DE2756198A1

DE2756198A1 - Anorganischer schaumstoff auf basis von metallphosphaten, verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung als waermeschutzmaterial

Info

Publication number: DE2756198A1
Application number: DE19772756198
Authority: DE
Inventors: Isamu Iwami; Tsuneo Wakabayashi; Akira Yoshino
Original assignee: Asahi Dow Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1978-06-22
Also published as: FR2374393B1; DE2756198B2; FR2374393A1; CA1103405A; DE2756198C3; GB1565740A

Description

¹¹ Anorganischer Schaumstoff auf Basis von Metallphosphaten, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung als Wärmeschutzmaterial "

Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen bezeichneten Gegenstand.

Organische Schaumkunststoffe, wie Polyurethan-, Polystyrol- und Polyethylenschaum, besitzen ausgezeichnete Wärmeisolierfähigkeit und eignen sich für verschiedene Zwecke, z.B. als Baumaterialien und Wärmeschutzmaterialien. Hierbei lassen sich die Polyurethan-Schaumstoffe bei Normaltemperatur schäumen und verfestigen, so daß sie sich insbesondere für Anwendungsbereiche eignen, bei denen die strukturelle' Endfertigung direkt am Herstellungsort erfolgt. Alle genannten Materialien sind jedoch aufgrund ihrer organischen Natur entflammbar und besitzen keine zufriedenstellende Wärmebeständigkeit. Vor allem die durch die Ruß- und Giftgasentwicklung beim Verbrennen der organischen Materialien verursachten Schaden haben sich in letzter Zeit zu einem großen Problem entwickelt. Auf dem Gebiet der Wärmeisoliermaterialien werden daher große Anstrengungen unternommen, nicht entflammbare Produkte herzustellen.

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Andererseits zeichnen sich anorganische Schaumstoffe, wie Glasschäume und poröser Leichtbeton, durch ihre Nicht-Entflammbarkeit und ausgezeichnete Hitzebeständigkeit aus. Alle diese Materialien werden jedoch bei hoher Temperatur und hohem Druck hergestellt, so daß eine offenzellige Struktur entsteht, die eine hohe Wasserabsorption und schlechte Wärmeisolierfähigkeit aufweist. Ferner hat diese Verfahrensweise den Nachteil, daß nur Produkte von bestimmter Form hergestellt werden können.

In der US-PS 3 148 996 ist eine bei Normaltemperatur schäumbare und härtbare Mischung für anorganische Schaumstoffe beschrieben, die ein saures Metallphosphat, wie saures Aluminiumphosphat, feinpulveriges Calciumsilikat und ein flüssiges Bindemittel, wie Wasser, enthält. In einem typischen Beispiel werden 50 Gewichtsteile einer wäßrigen Aluminiumphosphatlösung mit 50 Gewichtsteilen Calciumsilikatpulver vermischt; d.h. der zum vollständigen Verfestigen der Aluminiumphosphatlösung erforderlichen Menge. Nach teilweiser Verfestigung des Gemisches versetzt man mit etwa 5 Gewichtsteilen Calciumcarbonat, wobei unter Schäumen ein Produkt mit einem spezifischen Gewicht von 0,29 entsteht.

In der US-PS 3 330 675 ist eine weitere Mischung für anorganische Schaumstoffe beschrieben, bei der einige physikalische Eigenschaften gegenüber der Mischung der US-PS 3 148 996 dadurch verbessert werden, daß das Calciumsilikat durch eine basische Verbindung ersetzt ist, die das freie ^⁰S ^{in der} sauren Aluminiumphosphatlösung vollständig neutralisiert. Aus dieser Mischung hergestellte Schaumstoffe haben eine Dichte von mindestens 0,41 g/cm .

Aufgabe der Erfindung ist es, einen anorganischen Schaumstoff mit einem hohen Expansionsverhältnis und einem spezifischen Gewicht von 0,15 oder weniger bereitzustellen, der diskrete (getrennte) Zellen enthält, nicht entflammbar ist

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und ausgezeichnete Wärmeisolierfähigkeit und Hitzebeständigkeit aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein bei Normaldruck und -temperatur durchführbares Verfahren zur Herstellung dieses Schaumstoffs bereitzustellen.

Es wurde nun gefunden, daß eine wäßrige saure Lösung eines Metaliphosphats mit einem spezifischen Atomverhältnis von Metallen zu Phosphor (M/P-Verhältnis) und einem spezifischen Äquivalentverhältnis (Ä-Verhältnis) mit einem basischen Metallcarbonat zu einem Schaumstoff geschäumt werden kann, der ein hohes Expansionsverhältnis aufweist.

Ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man zunächst eine stabile wäßrige Lösung eines Metallphosphats mit einem spezifischen M/P-Verhältnis und Ä-Verhältnis herstellt, die selbst bei längerer Lagerung nicht von selbst aushärtet, und dann die erhaltene stabile Lösung durch Zusatz eines basischen Carbonate eines mehrwertigen Metalls gleichzeitig schäumt und verfestigt. In dem vorstehend genannten bekannten Verfahren zur Herstellung von anorganischen Schaumstoffen müssen demgegenüber unbedingt stöchiometrische Mengen (Ä-Verhältnis = 1) der Härtungsmittel (Calciumsilikat oder basische Verbindung) verwendet werden, um eine vollständige Härtung des Phosphatgemische zu bewirken. Außerdem wird mit dem Schäumen begonnen, nachdem die Härtung bereits in gewissem Ausmaß erfolgt ist, oder aber man beginnt mit dem Schäumen und Aushärten gleichzeitig, in dem man das Phosphatgemisch gleichzeitig mit dem Härtungsmittel und dem Schäummittel vermischt. Es ist völlig überraschend, daß ein stark expandierter Schaumstoff durch gleichzeitiges Schäumen und Verfestigen einer stabilen wäßrigen Metallphosphatlösung, die auf spezifische Weise nach dem Verfahren der Erfindung erhalten worden ist, hergestellt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist ein anorganischer Schaumstoff auf Basis von Metallsalzen der Phosphorsäure, der dadurch ge-

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AO

kennzeichnet ist, daß

a) das Verhältnis der Gesamtzahl der die Salze bildenden Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome 2/3 bis 2/1 beträgt;

b) zu den die Salze bildenden Metallen mehrwertige Metalle zählen, wobei das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen der Metalle zu den Gesamtvalenzen der Phosphationen 0,65 bis 0,95 beträgt;

c) der Schaumstoff diskrete Zellen mit einem mittleren Durchmesser von 3 mm oder weniger und

d) ein spezifisches Gewicht von 0,15 oder weniger aufweist.

Der anorganische Schaumstoff der Erfindung unterscheidet sich strukturell von allen bekannten anorganischen Schaumstoffen. Der Unterschied wird aus der Zeichnung deutlich, in der Fig. 1 eine mikroskopische Aufnahme (13 x) eines Querschnitts

des erfindungsgemäßen Schaumstoffs aus Beispiel 8, Fig. 2 eine mikroskopische Aufnahme (13 x) eines Querschnitts des in Vergleichsbeispiel 6 durch herkömmliches Schäumen bei Normaltemperatur hergestellten Schaumstoffs und

Fig. 3 eine mikroskopische Aufnahme (13 x) eines Querschnitts durch eine handelsübliche Calciumsilikatplatte bedeutet, die unter hohem Druck bei hoher Temperatur hergestellt worden ist.

