DE2756198B2 - Anorganischer Schaumstoff auf Basis von Metallphosphaten, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung als Wärmeschutzmaterial - Google Patents
Anorganischer Schaumstoff auf Basis von Metallphosphaten, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung als WärmeschutzmaterialInfo
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Description
(O)1
R'—(O)m—Q=(O)t (I)
(O)n
R"
R"
in der Q ein Phosphor- oder Stickstoffatom bedeutet und k, /, m und η ganze Zahlen mit
einem Wert von 0 oder 1 sind, wobei falls Q ein Phosphoratom ist,
a) k den Wert 0 oder 1, / und m den Wert 1 und η den Wert 0 oder 1 hat, R und R' Wasserstoffatome
sind und R" ein gegebenenfal.s substituierter Alkyl- oder Arylrest ist, oder
b) k den Wert 0 oder 1, / den Wert 1 und m und η
den Wert 0 oder 1 haben, R ein Wasserr-'offatom
ist und R' und R" gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylreste sind, und falls
Q ein Stickstoffatom ist, k, I, m und η den Wert 0 haben, R, R' und R" Wasserstoffatome
oder gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylreste sind, mit der Maßgabe, daß R, R'
und R" nicht sämtlich Wasserstoffatome sein können, zusetzt.
19. Verwendung der Schaumstoffe nach den Ansprüchen I bis 8 als Wärmeschutzmaterialien.
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.
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 schiechte Wärmeisolierfähigkeit
aufweist. Ferner hat diese Verfahrensweise den Nachteil, daß nur Produkte von bestimmter
ίο Form hergestellt werden können.
In der US-PS 31 48 996 ist eine bei Normal temperatur
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 Calciumcarbo.nat, wobei unter Schäumen ein Produkt mit einem
spezifischen Gewicht von 0,29 g/cm3 entsteht.
In der US-PS 33 30 675 ist eine weitere Mischung für anorganische Schaumstoffe beschrieben, bei der
einige physikalische Eigenschaften gegenüber der Mischung der US-PS 3148 996 dadurch verbessert
werden, daß day Calciumsilikat durch eine basische Verbindung ersetzt ist, die das freie P2O5 in der
sauren Aluminiumphosphatlösung vollständig neutralisiert. Aus dieser Mischung hergestellte Schaumstoffe
haben eine Dichte von mindestens 0,41 g/cm3. Aufgabe der Erfindung ist es, einen anorganischen
Schaumstoff mit einem hohen Expansionsverhältnis und einem spezifischen Gewicht von 0,15 g/cm3 oder
weniger bereitzustellen, der (diskrete, d. h. getrennte) Zellen enthält, nicht entflammbar ist 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 Metallphosphats mit einem spzifischen
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 ernndungsgemäßen
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 Carbonats eines mehrwertigen
Metalls gleichzeitig schäumt und verfestigt. In dem vorstehend genannten bekannten Verfahren
zur Herstellung von anorganischen Schaumstoffen müssen demgegenüber unbedingt stöchiometrischc
Mengen (Ä-Verhältnis = 1) der Härtungsmittel (Calciumsilikat oder basische Verbindung) verwendet
werden, um eine vollständige Härtung des Phosphatgemischs 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 gleich-
zeitig, 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 gekennzeichnet ist, daß
a) das Verhältnis der Gesamtzahl der die Salze bildenden Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoraiorne
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 Zellen mit einem mittleren Durchmesser von 3 mm oder weniger und
d) ein spezifisches Gewicht von 0,15 g/cm3 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
F i g. 1 eine mikroskopische Aufnahme (13 χ ) eines
Querschnitts des erfindungsgemäßen Schaumstoffs aus Beispiel 8,
F i g. 2 eine mikroskopische Aufnahme (13 χ ) eines
Querschnitts des in Vergleichsbeispiel 6 durch herkömmliches Schäumen bei Normaltemperatur hergestellten
Schaumstoffs und
Fig. 3 eine mikroskopische Aufnahme (13 χ ) eines
Querschnitts durch eine handelsübliche Calciumsilikatplatte bedeutet, die unter hohem Druck bei hoher
Temperatur hergestellt worden ist.
Ein Vergleich der F i g. 1 bis 3 zeigt, daß der erfindungsgemäße Schaumstoff im Vergleich zu den
bekannten Produkten in den F i g. 2 und 3 (diskrete, d. h. 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.
