugsweise anorganische Mineralpulver, Sand, Hochofenschlacke, Zement, Gips und Kalziumsulfit. Die Hinzufügung bzw. Inkorporation dieser anorganischen Füllmittel ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendigerweise erforderlich, vielmehr kann der Schaum auch von den vorher erwähnten zwei Komponenten hergestellt werden, d.h. von einer Kieselsäure oder Silikat enthaltenden anorganischen Substanz und Alkali.

Nunmehr werden 1 bis 20 Gewichtsprozent des vorerwähnten Alkalis, 5 bis 90 Gewichtsprozent der Kieselsäure oder Silikat enthaltenden anorganischenSubstanz und 0 bis 95 Gewichtsprozent des anderen anorganischen Füllmittels in dem Mischer 4 gemischt, so daß die vorher erwähnten beiden Komponenten miteinander reagieren können, um lösliche Kieselsäure zu bilden, während gleichzeitig das anorganische Füllmittel dispergiert wird. Das besonders bevorzugte Mischungsverhältnis für jedes Rohmaterial beträgt 2 bis 15 Gewichtsprozent Alkali, 20 bis 60 Gewichtsprozent anorganische Substanz, welche Kieselsäure oder-

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Silikat enthält, und 5 bis 70 Gewichtsprozent anorganisches Füllmittel·

Das formbare Material, welches durch Mischen erzeugt worden ist, wird dann mittels der Formmaschine 5 zu gewünschten Gestalten, beispielsweise Rohren, Platten o. dgl. geformt oder durch einen Granulator gekörnt, worauf eine Trocknung bei 100 bis 800° C in dem Kalzinierungsofen 6 erfolgt« Bei diesem Trocknungsprozeß wird Wasser in der Mischung zum Zwecke der Blasenbildung verdampft, während zur gleichen Zeit die lösliche Kieselsäure in unlösbare oder feste Form übergeführt wird, um die geschäumten Formlinge zu bilden bzw. zu formen. Die besonders bevorzugte Trocknungstemperatur liegt bei 400 bis 800° C, und die Trocknungszeit bei 5 bis 180 Minuten. Durch die Verwendung eines rotierenden Granulators kann das Mischen durch eine Mischmaschine eliminiert werden, und die Rohmaterialien werden direkt zu Körnchen bzw. Körnern geformt, weiche dann in den Kalzinierungsofen 6 übergeführt werden, in dem das Endprodukt hergestellt wird.

Die in dem vorerwähnten Verfahren stattfindende chemische Umwandlung der anorganischen Substanz, die Kieselsäure oder Silikat enthält, wird nachstehend für den Fall näher veranschaulicht, in dem Natriumhydroxyd als Alkali verwendet wird. Die Kieselsäure in der anorganischen Substanz reagiert beim Mischen mit dem Natriumhydroxyd unter Bildung einer wasserlöslichen Kieselsäure, wie sich aus der folgenden chemischen Gleichung ergibt:

2NaOH + nSiO₂ + mH₂O ► Na₂O

Hierin ist η = weniger als 3, 6, während m = beliebig ist·

Das formbare bzw. plastische Material, welches diese lösliche Kiesel säure und ein anorganisches Füllmittel enthält, unterliegt nach dem

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Formen zur Bildung von unlöslicher Kieselsäure, zur Schäumung und zur Verfestigung während des Trocknens folgender chemischer Reaktion, in der χ = beliebig ist:

Na₂O. nSiO₂. mH₂O + XSiO₂ ^sIa₂O. (n + X)SiO₂ + mH₂O

Die zur Zeit in Gebrauch befindlichen leichtgewichtigen Massen werden durch Erhitzung von Rohmaterialien auf extrem hohe Temperaturen von 800 bis 1300° C geschäumt, wodurch die Verwendung einer Form für das Produkt gewünschter Gestalt verhindert wird. Auch war ein spezielles Rohmaterial wie beispielsweise Perlit erforderlich, um ein stark geschäumtes Produkt zu erhalten, das eine Massen- bzw. Schüttdichte von weniger als 0, 5 besitztj und es war schwierig, eine Massen- bzw. Schüttdichte unterhalb einer gewissen Grenze mit Perlit zu erhalten.

Mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Produkt der gewünschten Gestalt durch Verwendung einer zur Formgebung bestimmten Form zu erhalten, da das Schäumen und das Formen bei relativ niedrigen Temperaturen unterhalb von 800° C vollendet werden, wie vorstehend erwähnt ist, Darüberhinaus kann ein breiter Massen- bzw. Schüttdichtebereich von 0, 1 bis 2,0 im gewünschten Falle erhalten werden, indem das Mischungsverhältnis der Rohmaterialien und die Trocknungsbedingungen entsprechend ausgewählt werden. Das Schäumen bei niedrigen Temperaturen trägt außerdem als solches zur Einsparung von Brennstoffkosten bei, wodurch in Verbindung mit den billigeren Rohmaterialien die Gesamtherstellungskosten herabgesetzt werden. Außerdem wird das übliche Verfahren von dem Nachteil beeinträchtigt, daß die Rohmaterialien auf extrem hohe Temperaturen erhitzt werden müssen, wenn ein sehr stark expandiertes Produkt mit einer niedrigen Massen- bzw, Schüttdichte erreicnt werden sollj und dieser Erhitzungsvorgang bewirkt, daß i'ie Rohmaterialien schmelzen, was wiederum zu einem

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mindestens teilweise geschmolzenem Formungsprodukt oder zu Körnern bzw, Körnchen führt, die in ihrer Gestalt nicht gleichmäßig sind» Dagegen werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die vorerwähnten Nachteile beseitigt, da die Erwärmung bei relativ niedrigen Temperaturen bereits vollendet ist, und infolgedessen kann ein Produkt von gleichmäßiger Gestalt erreicht werden,,

Die durch das vorerwähnte Herstellungsverfahren erhaltenen Schäume haben insbesondere die folgenden Eigenschaften:

1. Hervorragende Nichtbrennbarkeit und Wärmefestigkeit, welche der Zusammensetzung der anorganischen Substanz zuzuschreiben sind«

2. Sehr leichtes Gewicht mit einer Massen- bzw. Schüttdichte, die gewünschtenfalls im Bereich von 0, 1 bis 2,0 einstellbar ist,

3. Hervorragende mechanische Festigkeit, die dem Alkalisilikat zuzuschreiben ist, das im Verfahren gebildet wird und die Rohmaterialien fest bindet bzw· miteinander verbindet. Die Kompressionsfestigkeit ist größer als 10 kg/cm ,

4. Hervorragende Wärmeisolierung und Schallabsorption, weiche der geschäumten Struktur zuzuschreiben sind.

Aufgrund der vorerwähnten Eigenschaften sind die Schäume gemäß der Erfindung insbesondere als Baumaterialien brauchbar· Diejenigen Schäume, die eine Massensichte von 0, 1 bis 1,0 besitzen, sind als leichtgewichtige Massen geeignet, während die Schäume mit einer Massendichte yon O, 1 bis 2,0 für die Verwendung als Wand- und Deckenmaterialien geeignet sind, wenn sie zu Brettern oder Platten geformt werden· Eine Kombination mit anderen Materialien, wiez,B, Kunststoffen, Gummi, Metallgittern, verstärkenden Metallstangen etc. ist möglich»

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Die geschäumten Baumaterialien nach der Erfindung bestehen aus Schäumen, hergestellt durch Schäumung und Formung einer Mischung, bestehend aus 1 bis 90 Gewichtsprozent Natriumsilikat und 10 bis 99 Gewichtsprozent anorganischer Substanz, enthaltend einen oder mehrere, insbesondere mehr als zwei der folgenden Bestandteile: Too, Gesteinpulver bzw« -staub, Zement, Kalkpulver bzw« -staub, Kalziumkarbonat, Gips, Natriumsulfat, Kalziumsulfit, Natriumsulfit etc«, die Silikate, Karbonate, Sulfate oder Sulfite enthalten,, Das bevorzugte Mischungsverhältnis beträgt 20 bis 95 Gewichtsprozent für die anorganische Substanz und 5 bis 80 Gewichtsprozent für das Natriumsilikat.