Ein Vergleich der Fig. 1 bis 3 zeigt, daß der erfindungsgemäße Schaumstoff im Vergleich zu den bekannten Produkten in den Fig. 2 und 3 diskrete (getrennte) Zellen von gleichmäßiger Größe aufweist, was auf ein hohes Expansionsverhältnis des erfindungsgemäßen Schaumstoffs hinweist. Aufgrund dieser strukturellen Unterschiede ist der erfindungsgemäße Schaumstoff ein neuartiges Produkt mit niedrigem spezifischen Gewicht, ausgezeichneter Wärmeisolierfähigkeit und Hitzebeständigkeit sowie geringer Wasserabsorption.

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ΛΛ

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung des anorganischen Schaumstoffes, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine schäumbare Mischung, die

(A) ein Metallphosphat, das mindestens ein mehrwertiges Metall enthält, wobei das Verhältnis der Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome in dem Metallphosphat 1/3 bis 3/2 und das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen der Metallatome zu den Gesamtvalenzen der Phosphationen in dem Metallphosphat 1/3 bis 3/4 betragen,

(B) ein Carbonat eines mehrwertigen Metalls und

(C) Wasser enthält, bei Normaltemperatür schäumen und au shärten läßt.

Die Menge des Carbonate des mehrwertigen Metalls wird hierbei so gewählt, daß das Verhältnis der Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome in dem entstehenden Schaumstoff 2/3 bis 2/1 und das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen der Metalle in Bezug auf die Gesamtvalenzen der Phosphationen in dem entstehenden Schaumstoffen 0,65 bis 0,95 betragen.

Im Verfahren der Erfindung kann z.B. eine Mischung eingesetzt werden, die 100 Gewichtsteile des Metallphosphats (A), 5 bis 50 Gewichtsteile des Carbonate (B) und 20 bis 200 Gewichtsteile Wasser (C) enthält.

Spezielle Beispiele für die mehrwertigen Metallphosphate (A) sind primäre Phosphate, wie primäres Magnesiumphosphat, Calciumphosphat, Strontiumphosphat, Bariumphosphat, Zinkphosphat oder Aluminiumphosphat, und Gemische aus diesen primären mehrwertigen Metallphosphaten mit einem sekundären Phosphat, tertiären Phosphat oder Pyrophosphat von Metallen, wie Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Aluminium, Zink, Eisen oder Mangan. Die mehrwertigen Metallphosphate können gegebenenfalls mit Oxiden, Hydroxiden oder Silikaten von ein- oder mehrwertigen Metallen, z.B. Alkalimetallen, wie Lithium,

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Natrium oder Kalium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Aluminium, Zink, Eisen oder Mangan, modifiziert werden.

Als mehrwertiges Metall des Metallphosphats wird im allgemeinen ein zwei- oder dreiwertiges Metall verwendet. Hierbei sind im Hinblick auf die mechanische Festigkeit des Schaumstoffs Magnesium, Zink und Aluminium bevorzugt. Ferner wird Calcium wegen der geringen Kosten vorzugsweise verwendet.

Die genannten Metallphosphate können .direkt durch Umsetzen einer wäßrigen Phosphorsäurelösung mit Oxiden, Hydroxiden oder Salzen der genannten Metalle hergestellt werden. In Jedem Fall ist von kritischer Bedeutung, daß das Verhältnis (M/P) der Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome in dem Metallphosphat 1/3 bis 3/2 beträgt.

Falls das M/P-Verhältnis in dem eingesetzten Metallphosphat weniger als 1/3 beträgt, verläuft die gleichzeitig mit dem Schäumen erfolgende Aushärtung nicht ausreichend und es ist schwierig, das Schäumen und Aushärten im erforderlichen Gleichgewicht zu halten. Dies hat zur Folge, daß Schaumstoffe mit gleichmäßigen und feinen Schaumzellen nur schwer herstellbar sind. Es entstehen lediglich Schaumstoffe mit schlechter Wasser- und Hitzebeständigkeit. Wendet man andererseits ein M/P-Verhältnis von mehr als 3/2 an, so sind die wäßrigen Lösungen dieser Salze äußerst instabil. Die wäßrige Lösung neigt zur Selbsthärtung, wodurch ebenfalls das Schäumen und Aushärten nicht in dem erforderlichen Gleichgewicht gehalten werden können, so daß nur ein Schaumstoff mit niedrigem Expansionsverhältnis entsteht.

Ferner beträgt das Äquivalentverhältnis (Ä) in dem eingesetzten Metallphosphat vorzugsweise 1/3 bis 3/4. Ä ist hierbei nach folgender Gleichung definiert als das Verhältnis der Gesamtvalenzen der Metalle zu denen der Phosphationen:

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Hierbei bedeuten N die Anzahl der Phosphoratome in dem Metallphosphat, i die Wertigkeit des Jeweiligen Metalls und E^ die Anzahl der Metallatome mit der Wertigkeit i.

Beispiele für geeignete Carbonate von mehrwertigen Metallen sind Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonate Strontiumcarbonate Bariumcarbonate Zinkcarbonat, Eisencarbonat, Kobaltcarbonat, Zirkoniumcarbonat, basisches Magnesiumcarbonat und basisches Kobaltcarbonat. Die Carbonate müssen sich von einem Metall mit einer Wertigkeit von 2 oder mehr ableiten, damit sie als Treibmittel, das bei der Reaktion mit dem genannten Phosphat Kohlendioxid entwickelt,und gleichzeitig als Härtungsmittel zum Verfestigen des Metallphosphats fungieren können.

Die eingesetzte Carbonatmenge hängt vom M/P-Verhältnis und vom Äquivalentverhältnis Ä ab. Verwendet man nämlich ein Metallphosphat mit einem höherem M/P-Verhältnis und Äquivalent verhältnis Ä, so kann das Gleichgewicht zwischen Schäumen und Aushärten durch Verwendung einer geringen Carbonatmenge aufrecht erhalten werden. Sind andererseits das M/P-Verhältnis und das Äquivalentverhältnis A kleiner, so ist eine rela tiv große Carbonatmenge erforderlich, um das erforderliche Gleichgewicht zwischen Schäumen und Aushärten aufrecht zu halten. Eine Analyse der erhaltenen Daten hat ergeben, daß zufriedenstellende Ergebnisse dann erzielt werden, wenn man das Äquivalentverhältnis A* des eingesetzten Metallphosphats, das im Bereich von 1/3 bis 3/4 liegt, durch Zusatz des Carbonats auf 0,65 bis 0,95 erhöht. Um durch Entwicklung von Kohlendioxidblasen eine ausreichende Expansion zu erzielen, wird das Carbonat ferner vorzugsweise in einer Menge verwendet, die zur Erhöhung des Äquivalentverhältnisses um mindestens 0,06, vorzugsweise 0,15 oder mehr, ausreicht. Um den

