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Verrahren zur Herstellung von Leichtbauelementen Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen, insbesondere Leichtbauelementen
auf Basis vorwiegend anorganisch aufgebauter Schaumstoffe.
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Es ist bekannt, anorganische Schaumstoffe in anorganische abbindefähige
Materialien einzubringen, um so Leichtbauelemente herzustellen. Desgleichen ist
es bekannt, anorganische Materialien mit organischen verschäumungsfähigen Polymeren
zu umgeben und diese dann in einer Form zum Aufschäumen unter Verschweißung bzw.
Verbindung der anorganischen, zumeist stückigen Materialien zu bringen, wobei ebenfalls
Leichbauelemente erhalten werden können.
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Weiterhin ist es bekannt, anorganische stückige Materialien mit zunächst
dünnflüssigen, aber unter Aufschäumen erhärtenden reaktiven organischen Substanzmischungen
zu umschäumen, wobei, wenn dieser Prozeß in Formen vorgenommen wird, ebenfalls Leichtbauelemente
zugänglich sind.
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Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, daß das entstehende Leichtbauelement
einen erheblichen Anteil organischer Substanz,
sei er nun geschäumt
oder ungeschäumt, neben den anorganischen Bestandteilen, seien sie geschäumt oder
ungeschäumt, enthält. Dieser Umstand ist zwar für die Produktionstechnik oftmals
wegen der leichten und schnellen Verschäumbarkeit organischer Materialien vorteilhaft,
bedeutet aber stets eine erhebliche Einschränkung in der Anwendung, weil die organischen
Bestandteile entweder beim Erhitzen ihre Festigkeit verlieren oder im Brandfalle
erhebliche Mengen zumeist brennbarer Pyrolysegase abspalten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also, Leichtbauelemente
herzustellen, die einerseits möglichst leicht, etwa analog den bekannten Verfahren,
herstellbar sind, andererseits jedoch die geschilderten-Unzugänglichkeiten nicht
aufweisen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung
von Leichtbauelementen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man stückige anorganische
und/oder organische Materialien in geschäumter oder ungeschäumter Form vermischt
mit einer Vormischung aus wäßriger, gegebenenfalls noch weitere anorganische und/oder
organische Beimengungen enthaltenden Silicatlösungen, Treibmittel und Geliermittel
für die Silicatlösung, gelieren läßt, und danach das nunmenr noch schüttfähige vorbehandelte
stückige Material in die gewUnschte Form bringt und Temperaturen oberhalb 700C aussetzt.
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Erfindungsgemä.ß werden Uberraschenderweise die Zwischenräume zwischen
den stückigen anorganischen bzw. organischen Materialien durch einen silicatischen
Schaum ausgefüllt und diese zu einem festen Verbund vereinigt.
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Eine günstige Verfahrensvariante besteht darin, daß man auf das stückige
anorganische Material die Mischung aus wäßriger, gegebenenfalls noch weitere organische
oder anorganische Beimengungen enthaltender Silicatlösung, Treibmitteln und Geliermitteln
oberflächlich aufbringt, dann gelieren läßt und danach das nunmehr noch schüttfähige
vorbehandelte stückige Material (Gesamtmischung) in die gewünscht Form bringt und
Temperaturen oberhalb 700C aussetzt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Herstellung
von Leichtbauelementen ist dadurch gekennzeichnet, daß man stückige anorganische
Materialien mit Raumgewichten (RG) unter 1000 kg/m), insbesondere mit Raumgewichten
unter 500 kg/m m) verwendet, um so zu besonders leichten Bauelementen zu gelangen.
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Weiterhin ist es eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Herstellung von Leichtbauelementen, daß als Treibmittel Benzinfraktionen mit Siedepunkt
unter 150 0C Verwendung finden.
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Weiterhin ist es eine günstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Herstellung von Leichtbauelementen, die Gesamtmischung vor der Temperaturbehandlung
ein- oder mehrseitig entsprechend der gewählten Formgebung mit einer organischen,
bevorzugt jedoch anorganischen Deckschicht zu versehen, so daß nach der Temperaturbehandlung
das entstandene Leichbauelement bereits ein- oder mehrseitig mit einer an ihm haftenden
Deckschicht versehen ist.
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Die Herstellung kann diskontinuierlich oder kontinuierlich vorgenommen
werden.
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Die so erhältlichen z.B. in Gestalt von Platten, Blöcken, Hohlkörpern
oder auch nahezu beliebiger anderer Form vorliegenden Formkörper können direkt oder
nach weiterer Formgebung, z.B.'durch Sägen, Schleifen oder spanabhebende Bearbeitung
oder auch nach einem Weiterbearbeitungsschritt, der z.B. eine organische oder anorganische
Beschichtung, Lackierung, Hydrophobierung, Verklebung usw.
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bedeuten kann, als Bauelemente eingesetzt werden.
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Die auf diese Weise zugänglichen Leichtbauelemente enthalten quasi
keinerlei organische Substanzen und sind daher ein in Bezug auf Feuersicherheit
und Brandverhalten besonders günstiges Leichtbaumaterial.