Beispiele der Verfahren zur Herstellung dieser geschäumten Baumaterialien sind weiter unten aufgeführt. Natriumsilikat der vorerwähnten Zusammensetzung und eine oder mehr als zwei Arten der ν orerwähnten anorganischen Substanzen werden gemischt. Zu 100 Teilen dieser Mischung werden 100 Teile Wasser hinzugefügt, und sie werden durch eine Misch-, insbesondere Knetmaschine gemischt bzw. geknetet, danach geschäumt und in einer für die jeweiligen besonderen Anwendungen geeigneten Form geformt. Die bevorzugte Trocknungstemperatur beträgt 100 bis 500° C, und die Trocknungszeit liegt bei 10 Minuten bis 5 Stunden.

Es erscheint überflüssig zu sagen, daß die Schäumung zusammen mit solchen üblichen Blasenbildungsmitteln bewirkt bzw. vollendet werden kann, wie beispielsweise mit Aluminiumpulver, Fe^rosilikon, Benzensulfonylhydrazid, Toluensulfonylhydrazld, Azodicarbonamid etc.

Das geschäumte Baumaterial gemäß der Erfindung besitzt ein extrem geringes Gewicht mit einer Massen- bzw. Schüttdichte im Bereich von 0, 1 bis 2, 0« Dieser Bereich kann durch Einstellung solcher Herste!-· lunysbedingunyer ausgewählt werden, wie der Trocknungstemperatur,

den Trocknungszei t, des Mischungsverhältnisses der Rohmaterialien und des Wassers, und des Zusatzes von blasenbildenden Mitteln· Beispielsweise nimmt die Massendichte ab, wenn die Trocknungstemperatur ansteigt, wenn das Mischungsverhältnis von Natriumsilikat zunimmt, und wenn der Wassergehalt erhöht wird. Es ist vorteilhaft, daß der Schäumungsgrad durch Einstellung der Herstellungsbedingungen ausgewählt werden kann.

Wie bereits weiter oben beschrieben wurde, besteht das geschäumte Baumaterial gemäß der Erfindung aus anorganischen Substanzen, und es ist daher nichtbrennbar und neigt nicht dazu, irgendwelche giftigen Gase zu erzeugen» Weiterhin werden die vorerwähnten anorganischen Substanzen durch Natriumsilikat, welches als Bindemittel wirkt, fest gebunden, und infolgedessen ist das erfindungsgemäße Material trotz seiner außerordentlichen Leichtigkeit hervorragend in seiner mechanischen Festigkeit und in seiner Wärmeisolierung. Die Herstellungskosten können in großem Ausmaß herabgesetzt werden, wenn die Rohmaterialien richtig ausgewählt werden.

Aufgrund der vorgenannten Eigenschaften ist das geschäumte Baumaterial gemäß der Erfindung besonders brauchbar als Wand- und Deckenmaterial sowie als feuerfestes Material«

Die Hohl teilchen gemäß der Erfindung bestehen aus 1 bis 90 Gewichtsprozent Natriumsilikat und 10 bis 99 Gewichtsprozent anorganischer Substanz, umfassend eine oder mehrere, vorzugsweise eine oder mehr als zwei der folgenden Komponenten: Ton, Gesteinspulver bzw. -staub, Sand, Zement, Kalkpulver, Kalziumkarbonat, Gips, Natriumsulfat, Kalziumsulfit, Natriumsulfit etc. , welche Silikate, Karbonate, Sulfate oder Sulfite enthalten. Das bevorzugte Mischungsverhältnis beträgt 5 bis 80 Gewichtsprozent für Natriumsilikat und 20 bis 95 Gewichtsprozent für die anorganischen Substanzen.