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, vobei 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 Normaltemperatur schäumen und aushärten 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 Schaumstofl
2/3 bis 2/1 und das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen der Metalle in bezug auf die Gesamtvalenzen
der Phosphationen in den entstehenden Schaumsloffen 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 Carbonats (B) und 20 bis 200 Gewichtsteile Wasser
(C) enthält.
Spezielle Beispiele für die mehrwertigen Metallphosphate (A) sind primäre Phosphate, -.vie primäres
Magnesiumphosphat, Calciumphosphat, Strontiumphosphat, Bariumphosphat, Zinkphosphat oder AIuminiumphosphat,
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, Natrium oder Kalium, Magnesium. Calcium, Strontium, Barium, Aluminium, Zink, Eiser
oder Mangan, modifiziert werden.
Als mehrwertiges Metall des Metallphosphats wird im allgemeinen ein zwei- oder dreiwertiges Metali
verwendet. Hierbei sind im Hinblick auf die mechanische Festigkeit des Schaumstoffs Magnesium, Zink
und Aluminium bevorzugt. Ferner wird Calcium wegen der geringen Koten vorzugsweise verwendet
Die genannten Metallphosphate können direkt
durch Umsetzen einer wäßrigen Phosphorsäurelösuns mit Oxiden, Hydroxiden oder Salzen der genannten
Metalle hergestellt werden. In jedem Fall ist vor kritischer Bedeutung, daß das Verhältnis (M/P) dei
Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl dei 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 hai: zur Folge, daß Schaumstoffe mil gleichmäßigen und feinen Schaumzellen nur schwei
herstellbar sind. Es entstehen lediglich Schaumstoffe mit schlechter Wasser- und Hitzebeständigkeit. Wendet
man andererseits ein M/P-Verhältnis von mehr ah
so 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 Schaumstofl 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
A =
Σ
i
χ
E;
3 χ Nn
Hierbei bedeuten N1, die Anzahl der Phosphoratom«
in dem Metallphosphat, f die Wertigkeit des jeweiliger
Metalls und £,- die Anzahl der Metallatome mit dei
Wertigkeit i.
Beispiele für geeignete Carbonate von mehrwertigen Metallen sind Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat,
Strontiumcarbonat, Bariumcarbonat, Zinkcarbonat, Eisencarbonat, Kobaltcarbonat, Zirkoniumcarbonat,
basisches Magnesiumcarbonat und basisches Kobaltcarbonal. 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 Äquivalentverhältnis A,
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
Ä kleiner, so ist eine relativ 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 Ä 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 genannten Bedingungen zu
genügen, werden üblicherweise 5 bis 50 Gewichtsteile Carbonat pro IOO 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 2/3fache 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 Phosphatlösung
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 IO 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
is können anhand der Zusammensetzung des Phosphats,
des verwendeten Carbonats 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 und Verbindungen der allgemeinen Formel (I) dem Schaumstoff ausgezeichnete wasserabstoßende Eigenschaften:
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 und Verbindungen der allgemeinen Formel (I) dem Schaumstoff ausgezeichnete wasserabstoßende Eigenschaften:
(O),
R'—(O)m—Q=(O)* (I)
R'—(O)m—Q=(O)* (I)
?■
R"
Hierbei bedeutet Q ein Phosphor- oder Stickstoffatom und k, /, m und η sind ganze Zahlen von 0 bis 1.
wobei, falls Q ein Phosphoratom ist,
a) k den Wert 0 oder 1, / und m den Wert 1 und
η den Wert 0 oder 1 haben, R und R' Wasserstoffatome sind und R" ein Alkyl-, Aryl-, substituierter
Alkyl- oder substituierter Arylrest ist. oder
b) k den Wert 0 oder 1, / den Wert 1, ;» und /i den
Wert 0 oder 1 haben, R ein Wasserstoffatom ist. und R' und R" Alkyl-, Aryl-, substituierte Alkyl-
oder substituierte Arylreste sind, und falls Q ein Stickstoffatom ist, k, /, m und η den Wert 0 haben
und R, R' und R" Wasserstoffatome oder Alkyl-. Aryl-, substituierte Alkyl- oder substituierte Arylreste
sind, mu ^er Maßgabe, daß R, R' und R"
nicht gleichzeitig Wasserstoffatome sein können.