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Als stückiges anorganisches Material werden im Rahmen des Schutzbegehrens
vorzugsweise regelmäßig oder unregelmäßig geformte Materialteilchen mit mittleren
Teilchendurchmessern von 0,5 bis 500 mm bevorzugt 2 bis 60 mm. Diese Materialteilchen'können
eine glatte oder rauhe Oberfläche haben, massiv oder bevorzugt Hohlräume enthaltend
aufgebaut z.B. porös oder schaumstoffartig sein. Sie sollen Raumgewichte unter 1000
kg/m3, vorzugsweise zwischen )0 und 500 kg/m) aufweisen.
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Solche bevorzugten Materialien sind z.B. Bims, Lava, Schlacken, natürlich
oder künstlich aufgetriebene Gesteine, etwa Vermikulit, Perlit, Koks, Schaumglas,
Blähtone, Blähkiese, sonstige poröse oder geschäumte mineralische oder keramische
Zubereitungen. Neben diesen stckigen, anorganischen Materialien, die in der erfindungsgemäß
einzusetzenden Gesamtmischung in Mengen von ca. 5 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 30
bis 80 Gew.-, enthalten sein
sollen, können natürlich auch noch
Verstärkungsmaterialien mitverwendet werden, etwa Metalldrähte, Metallgewebe oder
Verstärkungen nach Art von Moniereisen oder Verstärkungselemente auf Basis organischer
oder anorganischer Fasern, Gewebe oder Flächengebilden.
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Als organisches Material eignen sich Phenolharze, Melaminharze, Harnstofformaldehydrharze,
Polyisocyanurate, Polycarbonate, Polyurethane, Polysulfone, gegebenenfalls vernetzte
Polyolefine. Besonders bevorzugt jedoch sind wegen der Unbrennbarkeit Zusätze von
anorganischen Materialien.
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Als Vormischung aus wäßriger, gegebenenfalls noch weitere organische
oder anorganische Beimengungen enthaltender Silicatlösung, Treibmitteln und Geliermitteln
kommen Mischungen in Betracht, die aus folgenden Komponenten zusammengesetzt sind:
Als wäßrige Silicatlösungen kommen Lösungen von Silicaten in Wasser oder wäßrigen
Medien in Betracht, die sowohl den Charakter echter als auch kolloider Lösungen
haben können; z.B. Ammoniumsilicate oder Metallsilicate. Auch Alkali enthaltende
Kieselsäuresole können in Betracht gezogen werden.
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Vorzugsweise kommen Alkalisilicatlösungen, z.B. Natrium- und/ oder
Kaliumsilicatlösungen in Betracht. Ein sehr geeignetes Ausgangsmaterial sind die
sogenannten, seit langem im Handel befindlichen Wasserglaslösungen. Hierbei brauch
das gelöste Silicat nicht zwangsläufig der Formel Na20 . 3 - 4 SiO2 zu entsprechen,
wie sie z.B. für Wasserglas zugrunde gelegt wird.
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Die Verhältnisse von Alkalimetalloxid zu Si02 können von z.B. Na45i04
bis zu Polysilicaten verschiedensten Polymerisationsgrads, in denen das Verhältnis
von Alkalimetalloxid zu SiO2 kleiner als 1 : 1 ist, z.B. 0,1 : 1, variieren. Voraussetzung
ist jedoch eine fließfähige Silicatlösung. Die Konzentration dieser Lösungen ist
nach oben durch die notwendige Fließfähigkeit der Lösungen mit etwa 60 % begrenzt,
obgleich auch höher konzentrierter Lösung beispielsweise auf Knetaggregaten bei
erhöhten Temperaturen verarbeitbar waren. Nach unten ist die Konzentration dadurch
begrenzt, daß Lösungen mit weniger als 5 % Festgehalt (gelöstes Silicat) im allgemeinen
nur Gele mit nicht befriedigender Festigkeit liefern. Bevorzugt werden daher Silicatlösungen
mit 10 - 50 Gew.-% Festgehalt verwendet.
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Unter anorganischen oder organischen Beimengungen sind solche zu verstehen,
die gasförmig, flüssig, fest in der Silicatlösung löslich oder unlöslich sein können,
sofern sie verträglich sind, d.h. die Silicatlösung nicht bereits unter den Mischungsbedingungen
zum Ausfallen bringen.
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Diese Beimengungen können den Charakter von Füllstoffen haben, können
Verdtinnungsmittel oder spezielle Hilfsmittel darstellen.