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genannten Bedingungen zu genügen, werden üblicherweise 5 bis 50 Gewichtsteile Carbonat pro 100 Gewichtsteile Metallphosphat verwendet.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt man zunächst eine wäßrige Lösung oder Dispersion des Metallphosphats her. Hierbei ist wichtig, daß die Komponenten homogen vermischt werden und die erhaltene wäßrige Lösung oder Dispersion eine geeignete Viskosität aufweist. Bei zu niedriger Viskosität kann der Schaumstoff vor dem Verfestigen schrumpfen. Andererseits ist es bei zu hoher Viskosität schwierig, das Treibmittel zuzumischen. In keinem dieser Fälle wird daher ein brauchbarer Schaumstoff erhalten. Zur Erzielung einer geeigneten Viskosität verwendet man 20 bis 200 Gewichtsteile Wasser pro 100 Gewichtsteile des Phosphats bzw. modifizierten Phosphats. Eine Analyse der erhaltenen Daten hat ferner ergeben, daß man besonders günstige Ergebnisse erzielt, wenn man das Carbonat einer wäßrigen Lösung oder Dispersion des Phosphats oder modifizierten Phosphats zusetzt, bei dem das M/P-Verhältnis 1/3 bis 3/2 und das Äquivalentverhältnis Ä 1/3 bis 3/4 betragen und das M/P-Verhältnis nicht kleiner als das Äquivalentverhältnis Ä und nicht höher als das 2/3-fache des Äquivalentverhältnisses Ä ist. Die Zusatzmenge wird hierbei so gewählt, daß das Äquivalentverhältnis Ä um mindestens 0,06 auf ein Äquivalentverhältnis Ä des erhaltenen Schaumstoffs im Bereich von 0,65 bis 0,95 erhöht wird.

Die wäßrige Lösung oder Dispersion des Metallphosphats, deren Zusammensetzung innerhalb des genannten bevorzugten Bereichs liegt, ist selbst bei längerer Lagerung stabil und zeigt keine Selbsthärtungsneigung. Die stabile wäßrige Lösung oder Dispersion des Metallphosphats kann durch Zugabe des genannten Metallcarbonats mit einem hohen Expansionsverhältnis geschäumt und gleichzeitig verfestigt werden, üblicherweise wird das Carbonat zugegeben, in dem man die wäßrige Phosphat-

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AS

lösung oder -dispersion mit hoher Geschwindigkeit rührt. Hierauf gießt man das erhaltene Gemisch in eine geeignet geformte Form und läßt es bei Normaltemperatur schäumen und aushärten. Innerhalb einigen Sekunden bis zu einigen 10 Minuten nach dem Mischen beginnt gewöhnlich das Schäumen und die vollständige Aushärtung erfolgt innerhalb 10 Minuten bis 10 Stunden. Der Expansionsgrad, die Expansionsgeschwindigkeit und die Aushärtungsgeschwindigkeit können anhand der Zusammensetzung des Phosphats, des verwendeten Carbonate und seiner Menge sowie der Rührgeschwindigkeit beim Mischen beliebig geregelt werden.

Der anorganische Schaumstoff der Erfindung weist vorzugsweise an die Phosphatgruppen chemische gebundene hydrophobe Gruppen auf. Unter diesen hydrophoben Gruppen verleihen insbesondere Reaktionsprodukte zwischen den Phosphatgruppen undd Verbindungen der allgemeinen Formel (I) dem Schaumstoff ausgezeichnete wasserabstoßende Eigenschaften:

(O)₁

R'-(0)_m-Q-(0)_k (I)

Hierbei bedeutet Q ein Phosphor- oder Stickstoffatom und k, 1, m und η sind ganze Zahlen von 0 bis 1, wobei, falls Q ein Phosphoratom ist,

a) k den Wert 0 oder 1, 1 und m den Wert 1 und η den Wert 0 oder 1 haben, R und R¹ Wasserstoffatome sind und R^M ein Alkyl-, Aryl-, substituierter Alkyl- oder substituierter Arylrest ist, oder

b) k den Wert 0 oder 1, 1 den Wert 1, m und η den Wert 0 oder 1 haben, R ein Wasserstoffatom ist, und R¹ und R" Alkyl-, Aryl-, substituierte Alkyl- oder substituierte Arylreste sind, und falls Q ein Stickstoffatom ist, k, 1, m und η den Wert 0 haben und R, R¹ und R" Wasserstoffatome oder

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Alkyl-, Aryl-, substituierte Alkyl- oder substituierte Arylreste sind, mit der Maßgabe, daß R, R¹ und R" nicht gleichzeitig Wasserstoffatome sein können.

Typische Beispiele für Verbindungen der Formel (I) sind:

(b)

R₂ OK

R₁-O_x 0

(c) ^x ^ P-OH

R-O
(d) ^X ^P-OH

(e) R₁. N

wobei R-] einen Alkyl-, Aryl-, substituierten Alkyl- oder substituierten Arylrest, Rp eine Hydroxygruppe oder einen Alkyl-, Aryl-, substituierten Alkyl- oder substituierten Arylrest, R-z ein Wasserstoff atom oder einen Alkyl-, Aryl-, substituierten Alkyl- oder substituierten Arylrest und R^, Rc und Rg Wasserstoffatome oder Alkyl-, Aryl-, substituierte Alkyl- oder substituierte Arylreste bedeuten, R^, R₅ und Rg jedoch nicht gleichzeitig Wasserstoffatome sein können.

Bekannte anorganische Schaumstoffe oder poröse Materialien haben gemeinsam den Nachteil, daß sie eine schlechte Wasserbeständigkeit aufweisen und Wasser oder Feuchtigkeit stark absorbieren. Die ursprünglich gute Wärmeisolierfähigkeit wird daher oft im praktischen Einsatz durch die Wasser- bzw. Feuch-

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tigkeitsabsorption beeinträchtigt.

Zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit ist bereits vorgeschlagen worden, eine hydrophobe Substanz, z.B. Paraffinwachs, Mineralöl oder Siliconöl, in einem anorganischen Material, wie Zement oder Gips, zuzusetzen. Ein Nachteil die-» ses Verfahrens besteht darin, daß sich die hydrophobe Verbindung nur äußerst schwer mit den anorganischen Material homogen mischen läßt. Ein bei makroskopischer Beobachtung homogen erscheinendes Gemisch kann sich bei mikroskopischer Beobachtung als inhomogen herausstellen. Die Verbesserung der Wasserbeständigkeit ist daher recht beschränkt; insbesondere bei Schaumstoffen oder porösen Materialien mit einer Struktur, die die Wasserabsorption begünstigt, ist es unmöglich, die Wasserbeständigkeit nach dem beschriebenen Verfahren zu verbessern.

Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird die Wasserbeständigkeit des anorganischen Schaumstoffs der Erfindung dadurch beeinflußt,daß man die Verbindung der allgemeinen Formel (I), die mit dem Metallphosphat reaktive funktionelle Gruppen in Kombination mit hydrophoben Gruppen aufweist, homogen dispergiert. Die Verbindung entfaltet ihre Wirkung bereits bei äußerst geringen Zusatzmengen und die Wirkung ist praktisch permanent, da die Verbindung chemisch an das anorganische Material gebunden ist. Es ist daher von kritischer Bedeutung, daß die Verbindung (I) mit dem Metallphosphat reaktive funktioneile Gruppen in Kombination mit hydrophoben Gruppen aufweist. Eine nur hydrophobe Gruppen aufweisende Verbindung ist nicht im Sinne der Erfindung wirksam. Als hydrophobe Gruppen eignen sich z.B. Alkyl-, Aryl-, substituierte Alkyl- und substituierte Arylreste. Ferner sind Alkylsilylgruppen _R

(R-Si-)

R
verwendbar. Die mit dem Metallphosphat reaktiven funktionel-

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At

len Gruppen sind Aminogruppen, die durch eine Neutralisationsreaktion an die Phosphorsäuregruppen des Metallphosphats chemisch gebunden werden, oder Phosphorhydroxidgruppen, die durch Neutralisations- oder Austauschreaktion an die Metallionen des Metallphosphats chemisch gebunden werden. Spezielle Beispiele für Verbindungen der allgemeinen Formel (I) sind organische Amine, wie Mono-(oder Di- oder Tri-)-butylamin,, Mono- (oder Di- oder Tri-)hexylamin, Mono- (oder Di- oder Tri-) octylamin, Mono- (oder Di- oder Tri-) laurylamin, Mono- (oder Di- oder Tri-)palmitylamin, Anilin oder Myristylphenylamin, organische Phosphorsäuren, wie Mono- (oder Di-)phenylphosphorsäure oder Mono- (oder Di-)phenylphosphorsäure, Phosphorsäureester, wie Phosphorsäuremono- (oder-di-)butylester oder Phosphorsäuremono- (oder -di-)-oleylester, organophosphorige Säuren, wie Mono-(oder Di-)-stearylphosphorige Säure, oder Mono- (oder Di-)-dodecylphenylphosphorige Säure, und Phosphorigsäureester, wie Phosphorigsäure-(octyl)-(dodecyl)-ester, Phosphorigsäure-(butyl)-(nonylphenyl)-ester und Phosphorigsäurestearylester.

Die Verbindung der Formel (I) wird in einer Menge von 0,01 bis 10 Gewichtsteilen, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gewichtsteilen, pro 100 Gewichtsteile Metallphosphat verwendet. Mit Mengen von weniger als 0,01 Gewichtsteil ist kein signifikanter Effekt erzielbar. Andererseits verhindern Mengen von mehr als 10 Gewichtsteilen ein homogenes Vermischen und Umsetzen und führen in extremen Fällen zu einem Verlust der gewünschten Eigenschaften, d.h. der ausgezeichneten Wärmeisolierfähigkeit und Nichtentflammbarkeit.

Die Verbindung der Formel (I) kann zu beliebiger Zeit während der Herstellung des Schaumstoffs zugesetzt werden. Beispielsweise kann sie in der eingesetzten wäßrigen Metallphosphatlösung oder -dispersion enthalten sein, oder aber man kann sie dem Carbonat zumischen, das der wäßrigen Metallphosphatlösung oder -dispersion zugesetzt wird.

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Wie vorstehend beschrieben, wird der erfindungsgemäße Effekt durch Verwendung einer Verbindung erzielt, die mit dem Metallphosphat reaktive funktioneile Gruppen in Kombination mit hydrophoben Gruppen aufweist.

Mit dem Metallphosphat reaktive hydrophobe Verbindungen, wie Alkohole, Epoxyverbindungen und Aminsalze von schwachen Säuren, können daher ebenfalls verwendet werden, um in situ die Verbindung der Formel (I) zu bilden.

Der anorganische Schaumstoff der Erfindung kann ferner gegebenenfalls Zuschlagstoffe, Verstärkungsmaterialien und/oder Füllstoffe enthalten, um die mechanische Festigkeit zu verbessern. Hierbei ist von Bedeutung, daß die Zellfonn und -größe des Schaumstoffs durch die Verwendung eines derartigen Verstärkungsmaterials stark beeinflußt wird. Insbesondere die physikalischen Eigenschaften, wie die Wärmeisolierfähigkeit, können manchmal verschlechtert werden, so daß die Art und die Menge des Verstärkungsmaterials sorgfältig ausgewählt werden sollten. Als Verstärkungsmaterialien eignen sich z.B. faserförmige Materialien, wie Glasfasern, Asbestfasern, Steinwolle, faseriges Calciumsilikat, Cellulosefaser^ und Synthesefasern, wie Polyester und Polyamide, sowie pulverförmige Verstärkungsmaterialien, wie Flugasche, Talcum, Kaolinit, Zirkonsand, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und Perlit. Die Menge des Verstärkungsmaterials beträgt vorzugsweise 1 bis 1000 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Phosphats. Vor allem faserförmige Verstärkungsmaterialien können bei Verwendung in zu großen Mengen einen sehr nachteiligen Einfluß auf den Schäumzustand ausüben, während sie andererseits die Festigkeit des Schaumstoffs beträchtlich erhöhen. Sie werden daher vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 25 Gewichtsteilen verwendet. Demgegenüber verbessern pulverförmige Verstärkungsmaterialien in geringer Menge die Festigkeit des Schaumstoffs nicht nennenswert, haben jedoch andererseits bei größeren Mengen keinen negativen Einfluß auf den entstehenden Schaumstoff.

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Sie werden daher vorzugsweise in Mengen von 10 bis 1000 Gewichtsteilen verwendet. Mengen von mehr als 1000 Gewichtsteilen sind nicht bevorzugt, da die Verarbeitbarkeit verschlechtert wird und die Schaumstoffe ein geringeres Expansionsverhältnis und schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die Obergrenze des Gehalts an Verstärkungsmaterialien ist ferner dann beschränkt, wenn sie mit dem Metallphosphat der Erfindung reaktive Metallverbindungen enthalten.

Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Mischungen können bei Normaltemperatür und Normaldruck anorganische Schaumstoffe von komplizierter Form hergestellt werden, die mit bekannten anorganischen Schaumstoffen nicht herstellbar sind. Außerdem besitzen die Schaumstoffe der Erfindung ausgezeichnete NichtEntflammbarkeit, Wärmeisolierfähigkeit, Hitzebeständigkeit und Wasserbeständigkeit sowie mechanische Festigkeit.

Der erfindungsgemäße Schaumstoff eignet sich ausgezeichnet zur Herstellung von Verbundstoffen mit anderen Materialien. Wie vorstehend beschrieben, ist die erfindungsgemäße Mischung bei Normaltemperatür und -druck schäumbar, so daß Verbundstoffe einfach dadurch hergestellt werden können, daß man die Mischung in den Zwischenraum zwischen den anderen Materialien gießt und schäumen und aushärten läßt. Diese Verarbeitungsweise ist bei bekannten anorganischen Schaumstoffen völlig undenkbar. Durch Gießen der Mischung in den Zwischenraum zwischen den anderen Materialien, die verschiedene komplizierte Form aufweisen können, z.B. eine Ebene, gekrümmte oder Honigwabenstruktur, und anschließendes Schäumen und Aushärten der Mischung können daher leichtgewichtige Verbundstoffe mit ausgezeichneter Wärmeisolierfähigkeit hergestellt werden, die für verschiedene Zwecke, vorzugsweise als Wärmeschutzmaterialien, verwendet werden können. Hierbei ist es nicht erforderlich, großkalibrige Anlagen zu verwenden, sondern die erfindungsgemäße Mischung eignet sich auch für Wärmeisoliermaterialien von Wärmespeichern, Wärmeisoliermaterialien für Schiffe oder flamrahemmende Wärmeisoliermaterialien für Stahl-

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gerüste, bei denen die Formgebung am Ort der Herstellung der Mischung erfolgt.