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Ei

Die Hohl teilchen gemäß der Erfindung können in der Weise hergestellt werden, daß das Natriumsüikat und die anorganischen Substanzen der vorerwähnten Zusammensetzung gemischt und mit 10 bis 100 Teilen Wasser auf 100 Teile der Mischung in einer Knetmaschine geknetet werden. Das geknetete Material wird dann in ⁿgrüne^!1 d_B h«, ungebrannte Teilchen kleinen Durchmessers granuliert, wozu beispielsweise ein Strangpreß-Granulator dienen kann; darauf folgt eine Trocknung und Kalzination in einem Trockner. Die bevorzugte Trocknungsiemperatur beträgt 100 bis 600° C, und die Trocknungszeit liegt bei IG Minuten bis 5 Stunden. Dieser Trocknungs- und KalzinierungsproHeß kann in einer Stufe oder zwei Stufen vollendet werden, jedoch ist ein einstufiger Prozeß geeigneter für Teilchen großer Abmessungen« Die "grünen" Teilchen können unmittelbar nach dem G ranul ie rungs Vorgang leicht aneinanderkleben, daher ist es zur Unterstützung ihrer Verteilung empfehlenswert, sie mit anorganischen Pulvern bzw» Stäuben wie Gips, Kalziumsulfit, Natriumtripolyphosphat, Natriumsulfat etc, zu bedecken. Während des Trocknungsvorganges wird in den "grünen¹¹ Teilchen enthaltenes Wasser verdampft, um Blasen in den Teilchen auszubilden, so daß hohle oder poröse Teilchen entstehen.

Das vorgenannte geknetete Material kann unter den vorerwähnten Bedingungen auch vor dem Granulationsvorgang getrocknet werden, und die getrocknete Masse kann zu hohlen bzw« porösen Teilchen kleinen Durchmessers zerkleinert werden, beispielsweise unter Verwendung eines Brechwerks, einer Mühle, einer Schlagmühle, einer Quetsche, einem Schroter oder einer sonstigen Zerkleinerungsmaschine,

Es sei darauf hingewiesen, daß der Schäumungsprozeß zusammen mit üblichen Blasenbildungsmitteln durchgeführt bzw, vollendet werden kann, z, B. zusammen mit Aluminiumpulver, Ferrosilikon, Benzensulfonylhydrazid, Toluensulfonylhydrazid, Azodicarbonamid etc.

Die hohlen bzw. porösen Teilchen gemäß der Erfindung haben ein außerordentlich geringes Gewicht, und zwar können Massen- bzw» Schüttdichten im Bereich von 0, 2 bis 2, 0 je nach Wunsch durch Veränderung der Trocknungstemperatur, der Trocknungszeit, des Mischungsverhältnisses von Rohmaterialien und Wasser, und anderer Herstellungsbedingungen, beispielsweise Beimischung von Blasenbildungsmittel, eingestellt werden. Die Massen- bzw. Schüttdichte nimmt ab, wenn die Trocknungstemperatur zunimmt, wenn das Mischungsverhältnis von Natriumsilikat erhöht wird, und wenn der Wasserinhalt zunimmt. Weiterhin wird die Massen- bzw. Schüttdichte durch die Hinzufügung von Alkali herabgesetzt, jedoch die Festigkeit erhöht. Dieses Verfahren ist insofern vorteilhaft, als der Schäumungsgrad durch Auswahl der Schäumungsbedingungen eingestellt werden kann. Die Teilchengröße kann nach Wunsch verändert werden, und die Teilchengrößenverteilung kann so eingestellt werden, daß sie je nach Wunsch regelmäßig oder unregelmäßig ist. Auch die Teilchenstruktur kann in Abhängigkeit von den Herstellungsbedingungen modifiziert werden, beispielsweise kann eine poröse Struktur eingestellt werden, bei der die Poren gleichmäßig in den Teilchen verteilt sind, oder eine Hohlstruktur mit einer größeren Dichte an der Oberfläche der Teilchen. Die Tatsache, daß alle Rohmaterialien und Produktionsausrüstungen, welche für die Herstellung erforderlich sind, verbreitet und jederzeit erhältlich sind, ist außerordentlich günstig für die Kommerzialisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Wie bereits oben erörtert, bestehen die hohlen bzw. porösen Teilchen gemäß der Erfindung aus anorganischen Substanzen, und daher sind sie nichtbrennbar und erzeugen keinerlei giftiges Gas, Weiterhin werden die vorgenannten anorganischen Substanzen durch Natriumsilikat, das als Bindemitte] wirkt, fest gebunden bzw. miteinander verbunden, und infolgedessen besitzen diese Teilchen eine hervorragende mechanische