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Als Füllstoffe können feste anorganische oder organische Substanzen
Verwendung finden, die z.B. als Pulver, Fasern, Kristallite, Perlohen, Hohlperlen,
Schaumstoffteilchen, Bändchen usw. vorliegen, beispielsweise Dolomit, Kreide, Tonerde,
Asbest, basisch eingestellte Kieselsäure, Sand, Talkum, Eisenoxid, Aluminiumoxid
und -oxidhydrate, MgO, ZnO, CaO, Alkalisilicate, Zeolithe, Mischsilicate, Calciumsilicate,
Calciumsulfate, Alumosilicate, Zemente, Basaltwolle oder -pulver, Glasfasern, C-Fasern,
Glaspulver, Graphit, Ruß, Al-, Fe-, Cu-, Ag-Pulver, Molybdänsulfid,
Stahlwolle,
Bronze- oder Kupfergewebe, Siliciumpulver, Glashohlkugeln, Lava- und Bimsteilchen,
Holzmehr, Kork, Baumwolle, Stroh, Popkorn, Koks, Teilchen aus gefüllten oder ungefüllten,
geschRumten oder ungeschäumten, gereckten oder ungereckten organischen Polymeren.
Beispielhaft seien aus der Vielzahl der in Betracht kommenden organischen Polymeren
einige aufgeführt, wobei diese z.B. als Pulver, Schaumstoffteilehen, Perlen, Hohiperlen,
schaumfähiges aber noch ungeschäumtes Teilchen, als Faser, Bändchen, Gewebe, Vlies
usw.
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vorliegen können: Polystyrol, Polyäthylen, Polypropylen, Polyacrylnitril,
Polybutadien, Polyisopren, Polytretrafluoräthylen, aliphatische und aromatische
Polyester, Melamin-Harnstoff- oder Phenolharze, Polyacetalharze, Polyepoxide, Polyhydantione,
Polyharnstoffe, Polyäther, Polyurethane, Polyiiide, Polyamide, Polysulfone, Polycarbonate,
selbstverstündlich auch beliebige Mischpolymerisate, sofern sie die Vorbedirgung
der Verträgfchkeit mit den Silicatlösungen erfüllen. Hervorzuheben wären als Füllstoffe
Dolomit, Kreide, Talkum, Glas in jeder Form, Kohlenstoff, Polystyrol, Polyvinylehlorid
und Polyäthylen.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auch verträgliche
gasförmige Beimengungen zu den Silicatlösungen als mehr oder weniger voluminöser
Füllstoff zu betrachten.
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Solche Gase, zu denen vorzugsweise Luft, aber auch Sauerstoff1 Stickstoff,
F6, Wasserstoff, Edelgas, Methan, CF4 gehören, können den Silicatlösungen gegebenenfalls
im Gemlsch mit den anderen Beimengungen drucklos oder unter Überdruck zugemischt
werden, wobei die Zumischung der Gase, wie übrigens auch der anderen Füllstoffe,
Verdünnungs- oder sonstigen Hilfmitteln, also der Beimengungen, ganz oder teilweise
vor, während oder unmittelbar nach dem Zusatz
der die Gelierungsreaktion
bewirkenden Zusätze in einem oder mehreren Arbeitsgängen vorgenommen werden kann.
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Im allgemeinen werden die als Füllstoffe bezeichneten Beimengungen
in solchen Mengen zugesetzt, daß der Gehalt der Reaktionsmischungen an gelöstem
Silicat möglichst über 5 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 10 und 50 Gew.-%, beträgt.
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Als weitere Beimengungen kommen Verdünnungsmittel in Betracht.
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Hierbei kann es sich um wäßrige oder nichtwäßrige VerdUnnungsmittel
handeln.
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Einen Grenzfall zu den Füllstoffen stellt hier neben der Verwendung
von Polymerenlösungen z.B. von Polystyrol, Polyestern, Kautschuk in Benzin, Benzol
oder Chloroform oder von Phenol-Harnstoff- oder Melamin-Formaldehyd-Vorkondensaten
in Wasser die Verwendung von Polymerisatdispersionen in Betracht, die nach konventionellen
Verfahren zugägnlich sind, aber mit den Silicatlösungen in doppelter Hinsicht verträglich
sein müssen: einmal dürfen sie die Silicatlösung nicht ausfällen, zum anderen dürfen
sie nicht durch die Silicatlösung ausgefällt werden. Diese Bedingung wird von vielen
im Handel erhältlichen oder nach dem Stand der Technik zugänglichen Dispersionen
von Polyurethanen, Polyvinylacetet, Polystyrol, Polybutadien, Polyacrylaten, Polyacrylnitril,
Polyäthylen, Polyvinylchlorid bzw. deren Mischpolymerisaten erfüllt, muß aber, da
oft vom Emulgator abhängig, von Fall zu Fall in einfachen Vorversuchen überprüft
werden. Diese Verdünnungsmittel können in solchen Mengen eingesetzt werden, daß
der Silicatgehalt der Abmischungen über 5 Gew.-% beträgt, bevorzugt zwischen 10
und 50 Gew.-%, liegt.