Andere, in Kombination mit der erfindungsmäßen Mischung verwendbare Materialien sind z.B. Metalle, Gläser, Zementprodukte, Gipsprodukte, Kunststoffe, Hölzer, Papiere und Gewebe. Der anorganische Schaumstoff zeigt eine ausgezeichnete Haftung an diesen anderen Materialien.

Die Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Teile beziehen sich auf das Gewicht; die Wärmeleitfähigkeit wird nach ASTiA-C 518 gemessen.

Zur Bestimmung der Wasserbeständigkeit werden folgende Testverfahren angewandt:

1) Messung der Wasserabsorption

Aus der Probe wird ein 5 x 5 x 5 cm großer Prüfblock ausgeschnitten und nach Messung des Gewichts und des scheinbaren Volumens 3 Stunden in Wasser von 25°C getaucht, worauf man den Block nochmals wiegt. Die pro 100 cnr des Prüfblocks absorbierte Ytessermenge wird nach folgender Gleichung berechnet:

Gewicht nach der _ Gewicht vor der Wasserab- Absorption (g) ~ Absorption (g)

sorption , = : χ 100

(g/100 cm ) scheinbares Volumen des Prüfblocks

vor der Absorption (cm^)

2) Prüfung des Eindringens von roter Tinte

Aus der Probe wird ein 3 x 3 x 6 cm großer Prüfblock ausgeschnitten und 12 Stunden in handelsübliche wäßrige rote Tinte getaucht, worauf man den Block quer durchschneidet und das Eindringen der roten Tinte auswertet.

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Beispiel

Primäres Aluminiumphosphat (50prozentige wäßrige Lösung) tertiäres Magnesiumphosphat tertiäres Calciumphosphat

150 Teile

50 Teile 40 Teile.

Die vorstehenden Komponenten mit einem M/P-Verhältnis von 0,91 und einem Ä-Verhältnis von 0,67 werden bei Normaltemperatur vollständig vermischt, worauf man 20 Teile basisches Magnesiumcarbonat zumischt. Das Gemisch wird dann entnommen und stehengelassen. Der sofort beginnende Schäumvorgang ist nach 15 Minuten praktisch vollständig, wobei ein Schaumstoff (M/P = 1,07; Ä = 0,77) entsteht, dessen Eigenschaften in Tabelle I genannt sind. Die Wärmeleitfähigkeit wird bei einer mittleren Temperatur von 35 C gemessen und die Hitzebeständigkeit wird anhand der Änderungen ausgewertet, die nach 2stündiger Behandlung des Schaumstoffs in einem Elektroofen bei 1000⁰C zu beobachten sind. Zuun Vergleich sind auch die Eigenschaften eines Polystyrolschaums ("Styrofoam") in Tabelle I genannt.

Tabelle I

Probe Expansions- spez. Wärraeleitfähigverhältnis Gewicht keit
(kcal/m.h. C

Beispiel

Polystyrol schaum

0,11

U,

0,035

0,030

Hitzebeständigkeit

keine Änderung nach 2 h bei 1000⁰C

vollständige Verformung nach 5 min bei 11

110⁰C

Beispiele 2 Vergleichsbeispiele 1

75prozentige wäßrige Phosphorsäure-Lösung

Aluminiumhydroxid

Zinkoxid

Ma gne s ium oxi d

und 3 und 2

91,4 Teile

11,4 Teile

7,5 Teile

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S3

Die Komponenten werden gründlich vermischt und bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei eine transparente viskose Lösung (M/P = 0,66; Ä β 0,50) entsteht. Die Lösung wird mit verschiedenen, in Tabelle II genannten Mengen Calciumcarbonat vermischt.

Tabelle II

Vergleichs- Beispiel Beispiel beiseiel 1 2 3

Calciumcarbonatmenge (Teile)

23

34

Vergleichsbeispiel 2

Die Eigenschaften der entstehenden Schaumstoffe sind in Tabelle III genannt.

Tabelle III

spez. Wärmeleit-

Gewicht M/P ä fähigkeit _n

(kcal/m.h.⁰C)

Vergleichsbeispiel 1

0,73 0,54
Beispiel 2 0,09 1,00 0,72 0,038

Beispiel 3 0,05 1,16 0,83

0,033

Vergleichsbeispiel 2

1,40 0,99

Schäumung

geschäumt, Jedoch nicht verfestigt

gleichmäßige diskrete Zellen mit einer durchs chni ttlichen Zellgröße von 2,1 mm

gleichmäßige diskrete Zellen mit einer durchschnittlichen Zeilgröße von 1,5 mm

nicht mischbar

Beispiele 4 bis 9

Es werden die in Tabelle IV genannten wäßrigen Metallphosphatmischungen hergestellt. Die Mengenangaben sind Gewichtsteile.

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	Bei spiel 4	au	Bei spiel 6	Bei spiel 7	Bei spiel 8	Bei spiel 9
	140	Tabelle IV	140	140	160	160
	40	Bei spiel	25	20	20	20
Phosphorsäure (75%" wäßrige Lösung)	10	140	25	30	-	-
Aluminium hydroxid	-	30	-	-	35	35
Magnesiumoxid	-	20	-	-	-	40
Zinkoxid	50	-	50	50	-	20
Natriumhydroxid	0,70	-	0,87	0,93	0,55	1,38
Wasser	50
M/P	0,81

Ä 0,63 0,66 0,68 0,70 0,44 0,72

Die Metallphosphatmischungen sind sämtlich stabile Lösungen, die nach 24 Stunden weder eine Viskositatszunähme noch Verfestigungserscheinungen zeigen.

Die einzelnen Mischungen werden mit basischem Magnesiumcarbonat in der in Tabelle V genannten Menge versetzt. Durch gründliches Mischen der jeweiligen Gemische erhält man Schaumstoffe, deren Eigenschaften in Tabelle V genannt sind.

	Bei spiel 4	Tabelle	V	Bei spiel	Bei spiel 8	Bei spiel 9
	40	Bei spiel	Bei spiel 6	25	80	20
Basisches Mag- nesiumcarbonat (Teile)	1,08	35	30	1,17	1,23	1,59
M/P	0,89	1,15	1,16	0,86	0,89	0,83
Ä	0,08	0,88	0,87	0,06	0,04	0,09
spez. Gewicht	1,1	0,07	0,07	1,0	1,5	2,0
mittlere Zellen größe (mm)	1,0	1,5

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Vergleichsbeispiele 3 bis 5

Es werden die in Tabelle VI genannten Metallphosphatmischungen hergestellt. Die Mengenangaben sind Gewichtsteile.

Tabelle VI

	Vergleichs- beispiel 3	Vergleichs- beisTDiel 4	1,03	Vergleichs- beisüiel 5
prim. Alumini tun - phosphat (50pro- zentige wäßrige Lösung)	100	100	0,80	100
Magnesiumoxid	12,9	-	-
Zinkoxid	-	26,9	-
Calciumsilicat	-	mm	100
M/P	1,00	2,1
Ä	0,78	1,5

Die Metallphosphatmischungen sind sämtlich instabil und verfestigen sich in wenigen Minuten. Bei Zusatz eines Carbonate eines mehrwertigen Metalls ist bei diesen Mischungen praktisch kein Schäumen zu beobachten.