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Festigkeit und Wärmeisolierung trotz ihres geringen Gewichts und der Porosität oder hohlen Ausbildung»

Diese hohlen bzw. porösen Teilchen (Hohlteilchen) gemäß der vorliegenden Erfindung können insbesondere Verwendung finden als Massen leichten Gewichts für Zement und Gipsbretter, die als nichtbrennbare Baumaterialien benutzt werden sollen, weiche eine hervorragende mechanische Festigkeit, Wärmeisolierung und Schallabsorption besitzen. Bei einer derartigen Anwendung strecken die Hohlteilchen das Materialvolumen und erniedrigen auf diese Weise die Gesamtkosten«

Die Einsparung von Gewicht und die Zunahme oder Aufrechterhaltung der Festigkeit macht die Hohl teilchen für die Verwendung in Konstruktionsbzw. Bauwerken geeignet, beispielsweise als Uferschutz sowie als Schutz für Piere, Dämme, Böschungen, Flußdämme o. dgl» Sie sind außerdem als Massen für Kunststeine und Innenverkleidungen geeignet.

Nachstehend werden einige besonders bevorzugte Beispiele der Erfindung gegeben;

Beispiel 1

1 kg Allophan der nachstehenden Zusammensetzung, 1 kg 20-%ige NaOH-Lösung und 1 kg Kalkpulver als Füllmittel wurden bei 60° C in einem Zwillingsarmkneter geknetet und dann unter Verwendung einer Strangpresse zu Teilchen von 5 mm Durchmesser granuliert. Diese Teilchen wurden in einen Kalzinierungsofen übergeführt, um während 30 Minuten bei 650° C getrocknet zu werden. Auf diese Weise wurden 2,2 kg eines Produkts erhalten, das eine Teilchengröße von ungefähr 8 bis 10 mm und eine Schüttdichte von 0, 5 besaß«

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Zusammensetzung von Allophan

Zünd- bzw. SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ CaO MgO Anderes

Brandverlust

15.76 65.62 1 1. 50 5. 50 0,45 0.90 0.27

Beispiel 2

1 kg Kanto-Lehm, 200 gr NaOH, 1 kg Sand als Füllmittel und 500 gr Wasser wurden bei 70° C geknetet und dann in eine Form von 40 cm χ 40 cm χ 1,2 cm gefüllt sowie nachfolgend in einem Kalzinierungsofen bei 500° C während 30 Minuten erwärmt und getrocknet* Als Ergebnis wurde ein Formbrett einer Massendichte von 1, 1 erhalten·

Beispiel 3

1 kg Bentonit, 100 gr NaOH und 300 gr Wasser wurden bei 50° C geknetet und dann zu Teilchen von 10 mm Durchmesser granuliert« Diese Teilchen wurden dann in einem Kalzinierungsofen während 30 Minuten bei 400° C erhitzt und weiterhin während 10 Minuten bei 700° C kalziniert« Auf diese Weise wurden 1, 1 kg eines Produkts erhalten, dessen Teilchenabmessung ungefähr 15 bis 25 mm betrug, und das eine Schüttdichte von 0, 2 besaß·

Beispiel 4

Eine Mischung von 1 % Natriumsilikat, 50 % Ton und 49 % Kalkpulver wurde mit 20 % Wasser unter Verwendung einer Knetmaschine bei Normaltemperatur geknetet und dann bei 150 bis 200° C durch Druckformung in ein Brett bzw, eine Platte übergeführt« Es wurde ein Produkt mit einer Massendichte von 0,3 und ausreichender Festigkeit erhalten« Dieses Produkt ist geeignet als Deckenmaterial und als feuerfestes Abdeckungsmaterial.

