DE2813473B2

DE2813473B2 - Verfahren zur Herstellung eines Leichtbaustoffes

Info

Publication number: DE2813473B2
Application number: DE2813473A
Authority: DE
Inventors: Jacques Chevilly Larue Basque; Francois Palaiseau Meiller
Original assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Current assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1978-03-29
Publication date: 1979-09-27
Also published as: DK140978A; GB1578404A; BR7801959A; NO781092L; IT7848658A0; NL7803379A; PT67849A; DE2813473C3; SE7803629L; LU79329A1; DE2813473A1; FR2385656A1; PT67849B; BE865516A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbaustoffes auf der Basis eines expandierten Alkalisilicates.

Es ist bereits seit längerem bekannt, expandierte Werkstoffe auf der Basis von Alkalisilicaten herzustellen. So wird in der US-PS 19 44 007 ein Verfahren beschrieben, bei dem ein feiner Ton in einer nieder-viskosen Natriumsilicatlösung verteilt und mit einem Schaum- oder Treibmittel versetzt wird, worauf in diese Masse Luft eingerührt wird; schließlich wird mit einem sauren Mittel behandelt um die Teilchen auszuflocken und die Masse zu gelieren, bis sie eine ausreichende Plastizität für Formgebung oder Spritzgießen aufweist.

Bei einem solchen Verfahren ergeben sich aber eine Reihe von Problemen sowohl hinsichtlich der Verfahrensführung als auch des erhaltenen Produktes.

Man erwartet von dem erhaltenen Produkt allgemein, daß es gute mechanische Eigenschaften als auch gute Schall- und Wärmedämmung besitzt. Diese beiden Eigenschaften sind aber gegenläufig. Man muß sich deshalb mit einem möglichst guten Kompromiß zufriedengeben. Das Verfahren selbst soll leicht durchführbar sein und schnell ablaufen und die Regelung der Produkt-Eigenschaften ermöglichen.

Gemäß der oben genannten US-PS soll das Ausflocken und das Gelieren durch Ansäuern der Masse j;eregclt werden. Man kann somit den Grad der Ansäucrung bestimmen durch Auswahl des ansäuern- <li:n Mittels und auch Puffer-Verbindungen einsetzen. Was <Jie Wdrrnetfinung der Reaktionen anbelangt, wird γ.(η Ii fhirauf hingi.-wie-scn, daß keine Verbindungen verwendet werden sollen, die während der letzten Herstellungsstufe verbrennen können.

Seither sind zahlreiche Versuche unternommen worden, uin derartige Verfahren zu verbessern, wobei man vor allem die porenbüdenden Mittel (Treibmittel) daraufhin untersucht hat, wie sie die Eigenschaften des Endproduktes beeinflussen und ob sie die Durchführung des Verfahrens erleichtern.

In der DE-OS 26 18 486 werden als Treibmittel feines

to Aluminium und Silicium genannt die einem aktiven

Stoff zugesetzt werden; die Masse expandiert während

der Formgebung, ohne daß von außen Wärme zugeführt werden muß.

Ein solches Verfahren hat sich als interessant is erwiesen und zwar in thermischer Hinsicht und im Hinblick auf das erhaltene Produkt insofern, als mit der Kombination Aluminium-Silicium die Dichte und die mechanischen Eigenschaften des Endproduktes zumindest in gewissem Ausmaße eingestellt werden können. Leider ermöglicht dieses Verfahren aber nicht die Expansion selbst in dem gewünschten Ausmaß zu regeln.

Bei allen bisher bekannt gewordenen Verfahren wird

die Expansion selbst mehr hingenommen als beherrscht

Dies ist ein schwerwiegender Nachteil, da — wie oben

angegeben — die mechanischen Eigenschaften und die

Isolierungseigenschaften davon abhängig sind.

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren, mit dessen Hilfe die Expansion geregelt werden kann unter jo gleichzeitiger Beibehaltung oder sogar Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Endproduktes.