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Etwa im gleichen Verhältnis kann auch mit anderen VerdUnnungsmitteln,
z.B. wäßriger Formaldehydlösung, H202-Lösungen
oder Paraformaldehyd
oder in der Silicatlösung unlöslichen Verdünnungswitteln, die auch als Verdünnungsmittel
für die später zuzusetzenden Geliermittel dienen können, gearbeitet werden, wobei
deren Verträglichkeit Voraussetzung ist. Solche Verdünnungsmittel sind beispielsweise
aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol, Xylol, Styrol,
Benzine, Paraffinöl, Paraffinwachse, Fettsäureester, Diäthylcarbonat, Diäthylphthalat,
Silicone, Triäthylphosphat, Xthylbenzoat, Butylacetat, Orthoameisensäureäthylester,
blsSureglyzeride, Chlorkohlenwasserstoffe wie Habgenmethane, Perchloräthylen, Chlorbenzol,
Fraktionen natürlicher Öle, Erdölschnitte, Bitumen.
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Zu diesen Verdünnungsmitteln können gegebenenfalls auch die als Treibmittel
zugesetzten Verbindungen gezählt werden, die vorwiegend flüchtige organische Substanzen
mit Siedepunkten zwischen -2O0C und 200°C sind, bevorzugt zwischen 150C und 1800C,
und vorzugsweise in der Silicatlösung unlöslich sind. Solche Substanzen sind z.B.
gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit 3 - 12 C-Atomen wie Propan,
Isobutylen, Butadien, Isopren, Butan, Pentan, Heptan, Oktan, Isooktan, Cyclohexan,
Leichtbenzin, Testbenzin, Petroläther, Benzol, Toluol und Xylol, halogenierte gesättigte
oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe wie Chlormethyl, Methylenchlorid, Chloroform,
CC14, Fluortrichlormethan, Difluordichlormethan, Trifluorchlormethan, Chloräthan,
Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Dichloräthan, Trichloräthylen, Perchloräthylen.
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Bevorzugt finden Benzinfraktionen mit Siedepunkten zwischen 5O0C und
15O0C Verwendung.
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Ebenfalls als Treibmittel geeignet sind anorganische oder organische
Verbindungen oder Gemische, die bei Temperaturen über 70°C flüchtige Substanzen
freimachen, z.B. Azide, Azoverbindungen, Nitrate, Nitrite, Nitrosoverbindungen,
(Thio)-Triazole, Azodicarbonamide, Hydrazoverbindungen, Sulfohydrazide, jedoch auch
CO> Sauerstoff, Wasserstoff oder sonstige Gase abspaltenden Verbindungen. Beispielhaft
seien genannt Azodicarbonamid, Diphenylsulfon-), 3'-disulfohydrazid, Azodiisobutyronitril
und seine Abkömmlinge.
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Diese Treibmittel haben die Aufgabe, das gelierte Reaktionsgemisch
während eines Nacherhitzungsprozesses in einen Schaum zu überführen. Die Treibmittel
können allein oder als Gemisch miteinander eingesetzt werden.
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Bevorzugt sind aliphatische (Halogen-)Kohlenwasserstoffe, z.B. CC14,
CHC1>, CH2C12, C2HC13, C2C14, Petroläther, Leichtbenzin, sonstige Benzinfraktionen
mit Siedepunkten zwischen 500C und 15O0C.
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Die Treibmittel werden, bezogen auf die Mischung, in Mengen von über
0,01 Gew.-%, bevorzugt in Mengen von 0,5 - 20 Gew.-% eingesetzt.
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Als spezielle Hilfsmittel aus der Gruppe der anorganischen oder organischen
Hilfsmittel sind neben Farbstoffen, Geruchsstoffen, Verdickern, wie beispielsweise
Methylcellulose, Stärke, Hydrophobiermitteln wie Siliconen oder fluorierten Verbindungen,
insbesondere Netzmittel, Schaumstabilisatoren, Porenregler und Emulgatoren mit ionischem
oder nichtionischem Charakter zu nennen. Von Bedeutung sind hier besonders emulgierende
Substanzen, die die Einarbeitung der Treibmittel und Geliermittel sowie der sonstigen
Beimengungen
wesentlich erleichtern können. Neben den nichtionischen
Verbindungen, die zumeist Anlagerungsprodukte von Alkylenoxiden wie Xtbylenoxid
an hydrophobe Siloxane, Copolymere aus Athylenoxid und Propylenoxid, Fettsäuren,
Fettalkohole oder Phenole darstellen? seien hier bevorzugt Alkylsulfonate mit 10
- 18 C-Atoxen im Alkylrest genannt, die mit den Silicatlösungen gut verträglich
sind und eine gute Emulgierwirkung für Systeme mit kontinuierlicher Wasserphase
und eine gute Schäumwirkung erbringen. Diese Hilfsmittel werden in reiner Form oder
bevorzugt in Form ihrer wäßrigen Lösungen oder Dispersionen oder auch in den Verdünnungsmitteln
bzw.
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in den Geliermitteln gelöst eingesetzt. Sie können in Mengen von OJO5
bis 20 Gew.- eingesetzt werden. Bevorzugt sind Zusatzmengen von 0,1 bis 15 Gew.-%.
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Der Mechanismus der Gelierung der gegebenenfalls anorganische oder
organische Beimengungen enthaltenden Silicatlösung ist primär nicht kennzeichnend
für das Verfahren, da prinzipiell alle Geliermittel anwendbar sind, sofern der Gelierprozeß
zu eines kompakten wasserhaltigen Silicatgel führt.
