DE2606975A1 - Verfahren zur herstellung leichter, poroeser bau- und isolierstoffe - Google Patents

Description

VON KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler f 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selting, Köln

5 KöLNi ¹⁹* ^Febr· 1976 Ke/Bn.

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

Poul Jörgen Jensen, Casa Belsito, CH-6952 Canobbio Christian Kjellerup Hansen, 26 Via Longhena, CH-69OO Lugano

Verfahren zur Herstellung leichter, poröser Bau- und Isolierstoffe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von leichten, porösen Bau- und Isolierstoffen.

Bei einer Reihe von bekannten Verfahren zur Herstellung poröser keramischer Baustoffe werden zur Erzielung der Porosität in eine Rohmasse zur Herstellung keramischer Produkte sogenannte Ausbrennstoffe eingearbeitet,, wonach das Produkt geformt, getrocknet und gebrannt wird.

Der beim Brennvorgang verbrennende Ausbrennstoff hinterlässt Hohlräume, die dem fertigen Erzeugnis eine mehr oder weniger hochwertige Porosität verleihen. Als Ausbrennstoff hat man beispielsweise brennbare organische Stoffe, wie Sägemehl, Torf, Kork, Kohlenstaub und

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Zelluloseprodukte verwendet. Diese Ausbrennstoffe führen jedoch zur Bildung von Rissen und somit zur Verringerung der Druckfestigkeit, weshalb das erwünschte niedrige spezifische Gewicht in der Praxis kaum erreichbar ist.

Es ist des weiteren bekannt, einem keramisch abbindenden Rohstoff zusammendrückbare Körper aus Pflanzenstengelmark beizumischen. Aufgrund der leichten Zusammendrückbarkeit des Pflanzenstengelmarks erfolgt ein Zusammendrücken jedoch bereits beim Formen des Rohstoffs, beispielsweise des Tons, so dass beim darauffolgenden Trocknen leichte und trotzdem druckfeste Erzeugnisse kaum erzielbar sind. Ausserdem saugt das Pflanzenmark wie die vorgenannten übrigen organischen Stoffe Wasser auf, wodurch das spätere Trocknen erschwert wird.

In der deutschen Auslegeschrift Nr. 1.126.302 wird des weiteren vorgeschlagen, in eine Tonmasse teilweise zusammendrückbare, fertigaufgeschäumte Kunststoffteilchen einzuarbeiten und das Gemisch beispielsweise durch Giessen, Stampfen oder durch Strangpressen in einer Maschine zu verformen und darauf die geformten Produkte zu trocknen und zum Endprodukt zu brennen, wobei der Kunststoff entweicht. Als Kunststoffteilchen werden vorzugsweise Schaumstoffteilchen, beispielsweise expandierte Polystyrolteilchen mit einem Durchmesser von 0,5-10 mm verwendet.

Die vorerwähnte Methode ist wegen des ansteigenden Preises des als Ausbrennstoff benutzten Kunststoffs jedoch unwirtschaftlicher geworden. Ausserdem erhält man bei diesem Verfahren wegen der Teilchengrösse zwangsläufig ein makroporöses Gut mit einer oftmals unzweckmässig hohen Wasseraufnahme, je nach Ausführung ungenügender Druckfestigkeit und anderen unzulänglichen physikalischen Eigenschaften.

Werden, beispielsweise bei der Betonherstellung, die Kunststoffteilchen in ein hydraulisch abbindendes Material eingearbeitet, ist zudem häufig ein schlechtes Haften des Kunststoffs am Rohmaterial festzustellen.

Ein anderes bekanntes Prinzip bei der Herstellung poröser Bau- und Isolierstoffe ist das Einarbeiten von gasabspaltenden Stoffen in

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keramisch oder hydraulisch abbindende Rohstoffe. Die Gasabspaltung erfolgt entweder beim mechanischen Mischen oder beim späteren Trocknen und Brennen, wobei ein Verschäumen oder Aufblähen des Ausgangsmaterials erfolgt. Diese Methode ist jedoch nur zur Herstellung von Stoffen geeignet, an deren Druckfestigkeit nur massige Anforderungen gestellt werden, weil die in der Praxis nicht kontrollierbare Zellengrösse in der Regel zu unterschiedlich gerät. Ausserdem erfordern sowohl die Bearbeitung des Ausgangsmaterials als solche, das Beimischen der gasabspaltenden Stoffe sowie das Trocknen und eventuelle Brennen oder Autoklavieren einen grossen Energieaufwand.

