DE2304736B2 - Verfahren zur Herstellung eines Schaumstoffmaterials - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines SchaumstoffmaterialsInfo
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Description
Der durch Pyrolyse von granulierter Stärke, z. B.
Kartoffel-, Mais- oder Reisstärke, erhaltene Schaum ist sehr feinporig mit offenen Poren von 0,03 bis 0,5
mm Durchmesser, Dieser Schaum saugt Wasser gut
auf, wobei er etwas elastischer und weicher wird. Er kann bis zu 5000 °/o seines Eigengewichts an Wasser
aufnehmen.
Bei Verwendung von Sago statt Stärkepulver entstehen Produkte mit niedrigerem Schaumvolumen,
ebenso bei Verwendung feucht granulierter Stärke. Diese Produkte besitzen nach der Pyrolyse eine geschlossene Haut. Es entstehen hierbei Schaumkugeln.
Der aus Saccharose, d. h. also aus Rohr- oder Rübenzucker, erhaltene Schaum ist grobporiger mit zum
Teil geschlossenen Poren, die einen Durchmesser von 0,5 bis 2 mm aufweisen. Dieser Schaum besitzt
daher eine geringere Wasseraufnahmefähigkeit als der Stärkeschaum.
Der aus Dextrose durch Pyrolyse erhaltene Schaum ist feinporig wie der Stärkeschaum und hat »o
im wesentlichen auch offene Poren. Er nimmt Wasser gut auf, wobei er relativ flexibel wird, wie z.B.
ein Schwamm.
Worauf dieser Unterschied in der Struktur der Schäume aus carbonisiertem Kohiehydrat zurückzuführen
ist, konnte noch nicht völlig geklärt werden. Durch Kombination der Ausgangsstoffe lassen sich
die Eigenschaften des Schaummaterials in gewünschter Weise variietcn. Die Tatsache, daß bei Verwendung
verschiedenen Kohlehydratmaterials ein starrer Schaumstoff mit nur unterschiedlichen Poreneigenschaften
erhalten wird, zeigt, daß war das Kohlehydratmaterial, das in den meisten Fällen nur aus Glukoseeinheiten
aufgebaut ist, bei der Pyrolyse etwa im gleichen Maße carbonisiert wird, aber dennoch bei
der Pyrolyse unterschiedliche Vorgänge eintreten, die dann zur Änderung der Porenstrukturen führen.
Bei Beginn der trockenen Erhitzung tritt zunächst eine Braunfärbung des Kohlehydratmaterials ein,
wobei im Falle der Verwendung von Zucker diese: sich verflüssigt. Sobald die Zersetzung stärker in
Gang gebracht ist und die Aufschäumung beginnt, wird nur noch wenig zusätzliche Energie für den
Carbonisierungs- und Aufschäumungsvorgang benötigt. Im allgemeinen ist der Vorgang je nach Intensitat
der Wärmezufuhr bei den angegebenen Temperaturen im Bereich von 200 bis 400° C nach 10 bis 40
Minuten beendet. Auch bei längerer Erhitzung gibt der carbonisierte Kohlehydratschaum dann praktisch
keine Gase mehr ab und verändert auch nicht mehr seine Struktur. Er bleibt vielmehr stabil, weshalb er
sich auch besonders gut als Füllstoff in feuersicheren Bauelementen eignet.
Die carbonisierten Kohlehydratschäume eignen sich aber auch insbesondere als Auflockerungs- und
Füllungsmaterial in der Baustoffindustrie. Durch Zusatz des Schaums in Teilchen- oder Pulverform lassen
sich Leichtgipsplatten, Leichtbeton und andere Leichtbaustoffe ohne Schwierigkeiten herstellen. Wegen
der guten Benetzbarkeit tritt auch eine feste Bindung mit dem Gips oder Beton ein. Im allgemeinen
werden Mengen von 10 bis 20 Volumprozent verwendet.
In der folgenden Tabelle sind einige Vergleiche mit bekannten Schaumstoffen, die in der Bauindustrie
Verwendung finden, aufgezeigt, wobei die Rohstoffkosten zum Zeitpunkt kurz vor der Anmeldung
berücksichtigt wurden.
Material |
Raum-
gewicht |
Rohstoff | Rohstoff | *>,—♦*) |
(kg/m») | (DM/kg) | (PMIm3) | ||
Kork | 300 | 175,— | ||
Polystyrol | ||||
harze ..... | 20-35 | 1,60 | 32,—-bis | 80,— |
Polyurethan | ||||
schäume ... | 35-50 | 3,50 | 122,—bis | 35,— |
Phenolharz | ||||
schäume ... | 50-80 | 1 — | 50,—bis | 25,— |
itärke- | ||||
schäume ♦) | 20-35 | — 55 | 20,—bis | |
Zucker | ||||
schäume*) | 20-35 | — 40 | 15,—bis | |
(Industrie | ||||
zucker) | ||||
*) Bei der Berechnung wurde der Gewichtsverlust durch
die Entwicklung der Schwelgase berücksichtigt.