Die Erfindung geht aus von einem Gemisch aus einer Lösung mindestens eines Alkalisilicates und mindestens einem porenbildenden Mittel, vorzugsweise Aluminium ji und Silicium, und ist dadurch gekennzeichnet daß man die Expansion in Gegenwart eines Methylesters und/oder Propylencarbonat durchführt

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Verbindungen wirken als Expansionsregler. Man nimmt an, daß einige von ihnen als Lösungsvermittler für das Silicat dienen; dies gilt vor allem für das Propylencarbonat. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Verbindungen werden einzeln oder im Gemisch miteinander und gegebenenfalls zusammen mit weiteren Verbindungen wie Propylenglykol eingesetzt. Insbesondere kann man mindestens einen Methylester mit Propylencarbonat kombinieren. Die Expansionsregler, wie sie nach der Erfindung verwendet werden, können als solche in das Gemisch eingebracht werden oder werden in situ

V) gebildet

Die Expansionsregler nach der Erfindung werden vorteilhafterweise in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Silicat, eingesetzt. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß beim erfindungsge-

« mäßen Verfahren die gebildeten Hohlräume sehr viel regelmäßiger sind und daß man auf diese Weise gleichzeitig die Wärmeleitfähigkeit und die Druckfestigkeit verbessern und praktisch vollständig das Schrumpfen unterdrücken kann.

bo Als Methylester kommen erfindungsgemäß Monoester, insbesondere jedoch Diester infrage.

Vorteilhafterweise werden dem Gemisch aus Silicat und porenbildendem Mittel 5 bis 50 Gew.-% und sogar bis zu 150 Gew.-%, bezogen auf das Alkalisilicat, aktive

b^r> Stoffe zugesetzt, die feine Substanzen wie Zemente, synthetischer Anhydrit und gelöschter Kalk sind.

Man kann weiterhin bis zu 150 Gew.-%, bezogen auf das Alkalisilicat vorzugsweise 10 bis 120 Gew.-%,

sogenannte inaktive Stoffe zugeben, d.h. Stoffe, die unter den Bedingungen der Expansionsreaktion inert sind. Als in diesem Sinne inerte Stoffe kommen Kaoline infrage, vor allem die kolloidalen Kaoline, die gebrannt werden oder sein können, natürlich vorkommende Kaoline, Tone, Bentonit, Kieselsäurederivate, Calciumsulfat-dihydrat beliebiger Herkunft, Tonerden, Silicate, Carbonate, Flugaschen u. a. m. Vorteilhafterweise wird für diese Stoffe eine Korngröße < 200 um gewählt

Wie bereits gesagt, kann das porenbildende Mittel vorteilhafterweise feines Aluminium und/oder Silicium sein. Vorzugsweise wird die Kombination Al/Si und zwar mit einer Korngröße von 10 bis 100 μπα eingesetzt

Insbesondere kann das Silicium in Fora eines Produktes, insbesondere einer Legierung zur Verfügung gestellt werden, die etwa 35 bis 74% Si enthält Der Anteil an porep.bildendem Mittel, bezogen auf das Silicat, macht vorteilhafterweise 2 bis 15% aus.

Als Silicat kann man ein beliebiges lösliches Silicat verwenden; allgemein wird ein Silicat mit einem Molverhältnis SiO2/Na2O von etwa 2 eingesetzt

Vorteilhafterweise umfaßt ein erfindungsgemäß vorgesehenes Gemisch:

5 bis 50 Gew.-% aktive Stoffe,
10 bis 120Gew.-% inaktive Stoffe,
2 bis 15 Gew.-% porenbildendes Mittel,
0,1 bis 10Gew.-% Expansionsregler.

Außerdem können gewisse F.igenschaften durch eine Nachbehandlung verbessert werden, beispielsweise mit Wasser.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Expansionsregler wird ein doppeltes Ziel erreicht: es wird die Qualität des Vielzahl von ganz speziellen Produkten je nach dem Anwendungsgebiet nämlich die Bauindustrie, Kraftfahrzeugindustrie, Weltraumtechnik, Montanindustrie, Gießerei und Feuerfestkeramik und ganz allgemein auf technischen Gebieten, z. B. als Ersatz für Polyurethan-Schaumstoffe.

Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung.