In der U.S.A. Patentschrift Nr. 3·175·918 wird eine Kombination der vorerwähnten beiden Prinzipien bei einem Verfahren zur Herstellung poröser, feuerfester Körper aus feuerfesten Stoffen wie Siliziumkarbid und anderen Karbiden, Boriden, Nitriden und Suiziden beschrieben, wobei als Bindemittel beispielsweise Phenol- . kunststoffe und Epoxykunststoffe in Gegenwart von bereits aufgeschäumten abgehärteten Kunststoffen, beispielsweise Phenolkunststoffteilchen oder gasabspaltenden Kunststoffen wie Polyisocyanaten Verwendung finden, die während oder nach dem Vermischen der obengenannten Komponenten aufschäumen. Bei diesem Verfahren ist jedoch eine relativ grosse Menge Kunststoffbindemittel erforderlich, das durch Erhitzung zu verkohlen und beispielsweise in Siliziumkarbid umzuwandeln ist. Die Neigung des Materials, beim Verkohlen erheblich zu schrumpfen, führt wiederum zu Erzeugnissen mit unerwünschten Rissen und unzureichender Mass- und Formgenauigkeit.

Ein drittes Prinzip wird in den beiden deutschen Offenlegungsschriften Nr. 2.022.419 und 2.023-419 beschrieben. Diese beiden Druckschriften offenbaren ein Verfahren zur Herstellung von porösen, gebrannten Granulaten oder Formkörpern aus staubförmigen mineralischen Stoffen, beispielsweise Ton, Flugsand oder Flugasche, die mit Wasser zu einem formbaren Brei verarbeitet werden, dem eine Schaummasse zugesetzt wird, wonach das gesamte Gemisch getrocknet, gebrannt oder in anderer bekannter Weise erhärtet wird. Die Schaummasse besteht aus an sich bekannten, bei Wasserzusatz aufschäumenden Schaumbildnern, beispielsweise Tensiden wie Fettalkoholpolyglykolestern, Fettalkoholsulfaten, Alkylsulfonaten, Fettalkoholäthersulfaten und Alkylphenolpolyglykoläthern. 809835MOiA

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Festigkeit dieser Schaummasse nicht ausreicht, um dem beispielsweise vom Ton herrührenden Druck und den Beanspruchungen beim Vermischen der Massen Widerstand zu bieten, so dass der grösste Teil der Luftblasen platzt. Die dabei in der Praxis erreichte Porosität von selten über 10% ist unzureichend. Dieser Mangel ist besonders ausgesprochen, wenn beispielsweise die Tonmasse durch Behandlung mit Wasserdampf der üblichen Plastifizierung unterworfen wird, wobei der Schaum grösstenteils zusammenfällt.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung leichter, poröser Bau- und Isolierstoffe, welche die vorerwähnten Nachteile nicht aufweisen und sowohl am Verwendungsort als auch bei der industriellen Herstellung verwendbar sind. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass dem gewählten Rohmaterial in fein zerkleinertem plastischem Zustand eine noch nicht ausgehärtete, mechanisch aufgeschäumte Zweikomponenten-Schaummasse zugesetzt wird, die als erste Komponente ein übliches schaumbildendes oberflächenaktives Mittel und als zweite Komponente ein Strukturmaterial in wässriger Lösung, Dispersion oder Emulsion enthält. Das schaumbildende, oberflächenaktive Mittel kann beispielsweise obenerwähnter Art sein. Als erfindungsgemässes Strukturmaterial werden vorzugsweise verwendet:

a) wasserlösliche synthetische oder natürliche thermohärtende Kunststoffe, beispielsweise Aminoplaste wie Karbamid-Kunststoffe (Harnstoff-Formaldehyd-Kunststoffe) und Melaminkunststoffe, Phenoloder Epoxykunststoffe und eventuell

b) Kunststoffdispersionen, beispielsweise von Vinylacetat-, Vinylchlorid-, Vinylidenchlorid- oder Akrylpolymeren oder -copolymer en, und/oder

c) synthetische oder natürliche Latexe und/oder Wachsemulsionen, und/oder

d) modifizierte oder nicht modifizierte Polysaccharide, hierunter Stärke- und Zelluloseprodukte, beispielsweise CMC.