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Beispiel 5

Eine Mischung aus 8 % Natriumsilikat und 92 % Gips wurde mit 25 % Wasser bei Normal temperatur während 20 Minuten geknetet und dann durch Druckformung in ein Brett bzw« eine Platte übergeführt, und zwar bei 20 Atmosphären und 200° C während 15 Minuten« Es wurde ein brettartiges Produkt mit einer Massendichte von 0, 5 erhalten«

Beispiel 6

Eine Mischung von 5 % Natriumsilikat und 95 % KaJziumsulfit wurde mit 30 % Wasser während 20 Minuten bei Normaltemperatur geknetet, und dann während 20 Minuten bei 20 Atmosphären und 300° C einer Druckformung unterworfen. Es wurde ein ziegel artiges Produkt von 20 cm χ 10 cm χ 5 cm mit einer Massendichte von 0,9 erhalten»

Beispiel 7

Eine Mischung von 90 % Natriumsilikat und 10 % Quartz wurde mit 20 % Wasser bei Normaltemperatur verknetet und dann mittels Druckformung bei 150° C in eine gewellte bzw. gerippte Form übergeführt» Nach Kalzinierung bei 500° C während 10 Minuten wurde ein schiefer- bzw» tafelartiges gewelltes bzw« geripptes Brett bzw» eine entsprechende Platte mit genügender Festigkeit und einer Massendichte von 0, 2 erhalten«

Beispiel 8

Eine Mischung aus 1 % Natriumsilikat und 99 % Ton wurde mit 70 % Wasser bei Normaltemperatur während 20 Minuten geknetet und dann unter Verwendung eines Henschelmischers zu ^llgrünen¹¹ Teilchen von 2 bis 5 mm Durchmesser granuliert. Diese Teilchen wurden während einer Minute bei 200° C getrocknet und dann während 10 Minuten bei 500° C kalziniert. Es wurden Hohlteilchen mit einer Schüttdichte von 1,3 erhaltene

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Beispiel 9

Das geknetete Material der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 8 wurde zu Teilchen von 20 mm Durchmesser granuliert und dann unter Verwendung eines Dreh-Darrofens bei 400 bis 500° C während 20 Minuten getrocknet und kalziniert« Es wurde ein Produkt mit einer Massen- bzw« Schüttdichte von 0,7 erhalten«

Beispiel 10

Zu einer Mischung aus 1 % Natriumsilikat, 96,5 % Ton und 2, 5 % Natriumhydroxid wurden 70 % Wasser hinzugefügt, und die Mischung wurde dann in der gleichen Weise wie bei Beispiel 1 geknetet, getrocknet und kalziniert» Es wurde ein Produkt mit einer Massen- bzw« Schüttdichte von 0,7 erhalten,

Beispiel 11 Zu einer Mischung aus 3 % Natriumsilikat und 97 % Zement wurden

70 % Wasser hinzugefügt, und die Mischung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 8 behandelt. Es wurde ein Produkt der Massen- bzw.

Schüttdichte von 0, 9 erhalten« Beispiel 12

Zu einer Mischung von 5 % Natriumsilikat und 95 % Seesand wurden 70 % Wasser hinzugefügt, und die Mischung wurde in der. gleichen Weise wie gemäß Beispiel 8 behandelt. Es wurde ein Produkt der Massen- bzw. Schüttdichte von 0,7 erhalten.