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Bevorzugtermaßen fuhrt man die Gelierung durch Zusatz eines Geliermlttels
herbei. Es können auch Gemische verschiedener Geliexiaittel eingesetzt werden, um
Verdicknngs- und Erhärtungsze iten variabel einzustellen.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich als Geliermittel
feste, flüssige oder gasförmige, anorganische oder organische Verbindungen. Bevorzugt,
wegen der guten Handhabbarkeit, sind Jedoch feste oder insbesondere flüssige Gelieralttel
oder Geliermittelgemische bzw. Lösungen.
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Als solche Geliermittel eignen sich Komplexe, wie sie in der deutschen
Offenlegungsschrift 2 114 334 aufgeführt sind, salzartige oder saure oder sinstige
gelierend wirkende Verbindungen, wie sie in der U.S. Patentschrift 1 944 008 und
der französischen Patentschrift 2 055 541 beschrieben sind, Jedoch auch weitere
anorganische und organische Verbindungen, wie Metallsalze organischer oder anorganischer
Säuren bzw.
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diese Säuren selbst, Lewis-Säuren, Halogenide der Elemente der 2.
bis 8. Gruppen des Periodensystems, Oxyhalogenide, Thiochloride etwa Phosphorthiochlorid,
Phosgen, Ester der Phosphorsäuren, wie etwa Trimethylphosphat oder der Schwefelsäuren
wie Dialkylsulfate, Amide von anorganischen oder organischen Säuren wie Hexamethylphosphorsäuretriamid,
Dimethylsulfoxyid, Dimethylformamid, Vinyl- oder Methylpyrolidon, Acrylamid, Ester
oder Lactone solcher Säuren, wie Glycerinnitrat, Glazerintriacetat, Vinylacetat,
Ester der Ameisensäure oder Maleinsäure, wie Äthyl- oder Methylformiat, Dimethylmaleat,
Ester der Chloressigsäuren oder der Cyanessigsäure, wie Chlor- oder Trichloräthylacetat,
Athylcyanacetat, Ester der Chlorameisensäure mit aliphatischen oder aromatischen
Hydroxylverbindungen, wie mit Äthanol, Glykol, Glyzerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit,
Phenol, Hydrochinon, Amide der Chlorameisensäure, wie N-Dimethylcarbamidsäurechlorid,
aromatische oder aliphatische Säurechloride, wie Benzoylchlorid, sym.- oder asym.-
Phthalylchlorid, Zimtsäurechlorid, Acetylchlorid, blsäurechlorid, Chloride von Phosphon-
oder Sulronsäuren, wie Tosylchlorid oder Benzolsulfochlorid, aliphatische oder aromatische
evtl, weiter substituierte Isocyanate, wie Oktylisocyanat, Hexamethylendiisocyanat,
Toluylendiisocyanat, gemischte oder nicht gemischte Säureanhydride anorganischer
und/oder organischer Säuren, wie Phthalsäureanhydrid, Methylhexahydrophthalsäureanhydrid,
Acetanhydrid, Dialkyldicarbonate, Carbonsäurekohlensäureester
-mischanhydride,
Alkohole, wie Methanol, äthanol, Isopropanol, t-Butanol, Glykol, Glycerin, Athanolamine,
Äther, wie Polyalkylen&lykole, Ketone, wie Aceton, Methyläthylketon, Halogen-Heterocyclen
wie Cyanurchlorid, Isopropoxy-dichlor-s-Triazin, cyclische Carbonate wie 1,2-Propylenglykolcarbonat,
Glykolcarbonat und andere mehr. Natürlich sind auch Geliermittelgemische einsetzbar,
z.B. um den Gelierprozeß zeitlich zu steuern.
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Hervorragend geeignet sind Carbonsäurederivate mit Ester-Charakter,
insbesondere Pyrokohlensäurediäthylester oder Isophthalsäure-kohlensäureäthylester-bis-anhydrid>
Butandiolbis-Chlorameisenester oder Propylglykol-bis-Chloreæsigester.
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Die gelierende Wirkung solcher Verbindungen läßt sich ganz allgemein
sehr leicht testen, indem man bei Raumtemperatur, z.B. Natriumwasserglaslösung mit
einem Feststoffgehalt von ca. )8 Gew.-% mit ca. 0,5 Gew.-% eines Emulgators, z.B.
C14-Alkylsulfonat und ca. 10 Gew.- der auf Gelierwirkung zu prüfenden Substanz verrührt.
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Verfahrensgemäß werden solche Geliermittel bevorzugt, bei denen dieser
Test Gelierzeiten von weniger als 120 Minuten ergibt. Hierzu gehören u.a. alle die
in der beispielhaften Aufzählung direkt spezifizierten Verbindungen.