Beispiele 1 bis 13

In diesen Beispielen wurde mit folgender Grundmasse gearbeitet:

Silicat SiO₂ZNa₂O=2,1 100 Teile

Flugasche 40 Teile

gelöschter Kalk 7 Teile

Siliciumpulver, 10 bis 100 μπι 7 Teile

Aluminium, 10 bis 100 μπι 2 Teile

Expansionsregler χ Teile

Als Flugasche wurde ein Produkt verwendet, das aus den Abgasen von kalorischen Kraftwerken stammte und eine Dichte von 0,4 hatte.

1%	< 40 μπι
2%	40-50 μπι
6%	50-74 μπι
15%	74-100 μπι
17%	100- 125 μπι
48%	125-200 μπι
11%	> 200 μπι

Geformt wurde das Gemisch in einer mit PVC-Folie ausgekleideten Holzform 34,9 χ 34,9 χ 20 cm. i il Vfhb

£ \	Produktes verbessert Verfahren	und die Zuverlässigkeit des Verfahrens Infolgedessen bietet das erfindungsgemäße r> die Möglichkeit zur Herstellung einer	Menge	Reaktions zeit	Die einzelnen Verfahrensbedingungen und die Ergeb nisse sind in den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 zusammengefaßt.	Dampf freigesetzt	Aussehen der Schaum- oberfläche
I	Tabelle 1		Teile	min
'■■■■	Beispiel	Expansionsregler	8	5	Expansion	wenig	in der Masse blättrig, Schaum sehr schlecht
ι			0	3		viel	gut
	1 (V)	Monopropylenglykol	2 1	5 5	ungeordnet	mittel mittel	gut gut
	2(V)	-	2 1	7 6	gut (10,3 cm)	mittel mittel	gut gut
	3	Gemisch 1	4 3 2	6 6 5	wenig mittel	wenig mittel viel	gut gut mittel (mit Hohlräumen]
	4	Methyllaactat	10 8 6 4	8 6 6 5 5	wenig mittel	wenig wenig wenig mittel viel	gut gut gut gut gut
	5	Propylencarbonat	4 3 2	3 3 3	wenig wenig mittel	wenig wenig mittel	gut gut gut
	6	Gemisch 2	2 1	6 4	wenig (8 cm) wenig (4,2 cm) mittel (8 cm) mittel (8 cm) gut (8,5 cm)	mittel mittel	gut gut
■	7	Methylacetat	6	6	wenig wenig gut	mittel	gut
	8	Meihylformiat	4	5	wenig mittel	mittel	schlecht
	9	Formol		mittel
	10 (V)	Äthylsuccinat	gut

Fortsetzung

Beispiel	Expansionsregler	Menge	Reaktions	Expansion	Dampf	Aussehen der Schaum
			zeit		freigesetzt	oberfläche
		Teile	min
11	Gemisch 3	6	4	mittel	wenig	mittel
		5	4	mittel	wenig	mittel
		4	3	gut	mittel	mittel
12(V)	Äthylacetat	10	4	gut	mittel	mittel
13	Gemisch	10	4	gut	wenig	mittel
	30% Monopropylen-
	glykol, 70% Äthyl
	acetat
V = Vergleich.