Typische Beispiele für Verbindungen der Formel (I) sind:
R2 OH
R3-O OH
R1
(C)
P-OH
Rl O
(d) P-OH
/
/
R3-O
(e) R5-N
R*
R*
wobei Ri einen Alkyl-, Aryl-, substituierten Alkyl-
oder substituierten Arylrest, R2 eine Hydroxygruppe oder einen Alkyl-, Aryl-, substituierten Alkyl- oder
substituierten Arylrest, R3 ein Wasserstoffe torn oder
einen Alkyl-, Aryl-, substituierten Alkyl- oder substituierten Arylrest und R4, R5 und R6 Wasserstoffatome
oder Alkyl-, Aryl-, substituierte Alkyl- oder substituierte Arylreste bedeuten, R4, R5 und R6 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.
Feuchtigkeitsabsorption 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 dieses 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.
1 m Gegensatz iu 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
funktionelle Gruppen in Kombination mit hydrophoben Gruppen aufweist. Eine nur hydrophobe
Gruppen aufweisende Verbindung ist nicht im Sinne der Erfindung wirksam. Als hydrophobe Gruppen
eignen -ich z. B. Alkyl-, Aryl-, substituierte Alkyl-
und substituierte Arylreste. Ferner sind Alkylsilylgruppen
R—Si—
ίο verwendbar. Die mit dem Metallphosphat reaktiven
funktionellen 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 Gewichisteile 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.
Wie vorstehend beschrieben, wird der erfindungsgemäße Effekt durch Verwendung einer Verbindung
erzielt, die mit dem Metallphosphat reaktive funktionell 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 Zellform 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, Cellulosefasern
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.
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 Expansionsverhätnis und schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die Obergrenze
des Gehalts an Verstärkungsmaterialien ist ferner dann beschränkt, wenn sie mit dem Metallphosphat
der Erfindung reaktive Metallverbindungen enthalten.
schungen können bei Normaltemperatur und Normaldruck
anorganische Schaumstoffe von komplizierter Form hergestellt werden, die mit bekannten anorganischen
Schaumstoffen nicht herstellbar sind. Außerdem besitzen die Schaumstoffe der Erfindung ausgezeichnete
Nicht-Entflammbarkeit, Wärmeisolierfähig-
1. Messung der Wasserabsorption
Aus der Probe wird ein 5 χ 5 χ 5 cm großer Prüf- wiegt. Die pro 100 cm3 des Prüfblocks absorbierte
block ausgeschnitten und nach Messung des Gewichts Wassermenge wird nach folgender Gleichung berech-
und des scheinbaren Volumens 3 Stunden in Wasser 45 net: von 25°C getaucht, worauf man den Block nochmals
Gewicht nach der Absorption (g) — Gewicht vor der Absorption (g)
Scheinbares Volumen des Prüfblocks vor der Absorption (cm3)
Scheinbares Volumen des Prüfblocks vor der Absorption (cm3)
keit. Hitzebeständigkeit und Wasserbeständigkeit sowie
mechanische Festigkeit.
Der erfindungsgemäße Schaumstoff eignet sich ausgezeichnet zur Herstellung von Verbundstoffe!!
mit anderen Materialien. Wie vorstehend beschrieben, ist die erfindungsgemäße Mischung bei Normaltemperatur
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 Matrialien, die verschiedene
komplizierte Form aufweisen können, z. B. eine Ebene, gekrümmte oder Honigwabenstruktnr,
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 auf für Wärmeisoliermaterialien
von Wärmespeichern, Wärmeisoliermaterialien für Schiffeoder flammhemmende Wärmeisoliermaterialien
für Stahlgerüste, bei denen die Formgebung am Ort der Herstellung der Mischung erfolgt.
Andere, in Kombination mit der erfindungsgemäßen 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 ASTM-C 518 gemessen.
Zur Bestimmung der Wasserbeständigkeit werden folgende Test verfahren angewandt:
Wasserabsorption (g/lOOcm ) =
100.
2. Prüfung des Eindringens von roter Tinte
Aus der Probe wird ein 3 χ 3 χ 6 cm großer Prüf- den Block quer durchschneidet und das Eindringen der
block ausgeschnitten und 12 Stunden in handeis- roten Tinte auswertet,
übliche wäßrige rote Tinte getaucht, worauf man
übliche wäßrige rote Tinte getaucht, worauf man
Primäres Aluminhnnphosphat 150 Teile
(50prozentige wäßrige Lösung)
(50prozentige wäßrige Lösung)
Tertiäres Magnesiumphosphat 50 Teile
Tertiäres Calciumphosphat 40 Teile
Die vorstehenden Komponenten mit einem M/P-Verhältnis von 0,91 und einem Ä-Verhältnis von 0,67
werden bei Nonnaltemperatur 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; A = 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 1000° C zu beobachten sind. Zum Vergleich sind auch die Eigenschaften eines Polystyrolschaums in
Tabelle I genannt.