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Man kann die wäßrige, gegebenenfalls anorganische oder organische
Beimengungen enthaltende Silicatlösung, die gegebenenfalls ein Emulgierhilfsmittel
enthält, zunächst mit dem Treibmittel und dann mit dem Geliermittel versetzen oder
in umgekerter Reihenfolge vorgehen. Vielfach ist es zweckmäßig, Treibmittel und
Emulgiermittel gemeinsam
oder gleichzeitig, gegebenenfalls mit
dem Emulgiermittel und/oder dem Verdünnungsmittel versetzt, einzumischen. Man kann
auch einen organische oder anorganischen Füllstoff mit Treib-> Emulgier- und/oder
Geliermittel beladen und dann zersetzen.
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Die Vermischung erfolgt zumeist bei Temperaturen zwischen OOC und
700C, bevorzugt bei 10 bis 30°C. Man kann diese Temperaturgrenzen, die das Verfahren
nicht einschränken, Jedoch auch nach oben oder unten überschreiten, wenn die Verfahreüstechnik
es angezeigt erscheinen läßt.
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Das Vermischen kann beispielsweise in Rühr- oder Schüttel-oder Knetaggregaten
kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen.
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Verfahrensgemäß werden die Leichtbauelemente hergestellt, indem man
stückige anorganische Materialien mit den vorbeschriebenen Vormischungen mischt
und die so erhaltene Gesamtmischung unter Formgebung Temperaturen oberhalb 70 0C
aussetzt.
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Die Herstellung der Gesamtmischung erfolgt kontinuierlich oder diskontinuierlich,
indem man das stückige Material in Mischvorrichtungen, beispielsweise Betonmischmaschinen,
mit den noch fließfähigen Vormischungen der vorbeschriebenen Art benetzt.
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Man kann nun die Gesamtmischung, also das frisch benetzte stückige
Material, bei dem die aufgebrachte Vormischung noch nicht geliert oder noch nicht
vollständig geliert ist, in die gewünschte Form, die als verlorene oder wiederverwendbare
Form ausgebildet sein kann, einbringen und dort
den Gelierungsprozeß
der Mischung eintretenlassen, wobei das Formteil durch Verklebung eine gewisse erste
Eigenfestigkeit erhält. In diesem Zustand kann das Formteil vor der Temperaturbehandlung
noch weiteren Arbeitsgängen unterworfen werden, beispielsweise kann es entformt
und dann ohne Form erhitzt werden, wobei es seine Gestalt im wesentlichen beibehält
oder es kann mit Deckschichten z.B. aus Papier, Pappe, Holz, Gips, Zement, Asbestzement,
Metall, Asbest usw.
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versehen werden, die dann nach dem Erhitzungsprozeß mit dem Formteil
verbunden bleiben und ihm eine schützende Oberfläche verleihen.
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Man kann auch derartige Deckschichten direkt als Unterlage und Auflage
für die in die wuschgemäße Form eingebrachte Gesamtmischung verwenden und so quasi'in
einem Arbeitsgang das herzustellende Leichtbauelement mit ein- oder mehrseitiger
Deckschicht bereits vor dem Erhitzungsprozeß versehen.
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Hierbei kann der gegebenenfalls zu verwendende Gips oder Zement bereits
ausgehärtet, z.B. als Platte oder in noch nicht abgebundenem Zustand etwa in Form
eines Breies Verwendung finden, wonach dann der Abbindeprozeß vor oder während der
Temperaturbehandlung erfolgen kann.
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Bei der Herstellung der Gesamtmischung kann man Jedoch auch so verfahren,
daß man das stückige Material mit der Vormischung benetzt und vorsichtig so lange
in Bewegung hält bis der Gelierungsprozeß der auf das stückige Material aufgebrachten
Mischung abgelaufen ist. Hierbei werden die Einzelteilchen des stückigen Materials
mit einer sich mehr oder weniger trocken anfühlenden schäumfähigen Gelschicht überzogen
und bleiben rieselfähig. In diesem Zustand sind sie längere Zeit, gegebenenfalls
bis zu mehreren Monaten, z.B.
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in einem Metallkanister, lagerfähig und können zu einem
gewünschten
Zeitpunkt in eine Form eingebracht und durch Temperaturbehandlung in ein Leichtbauelement
überführt werden. Auch in diesem Falle können natürlich auch besondere Deckschichten
analog dem bereits Ausgeführten aufgebracht werden.
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Als Material zur Herstellung gegebenenfalls wiederverwendbarer Formen
eignen sich besonders gut Wasserdampf durchlässige Materialien, wie Papier, Holz,
Pappe, Kartons, Vlies, Gewebe, Drahtgewebe, gelochte Platten aus Holz, Kunststoff
oder Metall Gips, keramische Materialien.
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Die in eine bestimmte verlorene ectl. gleichzeitig als Stützkonstruktion
oder Rahmen dienende oder auch wiederverwendbare Form eingefüllte oder einer sonstigen
Formgebung unterworfene Gesamtmischung wird auf eine Temperatur oberhalb 70 0C gebracht,
wobei durch Aufschäumen der auf das stückige anorganische Material aufgebrachten
gelierten Vormischung die Zwischenräume zwischen den Einzelteilen des stückigen
Materials mit einem silicatischen Schaum ausgefüllt werden und so unter gleichzeitig
mehr oder weniger vollständiger Austrocknung ein fester Materialverbund hergestellt
wird, insbesondere deswegen, weil der entstehende Silicatschaum eine sehr gute Haftung
zu den stückigen anorganischen Materialien und den gegebenenfalls mitverwendeten
Verstärkungen entwickelt.