*♦) Verkaufspreis etwa DM i00,—/m3.
*♦) Verkaufspreis etwa DM i00,—/m3.
Die Schaumstoffe; können auch als Wärmeisoliermaterial
Verwendung finden, wobei sie zusätzlich flammhemmende Wirkung haben. Als Isoliermaterial
können sie auch in Sandwich-Bauteile eingearbeitet werden. So können die z.B. in Brockenform anfallenden
Schaumkörper mit oder ohne zusätzlicheBindemittel zwischen armierenden Deckschichten in an
sich bekannter Weise eingebaut werden. Ähnlich wie bei der Mineralfaserplattenherstellung kann die Bindung
des Schaummaterials hier durch warm- oder kalthärtende Kunststoffe sowie unter Verwendung
von aufgeschlossener Stärke hergestellt werden. Die Schaumkörper können auch als Zusatz zu den bekannten
Mineralfaserplatten Verwendung finden, wobei dann feuer- bzw. flammfeste Platten mit relativ
niedrigem Rohgewicht erhalten werden. Als Zusatz in Form der Granulate oder als pulverisiertes
Material läßt sich der Schaum nach dem üblichen Verfahren unter Verwendung von Stärke als Bindemittel
hervorragend mit ausflocken und zur Ausformung der Mineralfaservliese homogen unterbringen.
Die noch nassen Vliese zeigen mit dem Schaum eine höhere Fonnstandfestigkeit und nach dem Trocknen
ein reduziertes spezifisches Gewicht.
Mineralfaserplatten, die 250 kg'm3 wiegen, können
mittels 20 °/o Schaum auf ein Raumgewicht von 200 bis 220 kg/m3 gesenkt werden. Es wurden Versuchsplatten
mit bis zu 80 °/o Schaum hergestellt, wobei die Mineralfasern nur noch als zusätzliche Armierung
wirkten. Der Polystyrolschaum ist bekanntlich für diese Zwecke nicht geeignet, da beim Backen
der Platten Temperaturen von 160° C oder mehr erreicht werden, um z. B. das Wasser des Bindemittels
auszutreiben.
Wird die Erhitzung bei relativ hoher Temperatur längere Zeit durchgeführt, so erhält man einen Gerüstschaum,
der sich z. B. auch als Katalysatorträger eignet. In feingepulverter Form hat er ähnliche Wirkung
wie Aktivkohle und absorbiert auch andere Stoffe.
Im folgenden soll die Herstellung und die technische Verwendung der durch Pyrolyse erhaltenen carbonisierten
Kohlehydratschaumstoffe in der Praxis an Hand von Beispielen näher erläutert werden.
S
T 6
Beispiel 7
B e l s p'e l l Eine Mischung von 5 g Maisstärke wnd 5 g Rohr-
10 g Kartoffelstarke, entsprechend etwa 8 g was- wicker wird nach Beispiel 1 bei 270° C behandelt,
lerfreier Stärke und mit einem Volumen von 15 ml Die Temperatur betrögt hierbei 280° C bei Beersdiwerden in 5 mm dicker Schicht auf eine Metall- oder s gung der Reaktion nach 30 Minuten. Der Schaum ist
Asbestplatte gebracht und in einem geschlossenen von stark unterschiedlicher Porenweite im Bereich
Ofen auf 260° C erhitzt, Es bilden sich 15 bis 25 Li- von 0,03 bis 0,5 ram.