Tabelle I | 13 | Expansions verhältnis |
27 56 1 | 98 | 14 |
Probe | 19,5 25,0 |
Spez. Gewicht | Wärmeleit fähigkeit (kcal/m.h. CC) |
Hitzebeständigkeil | |
Beispiel 1 Polystyrolschaum |
0,11 0,04 |
0,035 0,030 |
keine Änderung nach 2 h bei 10000C vollständige Verformung nach 5 min bei 1100C |
||
Beispiele 2 und 3 Die Komponenten werden gründlich vermischt
Vergleichsbeispiele 1 und 2 15 und bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei eine
75prozentige wäßrige 91,4 Teile transparente viskose Lösung (M/P = 0,66; Ä = 0,50)
Phosphorsäure-Lösung entsteht. Die Lösung wird mit verschiedenen, in
Aluminiumhydroxid 11,4 Teile Tabelle II genannten Mengen Calciumcarbonat ver-
Zinkoxid 11,4 Teile mischt.
Magnesiumoxid 7.5 Teile 20
Vergleichs- Beispie! 2 Beispiel 3 Vergleichs
beispiel I beispicl 2
Calciumcarbonatmenge (Teile) 4 23 34 51
Die Eigenschaften der entstehenden Schaumstoffe sind in Tabelle III genannt.
Tabelle III
Tabelle III
Spez. Gewicht | M/P | A | Wärmeleit | Schäumung | |
fähigkeit | |||||
(kcal/m, h. "C) | |||||
Vergleichsbeispiel 1 | — | 0,73 | 0.54 | — | geschäumt, jedoch nicht verfestigt |
Beispiel 2 | 0,09 | 1,00 | 0,72 | 0,038 | gleichmäßige, getrennte Zellen |
mit einer durchschnittlichen | |||||
Zellengröße von 2,1 mm | |||||
Beispiel 3 | 0,05 | 1,16 | 0,83 | 0,033 | gleichmäßige, getrennte Zellen |
mit einer durchschnittlichen | |||||
Zellgröße von 1,5 mm | |||||
VereleichsbeisDiel 2 | 1.40 | 0.99 | nicht mischbar |
Beispiele 4 bis 9
Es werden die in Tabelle IV genannten wäßrigen Metallphosphatmischungen hergestellt. Die Mengenangaben
Es werden die in Tabelle IV genannten wäßrigen Metallphosphatmischungen hergestellt. Die Mengenangaben
sind Gewichtsteile. | Beispiel 4 | Beispiel 5 | Beispiel 6 | Beispiel 7 | Beispiel 8 | Beispiel 9 |
Tabelle IV | 140 | 140 | 140 | 140 | 160 | 160 |
Phosphorsäure | 40 | 30 | 25 | 20 | 20 | 20 |
(75% wäßrige Lösung) | 10 | 20 | 25 | 30 | — | — |
Aluminiumhydroxid | — | — | — | — | 35 | 35 |
Magnesiumoxid | — | — | — | — | — | 40 |
Zinkoxid | 50 | 50 | 50 | 50 | — | 20 |
Natriumhydroxid | 0,70 | 0,81 | 0,87 | 0,93 | 0,55 | 1,38 |
Wasser | 0.63 | 0.66 | 0.68 | 0,70 | 0,44 | 0,72 |
M/P | ||||||
S | ||||||
Die Metallphosphatmischungen sind sämtlich stabile Lösungen, die nach 24 Stunden weder eine Viskositätszunahme 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.
Beispiel 4 | Beispiel 5 | Beispiel 6 | Beispiel 7 | Beispiel 8 | Beispiel 9 | |
Basisches Magnesium- | 40 | 35 | 30 | 25 | 80 | 20 |
carbonat (Teile) | ||||||
M/P | 1,08 | 1,15 | 1,16 | 1,17 | 1,23 | 1,59 |
Ä | 0,89 | 0,88 | 0,87 | 0,86 | 0,89 | 0,83 |
Spez. Gewicht | 0,08 | 0,07 | 0,07 | 0,06 | 0,04 | 0,09 |
Mittlere Zellengröße | 1,1 | 1,0 | 1,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 |
(mm) |
Vergleichsbcispiele 3 bis 5
Es werden die in Tabelle VI genannten Metallphosphatmischungen hergestellt. Die Mengenangaben
sind Gewichtsteile.