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Die Temperaturbehandlung geschieht an besten, indem man das Formteil
in einen gegebenenfalls vorgeheizten Ofenraum einbringt. Der Ofenraum hat zweckmäßigerweise
eine Temperatur zwischen 70 und 600°C, vorzugsweise werden Ofentemperaturen von
110 bis 2000C benutzt.
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Die Dauer der Temperaturbehandlung ist freibleibend, weil sie sich
nach Größe und Gestalt des Formteils, der Wärmekapazität des Ofens, seiner Heizleistung
und dem gewünschten Austrocknungsgrad des entstehenden Leichtbauelements richtet.
Im allgemeinen werden Ofenzeiten von einer bis zu mehreren Stunden erforderlich
sein.
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Natürlich sind auch andere Aufheizverfahren verwendbar, z.B.
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Heizbäder oder Hochfrequenz bzw. Mikrowellenheizung. In diesem Falle
reichen bei hohen Leistungen der Aggregate wesentlich kürzere Erhitzungszeiten aus.
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Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von
Leichtbauelementen beispielhaft erläutert werden, die angegebenen Teile sind Gewichtsteile,
sofern nichts anderen vermerkt ist.
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Vormischung A In 900 Tlen. Natronwasserglas (Dichte ca. 1,36, ca.
8,6 % Na2O, ca. 25,4 % SiO2) werden 3,0 Tle. Na-Alkylsulfonat (C14) gelöst, dann
mischt man 100 Tle. Asbest (kurzfaserig, max. Faserlänge ca. 4 mm), 30 Tle.-Leichtbenzin
und 30 Tle.
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Isophthalsäurekohlensäureäthylester-bis-mischanhydrid in einen Trommelmischer
ein. Nach ca. 5 Minuten ist ein Brei mit homogener Verteilung der Komponenten entstanden.
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Vormischung B Entsprechend Vormischung A, nur ohne Mitverwendung von
Asbest.
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Vormischung C Wie Vormischung A, nur unter Verwendung von 40 Tlen.
Waschbenzin anstelle von Leichtbenzin.
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Vormischung D Entsprechend Vormischung A, nur unter Verwendung von
50 Tlen Dimethylmaleinat anstelle des Mischanhydrides.
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Vormischung E Entsprechend Vormischung A, nur unter zusätzlicher Verwendung
von 10 Tlen. Pyrokohlensäurediäthylester.
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Beispiel 1 2000 Tle. Schaumglasgranulat (RG ca. 200 kg/m)), mittlerer
Oranulatdurchmesser ca. 25 mm, werden in einem Taumelmischer mit 2000 Tlen. Vormischung
A vermengt. Nach ca. 5 Minuten sind die Schaumglasgranulat-Teilchen weitgehend mit
der Vormischung umhüllt.
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Diese Gesamtmischung wird Jetzt in eine mit Papier ausgekleidete Plattenform
aus Stahldrahtgewebe oder gelochten Stahlplatten eingefüllt und durch Rütteln verdichtet.
Die Füllhöhe beträgt ca. 12 cm. Nach ca. 30 Min. ist die Vormischung geliert und
die Gesamtmischung in der Plattenform verfestigt.
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Man kann Jetzt entweder die Plattenform entfernen oder besser die
gefüllte Plattenform in einen auf 1800C vorgeheizten Ofen einbringen. Nach 24 Stunden
entnimmt man die Plattenform dem Ofen, entfernt die Stützform und erhält so eine
Platte bestehend aus durch Silicatschaum festverbundenen Schaumglas-Granulaten,
deren Flächen mittels einer (Band-)Säge leicht begradigt werden können. Diese Platte
kann entweder direkt bei entsprechender Dimensionierung als Leichtbau-Wandelement
eingesetzt werden, man kann die auch in dünnere Scheiben schneiden und diese zu
Isolierelementen verwenden. Man kann diese Platte aber auch oberflächlich noch mit
einem Strich aus Gips, Putz oder Asbestzement versehen und dann direkt als nicht
mehr zu verputzendes Fertigbau-Wandelement einsetzen.
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Natürlich kann die erhaltene Platte in beschichtetem oder unbeschichtetem
Zustand zu Bausteinen mit RG ca. 200 kg/ zersägt werden.
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Völlig analoge Ergebnisse werden erhalten, wenn man die Ofentemperatur
auf 120 oder 1500C einstellt.
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Auch sind Füllhöhen über 12 cm, ohne Schwierigkeiten bis zu 100 cm
realisierbar.