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Die obengenannten Struktur-a eof f e sind je nach gewünschtem Endprodukt und den sich hieraus ergebenden Verarbeitungsstufen, insbesondere dem Mischen und Verpressen sowohl einzeln als auch im Gemisch verwendbar, indem die an den Schaum zu stellenden Festigkeitsanforderungen je nach Arbeitsweise schwanken. Das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 offenbarte erfindungsgemässe Verfahren ist sowohl zur Herstellung von Bauelementen (Ziegelsteinen) jeglicher Art als auch zur Herstellung von Klinkern und Granulaten sowie von Formkörpern und Stampfmassen, hierunter feuerfesten Erzeugnissen geeignet. Die hergestellten Granulate sind beispielsweise als Zuschlag bei der Herstellung von Leichtschamotte oder Leichtbeton oder in Gegenwart geeigneter Bindemittel durch Verpressen zu Formkörpern mit erhöhter Porosität verwendbar.

Beim erfindungsgemässen Verfahren verwendbare Ausgangsmaterialien sind:

a) keramisch abbindendes Gut wie Ton, Tonschiefer, Kaolin, Schamotte etc.' und/oder

b) chemisch und/oder hydraulisch abbindende Stoffe hierunter auch latent hydraulische Stoffe wie Zement, Magnesit, Gips, Flugasche, Laterit, Bauxit gegebenenfalls in Verbindung mit Wasser und/oder gewissen Metallsalzen wie Magnesiumsulfat oder Natriumsulfat.

Von entscheidender Bedeutung für den günstigen Verlauf des Verfahrens ist, dass die vorgenannten Ausgangsmaterialien einen sehr hohen Feinheitsgrad (1 /um oder weniger bis zu 1 mm) aufweisen, der, falls das Material als solches nicht genügend feinkörnig ist, durch Zerkleinerung erreicht werden muss.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist auch darin vorteilhaft, dass der verwendete Schaum so stabil ist, dass er beispielsweise der Einwirkung des Tonmaterials beim Mischvorgang und den dabei auftretenden mechanischen Beanspruchungen gewachsen ist und somit einen hohen Ausnutzungsgrad im Sinne des Porenvolumens der jeweiligen Enderzeugnisse aufweist. Als weiterer Vorteil ist zu nennen das sehr grosse Aufschäumverhältnis', d.h. ein Volumenverhältnis von 1:24-1:30, in extremen Fällen 1:40 zwischen Schaum-

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mittel plus Strukturmaterial einerseits und aem fertigen Schaum andererseits, was einen trockeneren Schaum und somit einen niedrigeren Energiebedarf beim Trocknen und gegebenenfalls beim Brennen gewährleistet als bei den gemäss den vorerwähnten Offenlegungsschriften hergestellten Schaummassen, bei denen man in der Praxis selten Aufschäumverhältnisse von über 1:14 erzielt, ganz abgesehen von den übrigen vorstehend erwähnten Nachteilen. Der trockenere Schaum ist auch bei hydraulisch abbindenden Stoffen insofern von Vorteil, als dadurch die später durch Austrocknung zu entfernende überschüssige Wassermenge vermindert wird.

Die beim erfindungsgemässen Verfahren verwendeten und als Träger für Luftbläschen wirkenden Schäume weisen eine sehr grosse spezifische Oberfläche auf, an der die feinen Rohmaterialteilchen haften. Dabei können in geeigneter Menge und Teilchengrösse die bekannten organischen und/oder anorganischen Ausbrennstoffe wie Sägemehl, Torf, Fasern oder expandiertes Polystyrol zugesetzt werden.

Die Struktur der beigemischten Schaummasse als solcher verleiht dem fertigen Produkt eine mikroporöse Struktur, die jedoch je nach den eventuell verwendeten weiteren Zuschlag- und/oder Ausbrennstoffen mikro- und/oder makroporös sein kann.

Die Verwendung eines temperaturfesten und thermohärtenden Schaums in noch formbarem, nicht-abgehärtetem Zustand ist besonders zweckmässig, weil die keramischen Massen wie erwähnt unmittelbar vor der Verformung häufig mittels Wasserdampf weiter plastifiziert werden, und weil in Pressen und anderen Behandlungsvorrichtungen Reibungswärme entwickelt wird.

Das Verfahren ist,wie schon erwähnt, nicht nur zum Porosieren keramischen Guts geeignet,.sondern auch dazu verwendbar, bei hydraulisch abbindenden Materialien eine poröse Struktur zu schaffen. Beim Porosieren von hydraulisch abbindenden Stoffen mittels Schaum nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird aufgrund der natürlichen Hydratisierungswärme und beispielsweise beim Winterbau teils auch durch den dort üblichen Dampf zur Beschleunigung des AbbindeVorgangs und zur Verhinderung von Frostschäden eine beschleunigte Aushärtung erzielt. Die gleichen Verhältnisse ergeben sich beim eventuellen Nachhärten von aufge-

schäumten Zementprodukten, Kalksandstein etc. in Autoklaven und dergleichen.