Beispiel 13

Zu einer Mischung von 5 % Natriumsilikat und 95 % Gips wurden 70 % Wasser hinzugefügt, und die Mischung wurde in der gleichen Weise wie gemäß Beispiel 8 behandelt. Es wurde ein Produkt mit einer Massenbzw. Schüttdichte von 0,7 erhalten«

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Beispiel 14

Zu einer Mischung von 8 % Natriumsilikat und 92 % Kalkpulver bzw» -staub wurden 70 % Wasser hinzugefügt, und die Mischung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 8 behandelt« Es wurde ein Produkt mit einer Massen- bzw« Schüttdichte von 0,4 erhalten«

Beispiel 15

Zu einer Mischung von 10 % Natriumsilikat und 90 % Kalziumsulfit wurden 70 % Wasser hinzugefügt, und die Mischung wurde in der gleichen Weise wie gemäß Beispiel 8 behandelt. Es wurde ein Produkt der Massen- bzw. Schüttdichte von 0, 2 erhalten«

Beispiel 16

Zu einer Mischung von 10 % Natriumsilikat und 90 % Kalziumkarbonat wurden 50 % Wasser hinzugefügt, und die Mischung wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 8 behandelt. Es wurde ein Produkt der Massen- bzw. Schüttdichte von 0,4 erhalten,

Beispiel 17

Es wurden "grüne" Teilchen der gleichen Zusammensetzung wie beim Beispiel 16 während einer Minute bei 160° C getrocknet und dann während 10 Minuten bei 500° C kalziniert. Es wurde ein Produkt mit einer Massen- bzw. Schüttdichte von 0, 5 erhalten«

Beispiel 18

Geknetetes Material der gleichen Zusammensetzung wie Im Beispiel 16 wurde zu Teilchen von 20 mm Abmessung granuliert und dann während 20 Minuten bei 400 bis 500° C in einem Dreh-Darrofen getrocknet und kalziniert» Es wurde ein Produkt mit einer Massen- bzw. Schüttdichte von 0, 3 erhalten.

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Beispiel 19 Natriumsilikat (NaO : SiO =1:2) 50 Gewichts-% Zement (kommerziell erhältlich) 25 Gewichts-% Kalziumsulfit 25 Gewichts-% Total 100 Gewichts-% Wasser (20 Teile auf das Gesamtgewicht)

Eine Mischung der vorstehenden Zusammensetzung wurde unter Verwendung eines Banbury-Mischers geknetet, bis eine Konsistenz gleich bzw« ähnlich derjenigen von Reiskuchen erreicht worden war« Diese Mischung wurde in zwei Teile aufgeteilt, und ein Teil wurde zu Teilchen eines gleichmäßigen Durchmessers unter Verwendung einer Strangpresse granuliert. Mitteis Trocknung bei 300° C während einer Stunde wurden Hohlteilchen erhalten. Der andere Teil wurde in einem Trockner während 5 Stunden bei 120° C erhitzt, und dann zu Teilchen von im Durchmesser ungefähr 5 mm zerkleinert, wozu eine Zerkleinerungsmaschine von der Art einer Hammermühle benutzt wurde» Auf diese Weise ergaben sich poröse Teilchen mit gleichmäßigen I³Oren durch weiche Wasser verdampft wurde· Die Massen- bzw« Schüttdichte betrug 0, 25 für den ersten Teil und 0,40 für den zweiten Teil«

Beispiel 20 Natriumsilikat (NaO :SiO =1 : 2.5) 60 Gewichts-% Zement (kommerziell erhältlich) 20 Gewichts-% Gips (kommerziell erhältlich) 20 Gewichts-%

Total 100 Gewichts-% Wasser (30 Teile auf das Gesamtgewicht)

Eine Mischung der obigen Zusammensetzung wurde in der gleichen Weise wie der erste Teil des Be ι spiel si 9 geknetet und getrocknet* Die sich ergebenden Teilchen von 5 mm Durchmesser besaßen eine Massen- bzw«

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Schüttdichte von 0, 18.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung Schäume und hohle bzw, poröse Teilchen (Hohlteilchen), die aus anorganischen Substanzen bestehen und als Baumaterial geeignet sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben. Die Schäume und Hohlteilchen gemäß der Erfindung haben ein geringes Gewicht, brennen nicht und besitzen hervorragende mechanische Eigenschaften«