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Beispiel 2 Man arbeitet analog Beispiel 1, verwendet Jedoch die Vormischung
B. Es werden prinzipiell analoge Ergebnisse erhalten; der die einzelnen Schaumglasgranulate
verbindende Silicatschaum hat Jedoch einen etwas gröberporigen Charakter.
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Beispiel 3 Man arbeitet analog Beispiel 1, verwendet Jedoch die Vormischung
C. Die Ergebnisse entsprechen Beispiel 1.
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Beispiel 4 Man arbeitet analog Beispiel 1, verwendet Jedoch die Vormischung
D. Die Ergebnisse entsprechen Beispiel 1, die in die Form gefüllte Gesamtmischung
verfestigt sich Jedoch um ca.
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50 % schneller als bei Beispiel 1.
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Beispiel 5 Man arbeitet analog Beispiel 1, verwendet Jedoch die Vormischung
E. Die Ergebnisse entsprechen Beispiel 1, die in die Form gefüllte Gesamtmischung
verfestigt sich Jedoch um ca.
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50 ffi schneller als bei Beispiel 1.
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Beispiel 6 Man arbeitet analog Beispiel 1, verwendet Jedoch Jetzt
eine Mischung aus 4000 Tlen. Schaumglasgranulat und 2000 Tlen.
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Vormischung A. Die hergestellte Leichtbauplatte hat nunmehr einen
etwas lockeren Verbund, weil nicht alle Hohlräume zwischen den Granulatteilchen
mit Silicatschaum voll ausgefüllt sind. Verwendet man Jedoch eine Mischung aus gleichen
Teilen Schaumglasgranulat mit mittlerem Teilchendurchmesser von 25 cm und 10 mm,
so erhält man wiederum eine Platte, in der die zwischen den Granulatteilchen auftretenden
Zwischenräume voll mit Silicatschaum ausgefüllt sind. Die erhaltenen Platten können
analog Beispiel 1 weiterbehandelt und eingesetzt werden.
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Beispiel 7 Man arbeitet analog Beispiel 1, verwendet Jedoch anstelle
von Schaumglasgranulat sogenannten Schaumkies, bei dem es sich um nahezu kugelförmige
keramische Schaumstoffteilchen mit einem durchschnittlichen RG 170 kg/m) handelt,
durchschnittlicher Teilchendurchmesser etwa 18 mm. Die Ergebnisse entsprechen völlig
Beispiel 1.
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Beispiel 8 Man arbeitet analog Beispiel l, setzt Jedoch 4000 Tle der
Vormischung A ein. Es resultiert eine Platte, in der alle Schaumgranulatteilchen
in eine Silicatschaumschicht eingebettet sind. Außerdem hat eine Volumenzunahme
der Schüttung um ca.
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40 Vol-% (Füllhöhe) stattgefunden. Die so erhaltene Plattenware
kann
analog Beispiel 1 weiterbehandelt oder verwendet werden.
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Beispiel 9 Man stellt eine Gesamtmischung analog Beispiel 3 her. Diese
Gesamtmischung wird nun ca. 50 Min. in der Mischvorrichtung bewegt, bis die auf
das Schaumglasgranulat aufgetrommelte Vormischung geliert und erhärtet ist. Man
erhält so ein schüttfähiges modifiziertes Granulat. Dieses Granulat wird nach ca.
5 Stunden in einen ca. 10 cm hohen Eisenrahmen geschüttet. Dieser Rahmen umgibt
eine Fläche, auf die zuvor eine frische, noch nicht abgebundene Gipsabmischung ca.
5 mm hoch aufgefüllt wurde, so daß die eingeschütteten vorbehandelten Granulate
etwas in die Gipsschicht einsinken. Der Rahmen wird bündig voll geschüttet und die
Schüttung oberflächlich wieder mit einer wäßrigen Gipsanschlämmung abgedeckt. Nachdem
die beiden Gipsdeckflächen abgebunden haben, wird die gesamte Plattenform auf einem
Metallrost in den Ofen gefahren und dort ca. 12 Stunden bei 150°C belassen.
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Nach dem Abkühlen erhält man eine stabile Leichtbauplatte im Stahlrahmen,
die beidseitig eine Gipsdeckschicht trägt.
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Schneidet man die Platte auf, so besteht sie zwischen den Deckschichten
aus Schaumglasgranulaten, das durch Silicatschaum festen Zusammenhalt findet.
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Beispiel 10 Man stellt eine Gesamtmischung analog Beispiel 1 her und
schüttet sie auf eine ca. 5 mm starke Asbestzementplatte, die ca. 2 mm hoch mit
der in Beispiel 1 verwendeten Vormischung
beschichtet ist. Die
Aufschüttung hat eine Höhe von ca. 10 cm und wird durch einen Holzrahmen stabilisiert
bis die Gesamtmischung sich auf der Asbestzeinentplatte verfestigt hat. Dann entfernt
man den Holzrahmen, fährt die vorgeformte Platte in einen Ofen und beläßt sie dort
15 Stunden bei 1800C. Man erhält eine Leichtbauplatte, die einseitig eine Asbestzementdeckschicht
trägt.