Das Mischungsverhältnis zwischen dem Schaum und dem Ausgangsmaterial kann je nach der gewünschten Porosität und der Beschaffenheit, Ausführung und Qualität des gewünschten Endprodukts innerhalb weiter Grenzen schwanken.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird durch die nachstehenden Beispiele weiter veranschaulicht.

Beispiel 1

Ein gut aufbereiteter, plastischer, gelbbrennender Ton mit einem Kornaufbau von 0-1 mm, einer Ausgangsfeuchte von 15,8% und einer Scherbenrohdichte von 1,73 kg/dnr in unversetztem, gebranntem Zustand wurde u.a. für die Versuche herangezogen.

Diesem Ton wurde eine Schaummasse in einem Volumenverhältnis 1:1 beigemischt. Der Schaum wurde aus einer Schaumlösung bestehend aus 1,5% oberflächenaktivem Schäumungsmittel, 1% eines hochmolekularen Polysaccharide, 20% einer 50%igen Karbamidkunststofflösung und 77}5% Restwasser hergestellt. Das Aufschäumverhältnis des Schaumes betrug 1:20.

Nach dem Einmischen, Verformen, Trocknen und Brennen bei ca. 950° C entstanden mikroporöse Vollsteine der Rohdichte 0,78 kg/dm Es konnte somit eine Gewichts erleichterung bzw. ein Porosierungsgrad von mehr als 50% festgestellt werden. Die erhaltenen Steine haben eine zufriedenstellende Druckfestigkeit.

Beispiel 2

Mit etwa der gleichen Ton/Schaum-Mischung wie im Beispiel 1 angegeben, werden nach einem besonderen Verformungsprozess perlenförmige Ziegelleichtgranulate hergestellt. Als Beispiele der Güteklasse solcher Granulate als Feinstsand können folgende Siebergebnisse angegeben werden:

983S/HU*

Granulat A Granulat B

Korngrösse

) 4 mm 0 0 0

2 mm 0 0,92 0,69

1 mm 0 5,39 5,91

500 ,um 0 27,31 27,11

250 /um 0 56,56 55,89

125 /um 0 7,39 8,22

75 /um 0 1,17 1,25

< 75 /um 0 1,26 0,93

Schüttgewicht 0,67 kg/1 0,72 kg/1

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Claims (3)

75.122 EC/Ha/an Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von leichten, porösen Bau- und/oder Isolierstoffen, dadurch gekennz eichnet, 'dass man einen oder mehrere feinkörnige, keramisch, hydraulisch oder chemisch abbindende Stoffe in plastischem Zustand mit einer noch nicht ausgehärteten, mechanisch aufgeschäumten Zweikomponenten-Schaummasse vermischt, die als erste Komponente ein oder mehrere schaumbildende, oberflächenaktive Mittel und als zweite Komponente einen oder mehrere Strukturstoffe in wässriger Lösung, Dispersion oder Emulsion enthält, dass man vor oder während des Aushärtens der Schaummasse das erhaltene Gemisch verformt, und dass man je nach Materialwahl das verformte Gemisch trocknet und brennt oder das Gemisch hydraulisch oder chemisch abbinden lässt.

2. Verfahren nach Anspruch' 1, dadurch gekennz e ichnet, dass als Strukturmaterial verwendet werden ein oder mehrere

a) wasserlösliche synthetische oder natürliche thermohärtende Kunststoffe, vorzugsweise Aminokunststoffe wie Karbamid-Kunststoffe und Melaminkunststoffe, Phenol- oder Epoxykunststoffe und gegebenenfalls

b) Kunststoffdispersionen, vorzugsweise von Vinylacetat-, Vinylchlorid-, Vinylidenchlorid- oder Akrylpolymeren und/oder Copolymeren und/oder

c) synthetische oder natürliche Latexe und/oder Wachsemulsionen, und/oder

d) modifizierte oder nicht modifizierte Polysaccharide, hierunter Stärke- und Zelluloseprodukte.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch, bestehend aus keramisch oder chemisch abbindendem Material und Schaummasse, ein oder mehrere organische und/oder anorganische Ausbrennstoffe zugesetzt werden, die später verbrannt werden.

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