Tabelle VI | Vergleichs | Vcrgleichs- | Vergleichs |
beispiel 3 | beispiel 4 | beispiel 5 | |
100 | 100 | 100 | |
Prim. Alu | |||
miniumphosphat | |||
(50prozentige | |||
wäßrige Lösung) | 12,9 | — | — |
Magnesiumoxid | — ■ | 26,9 | — |
Zinkoxid | — | — | 100 |
Calciumsilicat | 1,00 | 1,03 | 2,! |
M/P | 0,78 | 0,80 | 1,5 |
Ä | |||
25
30
35
40
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 Alumin iumphosphat 100 Teile
(50prozentige wäßrige Lösung)
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.
Spez. Gewicht Mittlere Zellengröße Wärmeleitfähigkeit
(kcal/m, h. "C)
55
60
5,00 min
0,115
65 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 Schaumstoff entsteht. Es ist somit von kritischer
Bedeutung, ein Carbonat eines mehrwertigen Metalls zu verwenden, das auch als Härtungsmittel fungiert.
Primäres Zinkphosphat 450 Teile
(50prozentige wäßrige Lösung)
(50prozentige wäßrige Lösung)
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.
Phosphorsäure 80 Teile
(75prozentige wäßrige Lösung)
(75prozentige wäßrige Lösung)
Aluminiumhydroxid 15 Feile
Zinkoxid 25 Teile
Phosphorsäuremonolaurylester 0.5 Teile
Phosphorsäuremonolaurylester 0.5 Teile
Die Ergebnisse der Vergleichsbeispiele 3 bis 6 zeilen, daß aus selbsthärtendcn A.uso3nosniischun°cn
Die Komponenten werden gründlich vermischt und bsi Normallsm^ratur urn°esetzt wobei eine trsns-
parente viskose Lösung (M/P = 0,79; Ä = 0,66) entsteht. Beim Vermischen dieser Lösung mit 20 Teilen
basischem Magnesiumcarbonat setzt sofort das Schau-Tabelle VIII
men ein und ist nach 10 Minuten praktisch vollständig.
Es entsteht ein Schaumstoff (M/P = 1,13, A = 0,87) mit den in Tabelle VIII genannten Eigenschaften.
Dichte Wärmeleit- Druck Wasserbeständigkeit
fähigkcit festigkeit
absorption von roter
Tinte
(g/cm3) (kcal/m, h. (kg/cm2) (g/100cm3)
"C)
0,08 0,035 0,5 1,5
nein
Beispiele 12 bis 17
Vergleichsbeispiele 8 bis 14
Vergleichsbeispiele 8 bis 14
Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die in Tabelle IX genannten Verbindungen anstelle
von Phosphorsäuremonolaurylester. Die Eigenschaf-
ten der erhaltenen Schaumstoffe sind in Tabelle X
genannt.