Vergleichsbeispiel 6

primäres Aluminiumphosphat _{1nn φ} . -,

(50prozentige wäßrige Lösung) ^ιυυ ^xei±e

Calciumsilicat 100 Teile.

Die Komponenten (M/P = 2,1; Ä = 1,5) werden gründlich vermischt und dann vor der vollständigen Verfestigung der Komponenten mit 10 Teilen Calciumcarbonat vermengt. Die Eigenschaften des erhaltenen Schaumstoffs sind in Tabelle VII genannt .

Tabelle VII

spez. mittlere Wärmeleitfähigkeit

Gewicht Zellengröße (kcal/m.h. QC

0,48 5,00 mm 0,115

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Die Ergebnisse der Vergleichsbeispiele 3 bis 6 zeigen, daß aus selbsthärtenden Ausgangsmischungen mit M/P-Verhältnissen und Ä-Verhältnissen außerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche keine stark expandierten Schaumstoffe mit niedrigem spezifischem Gewicht hergestellt werden können.

Vergleichsbeispiel 7

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man Natriumcarbonat an Stelle von basischem Magnesiumcarbonat in derselben Menge. Die Mischung schäumt zwar, jedoch kommt es selbst nach längerer Zeit zu keiner Aushärtung, so daß kein fester Schaurastoff entsteht. Es ist somit von kritischer Bedeutung, ein Carbonat eines mehrwertigen Metalls zu verwenden, das auch als Härtungsmittel fungiert.

Beispiel 10

Primäres Zinkphosphat λπ_{0 Tpi}To

(50prozentige wäßrige Lösung) ■> ^{e e} tertiäres Magnesiumphosphat 150 Teile tertiäres Calciumphosphat 120 Teile

Die Komponenten (M/P = 1,01; Ä = 0,68) werden gründlich vermischt, worauf man 75 Teile Magnesiumcarbonat zumischt. Das erhaltene Gemisch wird in den ringförmigen Raum zwischen den Doppelwandungen von senkrecht angeordneten Doppelrohren aus Stahl gegossen, wobei das äußere Rohr eine Höhe von 300 mm, einen Durchmesser von 100 ml und eine Stärke von 1 mm und das innere Rohr eine Höhe von 300 mm, einen Durchmesser von 50 mm und eine Stärke von 1 mm aufweisen. Nach 10 Sekunden beginnt das Schäumen und nach 45 Minuten ist die Aushärtung vollständig. Der Raum zwischen den Doppelwandungen ist vollständig mit einem Schaumstoff (M/P = 1,22; Ä = 0,81) gefüllt, der an den Wandungen fest haftet. Das Expansionsverhältnis eines zur Messung entnommenen Teils des Schaumstoffs beträgt 18,5.

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Beispiel 11

Phosphorsäure O_{n Φβ41β}

(75prozentige wäßrige Lösung) ^{w ieixe}

Aluminiumhydroxid 15 Teile

Zinkoxid 25 Teile

Phosphorsäuremonolaurylester 0,5 Teile

Die Komponenten werden gründlich vermischt und bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei eine transparente viskose Lösung (M/P = 0,79; Ä = 0,66) entsteht. Beim Vermischen dieser Lösung mit 20 Teilen basischem Magnesiumcarbonat setzt sofort das Schäumen ein und ist nach 10 Minuten praktisch vollständig. Es entsteht ein Schaumstoff (M/P = 1,13, Ä = 0,87) mit den in Tabelle VIII genannten Eigenschaften.

Tabelle VIII

Dichte Wärmeleit- Druckfestig- Wasserbeständigkeit

(g/cm3) fähigkeit keit ₂ Wasserab- Eindringen

(kcal/m.h. C) (kg/cm sorption von roter (g/100cm³) Tinte

0,08 0,035 0,5 1,5 nein

Beispiele 12 bis 17
Vergleichsbeispiele 8 bis 14

Beispiel 1 wird wiederholt, Jedoch verwendet man die in Tabelle IX genannten Verbindungen anstelle von Phosphorsäuremonolaurylester. Die Eigenschaften der erhaltenen Schaumstoffe sind in Tabelle X genannt.

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co cn

CO

00

cn cn

OI

Verbindung

Beispiel 12

Phosphorsäure-dibutylester

■Beispiel

Phosphorigsäure-mono- stearylester

Tabelle IX

,Beispiel 14

Diphenylphosphor-
säure

Beispiel 15 Beispiel 16 Beispiel

Monooctyl- Laurylphosphorigeamin Säure

Dimethyloctylamin

ehem.
Formel

H
O

C₁₁Kq-O-P-O

H O t

HO-P I

^l37 Ή
O
t
C₆H₅-P=O

^C6^H5

H O I

HO-P I

H I

^C8^H17"¹,¹

CH

ic, OO

Vergleichs- ,Vergleichsbeispiel 8 beispiel 9 Vergleichs- Vergleichs- Vergleichs- Vergleichs- Vergleichsbeispiel 10 beispiel 11 ' beispiel 12'beispiel 13 beispiel

Verbindung

ehem.
Formel

Stearinsäure

OH
C₁₇H₃₅-C=O

Dodecylnatrium- sulfat

1225

ONa ι

-0-S=O !! 0 Dodecylben- festes zolnatrium- Paraffin sulfonsäure

^C12^H25 ONa

^Cm^Hm

Phosphorsäuretri- phenylester

°-°6^H5

C_fiH_qO-P=O

D I

0-C₆H₅

Phosphorig- kein säure-tri- Zusatz butylester

C₁₁H₉-O-P

0-C₄H₉

	Tabelle X	roter Tinte
		nein
	Wasserbeständiekelt	nein
	Wasserabsorption Eindringen von	nein
Beispiel 12	(s/100 cm3	nein
Beispiel 13	4,1	nein
Beispiel 14	1,1	nein
Beispiel 15	3,7	da
Beispiel 16	1,3	da
Beispiel 17	3,8	da
Vergleichsbeispiel 8	2,9	Ja
Vergleichsbeispiel 9	30,1	da
Vergleichsbeispiel 10	34,6	da
Vergleichsbeispiel 11	36,1	da
Vergleichsbeispiel 12	31,9
Vergleichsbeispiel 13	32,6
Vergleichsbeispiel 14	30,9
32,3

Beispiel 18

Aus dem in Beispiel 11 erhaltenen Schaumstoff wird ein 3 x 3 x 6 cm großer Prüfblock ausgeschnitten, in einen Soxhlet-Extraktor eingebracht und 24 Stunden mit 200 ml Isopropanol extrahiert. Der Prüfkörper wird nach der Extraktion getrocknet und auf seine Wasserbeständigkeit geprüft, wobei die in Tabelle Xl genannten Ergebnisse erzielt werden.