ter brennbare Schwelgase. Nach 30 Minuten ist ein R . . . „
feinporiger Schaumstoff von 5,5g Gewicht und D lbpi ' °
einem Volumen von 250 ml entstanden, was einem io 10 g geschälte Reiskörner werden in Abständen
Raumgewicbt von 22 kg/m3 entspricht Der Schaum auf die Platten gebracht und einer Temperatur von
weist eine relativ hohe Festigkeit auf und ist an sei- 220° C während einer halben Stunde ausgesetzt,
ner Oberfläche mit einer geschlossenen wasserun- Dann wird die Temperatur auf 250 bis 270° C erdurchlässigen Haut überzogen. Werden die Schaum- höht, bis nach 10 Minuten unten abgeflachte kugelzellen mit Porenweite von 0,3 bis 3 mm durch Ent- 15 förmige Schaumkörper mit einer geschlossenen
fernen der Haut offengelegt und der Schaum in Was- Oberfläche entstanden sind, die Wasser nur sehr
ser gelegt, nimmt diese? 3000 °/o seines Eigengewichtes schwer aufnehmen können,
an Wasser auf. Dabei wird dieser Schaum etwas fie- B ' ' 1 9
xibel. Der trockene Schaum kann leicht mechanisch Beispiel
zerkleinert werden. Das pulverisierte Schaumprodukt ao 100 g Kartoffelstärke wie in Beispiel 1 beschrieweist
ein Raumgewicht vor. 25 bis 50 kg/m3, je nach ben, werden 10 Minutr;., lang auf eine Temperatur
Mahlgrad, auf. von 150° C und dann 5 Minuten auf eine Tempera-
B e i s D i e 1 2 tur von ^40° C erhitzt. Es wird ein relativ harter
Schaum erhalten.
10 g Kartoffelstärke, die vor dem Trocknen durch a5 Anwendungsbeispiele
Behandeln mit verdünnter Salzsaure auf einen pH , . .
von 2,0 angesäuert worden war, wurde wie im Bei- Anwendungsbeispiel 1
spiel 1 beschrieben, 30 Minuten lang auf 230° C er- Der Schaum aus Beispiel 1 wird in gepulverter
hitzt. Der erhaltene feinporige Schaumstoff hatte ein Form einem Gips-Wasser-Gemisch, wie es für die
Gewicht von 5,5 g und ein Volumen von 270 ml. 30 Herstellung von Gipsbauplatten verwendung findet,
. in einer Menge von 10 oder 20 Gewichtsprozent zu-
Beispiel 3 gesetzt und die Masse in üblicher Weise aushärten
10 g Kartoffelstärke wurde mit einer verdünnten gelassen. Während bei der ausschließlichen Verwen-
Salzsäure von pH 2,5 besprüht und dann 10 Minuten dung von Gips die getrocknete Platte ein Raumgebei
270° C erhitzt. Es wurden 5,5 g eines feinporigen 35 wicht von 1,6 g/cm3 aufweist, erniedrigt sich das
Schaumstoffes erhalten, der ein Volumen von 280 ml Raumgewicht bei 10 Gewichtsprozent SchaumzusatJ;
hat. auf 1,35 und bei 20 %> Schaumzusatz auf 0,95 g/cm,
Beisoiel 4 wobei das Volumen von 1000cm:! bei reinem Gips
P sich bei 10 Gewichtsprozent Schaum auf 1180 cm3
10 g Reisstärke wurde mit 0,3 g Ammoniumchlo- 40 und bei 20 Gewichtsprozent auf 1690 cm3 erhöht
rid und 0,2 g Paraformaldehyd vermischt, granuliert hat.
und zu Tabletten von 3 mm Höhe und 5 mm Durch- . .
messer komprimiert und auf eine Folie in Abständen Anwendungsbe,:spiel 2
von 15 mm aufgebracht. Beim Erhitzen auf 280° C Der Schaum aus Beispiel 1 wird in gepulverter
bilden sich nach 10 Minuten kugelförmige Schaum- 45 Form einen Ansatz zur Herstellung von Mineralkörper,
die eine äußere Haut besitzen, welche was- faserplatten zu 20 Gewichtsprozent, bezogen auf
serabweisende Eigenschaften hat. Mineralfaser, zugesetzt. Die Platten weisen bereits
. je vnr dem Trocknen eine höhere Formstandfestigkeit
beispiel 5 auf und haben nach dem Trocknungsvorgang ein nied-
10 g technisch reiner Rüben- oder Rohrzucker in 50 rigeres spezifisches Gewicht und eine glattere Obergrobkristalliner
Form werden gemäß Beispiel 1 be- fläcne als Mineralfaserplatten ohne diesen Zusatz,
handelt, wobei die Temperatur 280° C beträgt. D..r M'neralfaseiplatten, die üblicherweise 250 kg/m3
nach 30 Minuten langem Erhitzen erhaltene Schaum wiegen, sind durch den Zusatz von 20 0Zo Schaum auf
ist grobporig mit Poren bis zu 3 mm und relativ hart. ein Raumgewicht von 200 kg/m3 gesenkt worden,
Er nimmt nur geringe Mengen Wasser auf und wird 55 ohne Verlust an Festigkeit.