Tabelle IX | Beispiel 12 | Beispiel 13 | Beispiel 14 | Beispiel 15 |
Phosphorsäure- dibutylester H O |
Phosphorigsäure- monostearylester H O |
Diphenyl- phosphorsäure H O |
Monooctyl- phosphorige Säure H O |
|
Verbindung Chem. Formel |
||||
(Fortsetzung)
C4H9-O-P=O HO—P QH5-P=O
Q-QH9 Q-C18H37 QH5
Verbindung Laurylamin
Chem. Forme] H
Dimethyloctylamin Stearinsäure
CH3
QH17-N
QH17-N
CH3
OH
C17H35-C=O
C17H35-C=O
HO-P
Dodecylnatriumsulfat ONa
Q2H25-O-S=O
O
(Fortsetzung)
Vergleichsbeispiel 10 |
Vergleichs
beispiel 11 |
Vergleichsbeispiel 12 | Vergleichsbeispiel 13 |
Vergleichs
beispiel 14 |
|
Verbindung | Dodecylbenzol- natriumsulfonsäure |
festes Paraffin |
Phosphorsäure- triphenylester |
Phosphorigsäure- tributylester |
kein Zusatz |
Chem. Formel | ONa ι |
O—QH5 | 0-QH9 | ||
Q--° | QnHn, | QH5O-P=O | C4H9-O-P | — | |
/— Il Q2H25 O |
0-QH5 | Q-QH9 |
i | Beispiel 12 | 8 | 19 | 27 | Wasserbeständigkeit | Eindringen | 56 | 198 | 20 | Wasser- Eindringen | Anmerkung | |
\ Beispiel 13 | 9 | Wasser | von roter | absorption von roter Tinte |
||||||||
Tabelle X | i Beispiel 14 | 10 11 52 |
absorption | Tinte | (g/100 cm3) | |||||||
r Beispiel 15 | 13 | Wasserbeständigkeit geprüft, wobei die in Tabelle Xl | Beispiel 18 1,6 nein | nach der | ||||||||
Beispiel 16 | 14 | (g/100 cm3) | nein | genannten Ergebnisse erzielt werden. | Extraktion | |||||||
- Beispiel 17 | 4,1 | nein | 5 | Tabelle Xl | Beispiel 11 1,5 nein | vor der | ||||||
Vergleichsbeispiel | U | nein | Extraktion | |||||||||
Vergleichsbeispiel | 3,7 | nein | ||||||||||
Vergleichsbeispiel - Vergleichsbeispiel Vergleichsbeispiel |
1,3 | nein | Beispiele 19 bis 21 | |||||||||
Vergleichsbeispiel | 3,8 | nein | 10 | Vergleichsbeispiele 15 bis | 16 | |||||||
Vergleichsbeispiel | 2,9 | ja | Primäres Aluminiumphosphat (50prozentige wäßrige Lösung) Magnesiumoxid |
160 Teile 15 Teile |
||||||||
30,1 | ja | Zinksilicat | 5 Teile | |||||||||
34,6 | ja ja ja |
|||||||||||
36,1 31,9 32,6 |
ja | |||||||||||
30,9 | ja | 15 | ||||||||||
32,3 | ||||||||||||
20 | ||||||||||||
Aus dem in Beispiel 11 erhaltenen Schaumstoff
wird ein 3 χ 3 χ 6 cm großer Prüfblock ausgeschnitten, in einen Soxhlet-Extraktoreingebracht und 24Stunden
mit 200 ml Isopropanol extrahiert. Der Prüfkötper
wird nach der Extraktion getrocknet und auf seine 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 XIl genannten Mengen von Phosphorsäuredistearylester 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.
Phosphorsäuredistearylester (Teile)
Vergleichsbeispiel 15
0,005
Beispiel 19 Beispiel 20
0,1
5,0
Vergleichsbeispie! 16
15,0
Die erhaltenen Schaumstoffe werden auf ihre Wasserbeständigkeit und durch lOminütiges Erhitzen
auf 8000C auf ihre Hitzebeständigkeit geprüft. Hierbei werden die in Tabelle XIlI genannten Ergebnisse
ermittelt.
Tabelle XlII | Wasserbeständigkeit | Eindringen | Hitzebestän |
von roter | digkeit | ||
Wasser | Tinte | ||
absorption | |||
ja | |||
(g/100 cm1) | |||
25,0 | nein | normal | |
Vergleichs | nein | ||
beispiel 15 | 2,1 | nein | normal |
Beispiel 19 | 1,4 | nein | normal |
Beispiel 20 | 1,0 | normal | |
Beispiel 21 | 0,8 | Ruß- und | |
Vergleichs | Geruchsent | ||
beispiel 16 | wicklung | ||
Phosphorsäure | 80 Teile |
(75prozentige wäßrige Lösung) | |
Aluminiumhydroxid | 15 Teile |
Magnesiumoxid | 10 Teile |
Zinkoxid | 15 Teile |
Octylamin | 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 Papierpulpe 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.
Dichte
Wärmeleitfähigkeit
Ikcai/m. h. Cl
0,041 """'
Eindringen von Druckfestigkeit roter Tinte
nein
Phosphorsäure
(75prozentige wäßrige Lösung)
Aluminiumhydroxid
Zinkoxid
Aluminiumhydroxid
Zinkoxid
(kg/cm2)
2,5
2,5
80 Teile
15 Teile
25 Teile
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/cm3, einer Wärmeleitfähigkeit von 0,039 kcal/ m. h. C und einer Druckfestigkeit von 2,0 kg/cm2.
Beispiele 24 bis 27
Phosphorsäure 80 Teile
(75prozentige wäßrige Lösung)
(75prozentige wäßrige Lösung)
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; A = 0,79) entsteht.