Beispiel 18 Beispiel 11

Tabelle XI

Wasserabsorption Eindringen

(g/100 cm3) von roter Tinte

1,6
1,5

nein

Anmerkung

nach der Extraktion

vor der Extraktion

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Beispiele 19 bis 21 Vergleichsbeispiele 15 bis 16

Primäres Aluminiumphosphat -Jg_{0 Teile}

(50prozentige wäßrige Lösung)

Magnesiumoxid 15 Teile

Zinksilicat 5 Teile

Die Komponenten werden gründlich vermischt und umgesetzt, wobei eine transparente viskose Lösung (M/P = 0,87; Ä = 0,68) entsteht. Einige Tests werden unter Zugabe der in Tabelle XII genannten Mengen von Phosphorsäuredastearylester durchgeführt, worauf man die Lösung vollständig dispergiert und mit 25 Teilen Calciumcarbonat versetzt, um das Schäumen und Aushärten zu bewirken. Es entstehen jeweils Schaumstoffe mit M/P =1,20 und Ä = 0,90.

Tabelle XII

Vergleichs- Bei- Bei- Bei- Vergleichsbeispiel spiel spiel spiel beispiel

15 19 20 21 16

Phosphorsäure-

distearylester 0,005 0,05 0,1 5,0 15,0

(Teile)

Die erhaltenen Schaumstoffe werden auf ihre Wasserbeständigkeit und durch lOminütiges Erhitzen auf 800⁰C auf ihre Hitzebeständigkeit geprüft. Hierbei werden die in Tabelle XIII genannten Ergebnisse ermittelt.

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2756Ί98

	34	Eindringen von roter Tinte	Hitzebestän digkeit
	Tabelle XIII	ja
		nein	normal
		nein	normal
Vergleichs beispiel 15	Wasserbeständigkeit	nein	normal
Beispiel 19	Wasserabsorption (g/100 cnP)	nein	normal
Beispiel 20	25,0		Ruß- und Ge ruchs ent wicklung
Beispiel 21	2,1
Vergleichs beispiel 16	1,4
1,0
0,8

Beispiel

Phosphorsäure (75prozentige wäßrige Lösung)

Aluiai niumhydr oxi d
Magnesiumoxid
Zinkoxid
Octylamin

80 Teile

15 Teile 10 Teile 15 Teile 1,0 Teil

Die Komponenten werden gründlich vermischt und bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei eine halbtransparente viskose Lösung (M/P = 1,0; Ä = 0,79) entsteht. Nach Versetzen der Lösung mit 3,0 Teilen Papierpulve und vollständiger Dispersion mischt man 10 Teile Calciumcarbonat zu und gießt die Mischung in den Zwischenraum zwischen zwei 300 χ 300 χ 1 mm großen Aluminiumplatten, um einen Sandwich-Verbundstoff mit einer Dicke von 50 mm herzustellen. Der Schaumstoff (M/P = 1,18; Ä = 0,90) haftet fest an den Aluminiumplatten. Ein Teil des Schaumstoffs wird herausgeschnitten, um seine Dichte, Wärmeleitfähigkeit, Wasserbeständigkeit und Druckfestigkeit zu prüfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle XIV genannt.

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Tabelle XIV

Dichte Wänneleit- Eindringen von Druckfestigkeit

(g/cm*) fähigkeit roter Tinte (kg/cm^)

(kcal/m.h.°C)

0,11 0,041 nein 2,5

Beispiel 23

Phosphorsäure _{an T} . -.

(75prozentige wäßrige Lösung) ^{w 1Blie}

Aluminiumhydroxid 15 Teile

Zinkoxid 25 Teile

Die Komponenten werden gründlich vermischt und umgesetzt, wobei eine transparente viskose Lösung (M/P = 0,79; Ä = 0,66) entsteht. 5 Teile Glasfasern (der Asahi Glass Fiber Co., Japan) werden der Lösung zugesetzt und darin vollständig dispergiert. Hierauf mischt man 20 Teile basisches Magnesiumcarbonat zu, entnimmt das Gemisch und läßt es stehen. Das sofort beginnende Schäumen ist nach 10 Minuten praktisch vollständig. Es entsteht ein Schaumstoff (M/P = 1,13; Ä = 0,87) mit einer Dichte von 0,09 g/cm , einer Wärmeleitfähigkeit von 0,039 kcal/m.h.⁰C und einer Druckfestigkeit von 2,0 kg/cm .

Beispiele 24 bis 27

Phosphorsäure _m

(75prozentige wäßrige Lösung) ^w

Aluminiumhydroxid 15 Teile

Magnesiumoxid 10 Teile

Zinkoxid 15 Teile.

Die Komponenten werden gründlich vermischt und bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei eine halbtransparente viskose Lösung (M/P = 1,0; Ä = 0,79) entsteht.

809825/0921

In den Beispielen 24 bis 27 wird diese Lösung mit verschiedenen, in Tabelle XV genannten Mengen an Papierpulpe versetzt, worauf man vollständig dispergiert, 10 Teile Calciumcarbonat zumischt und das Gemisch schäumen und aushärten läßt. Es entstehen jeweils Schaumstoffe (M/P = 1,18; Ä = 0,90), deren Eigenschaften in Tabelle XV genannt sind.

Tabelle XV

Beispiel Papier- Dichte pulpe _(s/_cm3) (Teile) ^{Ks/cm }}	0 0,06	Wärmeleitfähig keit _ (kcal/m.h.°C)	1 e	,033	1	Druckfestig keit ₂ (kg/cm
24	2,5 0,07	O₁	Vergleichsbeispiel	,033		0,5
25	5,0 0,09	O₁	Primäres Aluminiumphosphat (50prozentige wäßrige Lösung)	,037		1,5
26	20 0,15	O₁	Magnesiumoxid	,041	2,0
27	B e i s ρ i e	O₁	Zinksilicat	28 bis 30	7,5
		17

60 Teile
15 Teile
5 Teile

Die Komponenten werden gründlich gemischt und ungesetzt, wobei eine transparente viskose Lösung (M/P = 0,87; Ä = 0,67) entsteht. Verschiedene Experimente werden unter Zusatz verschiedener, in Tabelle XVI genannter Mengen von Kaolinit (SiO₂ 72,1OJ6; Al₂O₃ 19,579*; Fe₂O₃ 0,399*; CaO 0,80#; MgO 0,54#) durchgeführt, wobei man nach vollständiger Dispersion die einzelnen Gemische mit 30 Teilen basischem Magnesiumcarbonat versetzt und Schäumen und Aushärten läßt. Es entstehen jeweils Schaumstoffe (M/P = 1,13; Ä = 0,84), deren Eigenschaften in Tabelle XVI genannt sind.

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	3L	Dichte (g/cm³)	Wärmeleitfähig keit (kcal/m.h. C)	2756198
	Tabelle XVI	0,05	0,032
	Kaolinit (Teile)	0,07	0,035	Druckfestig keit (ks/cm²)
Beispiel 28	O	0,09	0,038	0,4
Beispiel 29	50	0,47	0,078	2,5
Beispiel 30	100		2,7
Vergleichs beispiel 17	1250		9,3

Beispiel

Phosphorsäure

(75prozentige wäßrige Lösung) Alumi niumhyd roxi d

Magnesiumoxid

Zinkoxid

31

80 Teile

15 Teile 10 Teile 15 Teile

Die Komponenten werden gründlich vermischt und bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei eine halbtransparente viskose Lösung (M/P = 1,0; Ä = 0,79) entsteht. Die Lösung wird mit 3,0 Teilen Papierpulve versetzt, vollständig dispergiert, mit 10 Teilen Calciumcarbonat vermischt und in den Zwischenraum zwischen zwei 300 χ 300 χ 1 mm großen Aluminiumplatten gegossen, um einen Sandwich-Verbundstoff mit einer Dicke von 50 mm herzustellen. Der Schaumstoff (M/P = 1,18; Ä = 0,90) haftet fest an den Aluminiumplatten.