auch im nassen Zustand nicht flexibel. A , , . . , _
Anwendungsbeispiel 3
Beispiel 6 Der Schaum aus Beispiel 7 wird mittels der in der
Spanplattenindustrie bekannten Methodik mit 30 Ge-
10 g technische Dextrose, entsprechend 8,8 bis 9 g 60 wichtsprozent härterhaltigem Harnstoffharz bewasserfreiem
Produkt, werden nach Beispiel 1 bei sprüht. Es folgt ein Pressvorgang zur Erzielung einer
250° C behandelt. Der aus diesem Kohlehydrat ge- Formgebung unter Einwirkung einer Temperatur von
wonnene Schaum ist von mittlerer Porenweite und 12O0C. Es wird eine Verbundplatte mit einem
wird, wenn er in Wasser gelegt worden is:., flexibel Raumgewicht von 70 kg/m3 erhalten. Wenn der
wie ein Schwamm, ohne sich dabei aber aufzulösen. 65 Pressvorgang zwischen zwei armierenden Außen-In
gebrochener Form mit Teilchengröße von 1 bis schichten aus Papier, Pappe, Asbest oder Alumini-5
mm kann durch Bindung mit Kunstharzmaterial ein umfolie erfolgt, erhält man eine Sandwich-Platte mit
Isolierkörper hergestellt werden. guter Isoliereigenschaft.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung eines Schaum- 5 terial einen billigen Rohstoff darstellt als auch das
stoffunaterials, dadurch gekennzeich- Herstellungsverfahren einfach ist und geringe Kosten
net, daß reine Kohlehydrate oder Polysaccha- verursacht.
ride in granulierter, gepreßter oder grobkristalli- Das Verfahren zur Herstellung des vielseitig verner
Form in einem Tunnelofen mit Absaugvor- wendbaren Schaumstoffmaterials ist dadurch gekennrichtung
für die Zersetzungsgase 10 bis 40 Minu- io zeichnet, daß reine Kohlehydrate oder Polysacchaten
auf 200 bis 400° C, gegebenenfalls unter Zu- ride in granulierter, gepreßter oder grobkristalliner
satz geringer Mengen organischer oder anorgani- Form in einem Tunnelofen mit Absaugvorrichtung
scher Säuren oder saurer Salze, trocken erhitzt für die Zersetzungsgase 10 bis 40 Minuten auf 200
wird. bis 4000C, gegebenenfalls unter Zusatz geringer
2. Verwendung des Schaummaterials als Iso- 13 Mengen organischer oder anorganischer Säuren oder
lier- oder Füllstoff in Baustoffen. saurer Salze, trocken erhitzt wird.
Bei dieser trockenen Erhitzung der Kohlehydrate tritt eine starke thermische Zersetzung der Kohlehydrate
ein unter intramolekularer Abspaltung im we- »0 sentlichcn von Wasser, wobei unter gleichzeitiger
Aufschäumung durch den entstehenden Wasser-
dampf und durch das Carbonisisren der Kohlehydrate ein starres Leichtschaumstoffmaterial entsteht,
das eine vernetzte Struktur besitzt und daher in Was- »5 ser und organischen Lösungsmitteln praktisch unlöslich
ist. Es ist zwar bereits bekannt, daß stärkehaltige Erzeugnisse, wie Getreidekörner, insbesondere Maisund
Reiskörner, nach bestimmter Vorbereitung beim
Verschiedenartige starre Schaumstoffe mit ge- Erhitzen zu Puffreis oder Puffmais aufgebläht wer-•chlossenen,
offenen oder gemischten Zellstrukturen 30 den, und daß man dann dieses expandierte Material
•in.d bekannt. Sie können entweder durch Verschäu- unter Verwendung von Kunstharz als Bindemitlei zu
men von Kunststoffen oder Kunststoffprodukten in- geschäumten Körpern oder für Verpackungszwecke
folge Gasabspaltung bei der Härtungsreaktion, wie verwenden kann. Demgegenüber wird erfindungsge-I.
B. bei Polyurethanschäumen oder durch das mäß nicht nur ein gepufftes Kohlehydratmaterial verSchaum-Schlag-Verfahren
in Gegenwart von Här- 35 wendet, sondern ein durch Pyrolyse carbonisiertes tungskatalysatoren wie z.B. bei Hamstoffmelamin- Kohiehydratschaumstoffmaterial. Da die Gegenwart
eder Phenol-harzschäumen oder durch den Zusatz von Protein die Schaumbildung sowie die Eigenvon
gasabspaltenden Treibmitteln bei thermoplasti- schäften des carbonisierten Materials ungünstig betchen
Massen, wie z.B. bei Polyvinylchloridschäu- einflußt, muß reine Stärke verwendet werden bzw.
men, Polystyrolschäumen und Polyäthylenschäumen 40 ein im wesentlichen aus Stärke bestehendes Material
liergestellt werden und sind für die unterschiedlich- wie Reis oder Sago bzw. technisch reine Zuckerartten
technischen Zwecke geeignet, vgl. Schulz »Die ten.