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 | Papierpulpe | Dichte | Wärmeleit | Druckfestig |
Bei | fähigkeit | keit | ||
spiel | !Teile) | (g/c:r,3) | (kcal/m, h. Q |
(kg/cm2) |
0 | 0,06 | 0,033 | 0,5 | |
24 | 2,5 | 0,07 | 0,033 | 1,5 |
25 | 5,0 | 0,09 | 0,037 | 2,0 |
26 | 20 | 0,15 | 0,041 | 7,5 |
27 |
35
Beispiele 28 bis 30
Vergleichsbeispiel 17
Vergleichsbeispiel 17
Primäres Aluminiumphosphat 160 Teile
(50prozentige wäßrige Lösung)
(50prozentige wäßrige Lösung)
Magnesiumoxid 15 Teile
Zinksilicat 5 Teile
Die Komponenten werden gründlich gemischt und umgesetzt, wobei eine transparente viskose Lösung
(M/P = O,87:Ä = 0,67)entsteht. Verschiedene Experimente
werden unter Zusatz verschiedener, in Tabelle XVI genannter Mengen von Kaolinit (SiO2 72,10%;
Ai2O3 19,57%; Fe2O3 0,39%; 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.
30 Kaolinit Dichte
(Teile)
Wärme- Druckieitfähigfesligkeil keit
(g/cm3) (kcal/m.h. (kg/cm2)
C)
C)
Beispiel 28
Beispiel 29
Beispiel 30
Vergleichsbeispiel 17
Beispiel 29
Beispiel 30
Vergleichsbeispiel 17
0 0,05
50 0,07
100 0,09
1250 0,47
0,032 0,4
0,035 2,5
0,038 2,7
0,078 9,3
Phosphorsäure | 80 Teile |
(75prozentige wäßrige Lösung) | |
Aluminiumhydroxid | 15 Teile |
Magnesiumoxid | 10 Teile |
Zinkoxid | 15 Teile |
40
45 Die Komponenten werden gründlich vermisch und bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei ein«
halbtransparente viskose Lösung (M/P = 1,0 Ä = 0,79) entsteht. Die Lösung wird mit 3,0 Teiler
Papierpulpe versetzt, vollständig dispergiert, mi 10 Teilen Calciumcarbonat vermischt und in der
Zwischenraum zwischen zwei 300 χ 300 χ 1 mir großen Aluminiumplatten gegossen, um einen Sand
wich-Verbundstoff mit einer Dicke von 50 mm her zustellen. Der Schaumstoff (M/P = 1,18; A = 0,90
haftet fest an den Aluminiumplatten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (18)
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
Äquivalentverhältuis der Gesamtvalenzen des Metalls zu den Gesamtvalenzen des Phosphations
0,65 bis 0,95 beträgt,
c) der Schaumstoff aus Zellen mit einem mittleren Durchmesser von 3 mm oder weniger
besteht und
d) ein spezifisches Gewicht 0,15 g/cm3 oder weniger
aufweist.
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 einen? 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:
50
55
in der Q ein Phosphor- oder Stickstoffatom bedeutet und k, I, m und η ganze Zahlen mit einem
Wert von 0 oder 1 sind, wobei falls Q ein Phosphoratom ist,
a) k den Wert 0 oder 1, / und m den Wert 1 und
/i den Wert 0 oder 1 haben, R und R' Wassersloffatome
sind und R" ein gegebenenfalls substituierter Alkyl- oder Arylrest ist, oder
b) k den Wert 0 oder 1, / den Wert 1 und m und η
jeweils den Wert 0 oder 1 haben, R ein
' Wasserstoffatom ist und R' und R" gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylreste sind,
und falls Q ein Stickstoffatom ist, k, I, m und η
den Wert 0 haben, R, R' 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 1/3 bis 3/4
beträgt,
b) sin 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.
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 man der schäumbaren
Mischung ferner mindestens einen Zusatz aus der Reihe der Zuschlagstoffe, Verstärkungsmaterialien und Füllstoffe zugibt.
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 man der Mischung
0,01 bis 10 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Metallphosphats, einer Verbindung
mit einer hydrophoben Gruppe und einer funktioneilen Gruppe, die mit dem Metallphosphat
reaktionsfähig ist, als wasserabstoßendes Mittel zusetzt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß man der Mischung zusätzlich eine Verbindung der allgemeinen Formel I
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