5/0921

Claims

VOSSIUS VOSSIUS · HILTL TAUCHNER HEUNEMANN

PATF. NT Aim WÄ--TE

SIEBERTSTRASSE A ■ 8OOO MÖNCHEN 86 PHONE: (Ο8Θ) 474O78 CABLE: BENZOLPATENT MÖNCHEN - TELEX 5-394S3VOPAT D

u.Z.: M 474 Case: MFP-1308

ASAHI-DOW LIMITED

Tokyo, Japan ₁₆, Dezember 1977

ⁿ Anorganischer Schaumstoff auf Basis von Metallphosphaten, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung als Wärmeschutzmaterial "

Priorität: 17. 12. 1976, Japan, Nr. 150 815

20. 6. 1977, Japan, Nr. 73 067

20. 9. 1977, Japan, Nr. 112 193

20. 9. 1977, Japan, Nr. 112 194

Patentansprüche

1. Anorganischer Schaumstoff auf Basis von Metallsalzen der Phosphorsäure, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Verhältnis der Gesamtzahl der die Salze bildenden Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome 2/3 bis 2/1 beträgt,

b) die die Salze bildenden Metalle mindestens ein mehrwertiges Metall umfassen und das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen des Metalls zu den Gesamtvalenzen des Phosphations 0,65 bis 0,95 beträgt,

c) der Schaumstoff aus diskreten Zellen mit einem mittleren Durchmesser von 3 nun oder weniger besteht und

d) ein spezifisches Gewicht 0,15 oder weniger aufweist.

ORIGINAL INSPECTED 809825/0921

2. Schaumstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrwertige Metall mindestens ein zweiwertiges und/ oder dreiwertiges Metall ist.

3. Schaumstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das mehrwertige Metall Magnesium, Zink und/oder Aluminium ist.

4. Schaumstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrwertige Metall zusätzlich Calcium ist.

5. Schaumstoff nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallphosphat zusätzlich mindestens ein Alkalimetall enthält.

6. Schaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens einen Zusatz aus der Reihe der Zuschlagstoffe, Verstärkungsmaterialien und Füllstoffe enthält.

7. Schaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er an das Metallphosphat chemisch gebundene hydrophobe Gruppen enthält.

8. Schaumstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophoben Gruppen durch Umsetzen des Metallphosphats mit einer Verbindung der allgemeinen Formel I erzeugt worden sind:

(O)₁

R.-(O)_m-Q=(O)_k (I)

R"

in der Q ein Phosphor- oder Stickstoffatom bedeutet und k, 1, m und η ganze Zahlen mit einem Wert von 0 oder 1 sind, wobei falls Q ein Phosphoratom ist,

809825/0 921

a) k den Wert O oder 1, 1 und m den Wert 1 und η den Wert 0 oder 1 haben, R und R¹ Wasserstoffatome sind und R^N ein gegebenenfalls substituierter Alkyl- oder Arylrest ist, oder

b) k den Wert 0 oder 1, 1 den Wert 1 und m und η Jeweils den Wert 0 oder 1 haben, R ein Wasserstoffatom ist und R¹ und R" gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylreste sind,

und falls Q ein Stickstoffatom ist, k, 1, m und η den Wert 0 haben, R, R¹ und R" Wasserstoffatome oder gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylreste sind, mit der Maßgabe, daß R, R* und R" nicht sämtlich Wasserstoffatome sein können.

9· Verfahren zur Herstellung eines anorganischen Schaumstoffs auf Basis von Metallsalzen der Phosphorsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung, die

a) ein Metallphosphat mit mindestens einem mehrwertigen Metall, wobei das Verhältnis der Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome in dem Metallphosphat 1/3 bis 3/2 und das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen der Metallatome zu den Gesamtvalenzen der Phosphationen in dem Metallphosphat I/3 bis 3/4 beträgt,

b) ein Carbonat eines mehrwertigen Metalls und

c) Wasser enthält, wobei die Menge des Metallcarbonats (b) so geregelt wird, daß das Verhältnis der Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome in dem entstehenden Schaumstoff 2/3 bis 2/1 und das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen der Metallatome zu den Gesamtvalenzen der Phosphationen in dem entstehenden Schaumstoff 0,65 bis 0,95 beträgt, schäumt, und bei Normaltemperatur aushärten läßt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als mehrwertiges Metall mindestens ein zweiwertiges und/ oder dreiwertiges Metall verwendet.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man als mehrwertiges Metall Magnesium, Zink, Aluminium oder deren Kombinationen verwendet.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man als mehrwertiges Metall zusätzlich Calcium verwendet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Metallphosphat verwendet, das zusätzlich mindestens ein Alkalimetall enthält.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man das Metallphosphat mit Oxiden, Hydroxiden oder Silikaten von ein- oder mehrwertigen Metallen modifiziert.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die schäumbare Mischung ferner mindestens einen Zusatz aus der Reihe der Zuschlagstoffe, Verstärkungsmaterialien und Füllstoffe enthält.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Strontiumcarbonat, Bariumcarbonat, Zinkcarbonat, Eisencarbonat, Kobaltcarbonat, basisches Magnesiumcarbonat, basisches Zinkcarbonat und/oder basisches Kobaltcarbonat als Carbonate eines mehrwertigen Metalls verwendet.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung 0,01 bis 10 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Metallphosphats, einer Verbindung mit einer hydrophoben Gruppe und einer funktionellen Gruppe, die mit dem Metallphosphat reaktionsfähig ist, als wasserabstoßendes Mittel enthält.

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18. Verfahren nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung zusätzlich eine Verbindung der allgemeinen Formel I enthält:

(O)₁

R"

In der Q ein Phosphor- oder Stickstoffatom bedeutet und k, 1, m und η ganze Zahlen mit einem Wert von 0 oder 1 sind, wobei falls Q ein Phosphoratom 1st,

a) k den Wert 0 oder 1, 1 und m den Wert 1 und η den Wert 0 oder 1 hat, R und R* Wasserstoffatome sind und R" ein gegebenenfalls substituierter Alkyl- oder Arylrest 1st, oder

b) k den Wert 0 oder 1, 1 den Wert 1 und m und η den Wert 0 oder 1 haben, R ein Wasserstoffatom 1st und R* und R" gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylreste sind, und falls Q ein Stickstoffatom ist, k, 1, m und η den Wert 0 haben, R, R· und R^w Wasserstoffatome oder gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylreste sind, mit der Maßgabe, daß R, R¹ und R" nicht sämtlich Wasserstoffatome sein können.

19· Verwendung der Schaumstoffe nach den Ansprüchen 1 bis 8 als Wärmeschutzmaterialien.

20. AusfUhrungsform nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der anorganische Schaumstoff in einem aus anderen Materialien hergestellten Formkörper enthalten oder darauf aufgebracht ist.

21. AusfUhrungsform nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der anorganische Schaumstoff in Schichtoder Blockform vorliegt.

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22. Ausführungsform nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der anorganische Schaumstoff sandwichartig zwischen Platten aus anderen Materialien angeordnet ist.

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