Kunststoffe«, Hanser-Verlag, 1958, S. 370 bis 377, Vorzugsweise wird die Erhitzung bei 230 bis
Und Haenle, Guank, Harsch, »Praktikum der Kunst- 280° C durchgeführt, wobei aus dem Kohlehydrat,
»tofftechnik« Hanser-Verlag, 1972, S. 131 bis 138. 45 das hierbei im Falle von Stärke einen weichen, im
Allerdings sind sie zum Teil wegen der bei ihrer Falle der Zuckerarten einen flüssigen Zustand durchHerstellung
verwendeten speziellen Ausgangsstoffe läuft, unter Vernetzung ein dunkelbraun bis schwarz
©der der speziellen Maßnahmen zur Herstellung der gefärbter Leichtschaumstoff entsteht, der völlig was-Schaumstruktur
relativ teuer und schwierig herzustel- serunlöslich ist und dessen Poren je nach Art des
len. Da sie im wesentlichen aus Kohlenstoff und 50 verwendeten Ausgangsmaterials geschlossen oder of-Wasserstoff
und gegebenenfalls Sauerstoff und Stick- fen sind. Der Gewichtsverlust bei der Pyrolyse be-■toff
bestehen, sind sie nicht nur gegenüber höheren trägt 20 bis 40°/u, bezogen auf das Kohlehydrataus-Temperaturen
empfindlich, d.h. leicht zersetzlich, gangsmaterial, wobei gleichzeitig eine starke VoIulondern
sie sind auch leicht brennbar, so daß sie für menvergrößerung eintritt, bis schließlich unter Erziele
Zwecke nicht oder nur unter bestimmten Bedin- 55 starrung der schwarz gewordenen Masse ein sehr
gungen verwendet werden können. Viele dieser leichter starrer Schaumkörper aus carbonisiertem
Schäume sind auch gegenüber Feuchtigkeit empfind- Kohlehydrat erhalten worden ist, Durch Zugabe gelich
und verlieren ihre Festigkeit bei längerer Einwir- ringer Mengen organischer oder anorganischer Säukung
von Wasser. Außerdem sind sie zum Teil weder ren, wie Salzsäure, Schwefebäure oder Phosphorgegenüber
dem mikrobiologischen Abbau noch ge- 60 säure oder saurer Salze, wie Ammoniumsalze, läßt
gegenüber dem Fraß von Schadtieren immun. sich durch Verminderung des pH-Werts des Kohle-
Es wurde nun überraschenderweise festgestellt, hydratmaterials die Pyrolyse und Carbonisierungsredaß
durch eine Pyrolyse reiner Kohlehydrate oder aktion beschleunigen. Dies kann im Falle der Stärke
Polysaccharide, insbesondere geformter bzw. granu- durch Waschen oder Besprühen mit Säure erreicht
lierter, reiner oder technischer Stärke, aber auch 65 werden. Auch durch Imprägnieren mit gasförmigen
durch Pyrolyse von Zuckerarten, wie Saccharose, sauer reagierenden Stoffen oder durch Zumischen
Glukose, Fruktose oder Xylit ein starres Schaumma- der sauren Salze zu dem Kohlehydrat kann der saure
terial aus carbonisiertem Kohlehydrat erhalten wer- Katalysator in das Material eingebracht werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732304736 DE2304736C3 (de) | 1973-01-31 | 1973-01-31 | Verfahren zur Herstellung eines Schaumstoff materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19732304736 DE2304736C3 (de) | 1973-01-31 | 1973-01-31 | Verfahren zur Herstellung eines Schaumstoff materials |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2304736A1 DE2304736A1 (de) | 1974-08-29 |
DE2304736B2 true DE2304736B2 (de) | 1974-12-05 |
DE2304736C3 DE2304736C3 (de) | 1975-07-31 |
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ID=5870512
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19732304736 Expired DE2304736C3 (de) | 1973-01-31 | 1973-01-31 | Verfahren zur Herstellung eines Schaumstoff materials |
Country Status (1)
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DE (1) | DE2304736C3 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4011636A1 (de) * | 1990-04-11 | 1991-10-24 | Nokia Unterhaltungselektronik | Drucksensitiver tastschalter |
-
1973
- 1973-01-31 DE DE19732304736 patent/DE2304736C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2304736A1 (de) | 1974-08-29 |
DE2304736C3 (de) | 1975-07-31 |
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E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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