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Claims (14)

1. PATENTANSPRÜCHE

   ., Verfahren zur Herstellung von anorganischen Schäumen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Mischbehandlung, insbesondere Kneten einer anorganischen Substanz, die Kieselsäure oder Silikat enthält, welche bzw. welches durch Reaktion mit einem Alkali lösliche Kieselsäure bildet, mit einem Alkali und Wasser; Formen des mischbehandelten, insbesondere gekneteten Materials in eine gewünschte Gestalt; und danach Erwärmen des geformten Gegenstandes bei 100 bis 800° C zur Vollendung der Schäumung.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Substanz, die Kieselsäure oder Silikat enthält, welche bzw. welches mit einem Alkali lösliche Kieselsäure bildet, mit einem Alkali, Wasser und einem anorganischen Füllmittel vor dem Formen und dem nachfolgenden Erwärmen einer Mischbehandlung unterworfen, insbesondere geknetet wird.
3. 3. Verfahren zur Herstellung granulierter Schäume nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung des Rohmaterials granuliert wird, bevor die zur Vollendung der Schäumung dienende Erwärmung bei 100 bis 800° C vorgenommen wird.
4. 4. Verfahren zur Herstellung anorganischer Schäume nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß 5 bis 90 % anorganische Substanz, die Kieselsäure oder ein Silikat, weiche bzw, welches durch Reaktion mit Alkali lösliche Kieselsäure bildet, enthält, sowie 1 bis 20 % Alkali und 0 bis 95 % eines anorganischen Füllmittels geknetet werden. .

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5. 5. Anorganischer Schaum erhalten durch eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4»
6. 6. Verfahren zur Herstellung eines anorganischen geschäumten Baumaterials, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Verfahrensschritte aufweist; Mischbehandlung, insbesondere Kneten einer anorganischen Substanz, welche Natriumsilikat und Silikate, Karbonate, Sulfate oder Sulfite enthält, mit Wasser und danach Schäumung und Formung des gekneteten Materials bei 100 bis 500° C,
7. 7. Verfahren zur Herstellung eines anorganischen Baumaterials nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zuvor ein blasenbildendes Mittel hinzugefügt wurde,
8. 8. Verfahren zur Herstellung eines anorganischen Baumaterials nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus 5 bis 80 % Natriumsilikat und 20 bis 95 % anorganischer Substanz sowie 10 bis 100 Teilen Wasser auf 100 Teile dieser Mischung benutzt wird«
9. 9. Geschäumtes Baumaterial erhalten durch eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
10. 10. Verfahren zur Herstellung anorganischer Hohl teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: Mischbehandlung, insbesondere Kneten einer anorganischen Substanz, die Natriumsilikat und SUtkate₃ Karbonate, Sulfate oder Sulfite enthält, mit Wasser; Granulieren des mischbehandelten, insbesondere gekneteten Materials; sowie Schäumen und Trocknen usp Körnchen bei 100 bis 600° C„

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11. 11. Verfahren zur Herstellung anorganischer Hohlteilchen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: Mischbehandlung, insbesondere Kneten einer anorganischen Substanz, die Natriumsilikat und Silikate, Karbonate, Sulfate oder Sulfite enthält, mit Wasser; Schäumen und Trocknen des mischbehandelten, insbesondere gekneteten Materials bei 100 bis 600° C und danach mechanisches Zerkleinern wie Zermahlen, Zerstampfen o, dgl. der geschäumten Masse in kleine Teilchen.
12. 12· Verfahren zur Herstellung anorganischer Hohlteilchen nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zuvor ein Blasenbildungsmittel hinzugefügt wird,
13. 13, Verfahren zur Herstellung anorganischer Hohlteilchen nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus 5 bis 80 % Natriumsilikat und 20 bis 95 % anorganischer Substanz sowie 10 bis 100 Teilen Wasser auf 100 Teile dieser Mischung benutzt wird,
14. 14. Anorganische Hohlteilchen erhalten durch eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13.

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