Tabelle 2

Beispiel Schrump	;	6	Ό	Hohlräume	klein, mittel	mm 0	Dichte	Druck	0,073	A	Bemer
fung	f			unregelmäßig	schlecht		festigkeit			kungen
Ί		Aussehen	klein, regelmäßig	80% von		N/mm"	0,073 0,072
1 i		η der Masse blättrig, Schaum sehr	klein, regelmäßig	0,75-1			0,078 0,074
2 i		I		0,3 0,4	0,26	0,65	0,091	0,6
	7 (		klein, regelmäßig	0,2 0,2			0,082
3 ;	(	U)		0,1-0,2	0,39 0,32	2,2 1,6	0,077	2,47 2,00	wenig Regler
4 ;	(	' 2\ W		0,8	0,38 0,29	2,6 1,5	0,101	2,411 2.22	wenig Regler
5	8 (	'⁴		0,3	0,49	2,7	0,084	3,60
9	¹A	klein, regelmäßig	0,2	0,37	2,0	0,070	2,81
10	S J		0,2	0,36	1,3	0,071	1,72
			0,5	0,52	2,1	0,067	2,70	Möglichkeit
11			0,7	0,36	1,4	0,082	1,91	verschie
12		klein, regelmäßig	0,8	0,29	0,8	0,081	0,87	dene Pro
			0,2	0,32	0,7	0,081	0,80	dukte zu
13		klein, regelmäßig	0,2	0,28	0,45	0,080 0,076	0,70	erhalten*)
	klein, regelmäßig	0,3	0,36	22	0,087	2,28
	klein, regelmäßig,	0,1 0,3	0,31	20	0,075	2,77
	blättriges Aussehen	0,3	0,26	18		2,46
	klein, regelmäßig, blättriges Aussehen	0,2	0,38 0,32	22 16	0,083 0,075 0,075	2,65 2,42
	klein und mittel,		0,37	14	0,087	2,62
3,3)	unregelmäßig	0,3 0,3 0,3	0,25	5		2,25
3,3	regelmäßig	0,3-2			0,073
3,8)	♦) Von gutem (schönen) Aussehen.		0,28 0,28 0,23	12 11 6		2,50 2,28 1,98
3,7 2,8	λ in W/m · I	1	0,22	6		1,97
2,8	C.
1,2			0,24	8	1,65

0,31 0,6 0,6 j
0

0,9

A in W/m² · K.

Gemisch 1 besteht aus 85 Gew.-Teilen Propylencarbonat und 15 Gew.-Teilen Methyllactat. Gemisch 2 besteht aus 40% Propylenglyko! und 60%

eines Gemisches aus 20 Teilen Methylsuccinat, 60 Teilen Methylglutarat und 20 Teilen Methyiadipat Tf»micr

9Q Teilen

Teilen Methylglutarat und 20 Teilen Methyladipat.

Die Versuche waren in folgender Weise durchgeführt worden:

a) In einem Becherglas wurde das Silicat vorgelegt und der erfindungsgemäße Expansionsregler zugesetzt und das Ganze homogenisiert. Dann wurden in der angegebenen Reihenfolge die inerten Stoffe, die Porenbildner und schließlich die aktiven Stoffe (Kalk) zugegeben. Je nach der Reaktionsfähigkeit der Gemische wurden für Zugabe und Mischen 2 bis 5 min benötigt.

b) Die Messungen der Wärmeleitzahl λ und der Wärmedurchgangszahl k wurden nach ASTM C 518 vorgenommen.

In der Tabelle 1 wird als wenig Expansion eine Expansion um 3 bis 5 cm, als mittlere Expansion eine Expansion um 5 bis 8 cm und als gute Expansion eine Expansion um mehr als 8 cm bezeichnet.

Beispiel 1 ist ein Vergleichsversuch und Beispiel 2 ein Blindversuch. Die aufgeführten Werte zeigen, daß die Ergebnisse in beiden Fällen negativ waren.

Beispiel 3 zeigt, daß mit einer erfindungsgemäßen Kombination aus einem Methylester und Propylencarbonat ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden. Die Beispiele 5 und 6 zeigen, wie die Menge an Expansionsregler die Schaumexpansion, die Schrumpfung des Schaumes und den Durchmesser der Hohlräume und damit die Dichte, die Druckfestigkeit und Wärmedämmung sowie die Abgabe von Wasserdampf beeinflußt. Beispiel 9 erläutert den Fall, wo der Methylester in situ gebildet wird. Beispiel 10 ist ein Vergleichsversuch mit Äthylester als Expansionsregler; auffallend ist die geringe Druckfestigkeit des Produktes.

Beispiel 11 erläutert den Einfluß von Monopropylenglykol. Die Ergebnisse sind weniger gut als in Beispiel 6. Beispiel 12 zeigt im Vergleich zu Beispiel 7, daß Äthylester zu schlechteren Eigenschaften führt, selbst ·> wenn er in größerer Menge eingebracht wird.

Beispie! 14

Dieses Beispiel 14 zeigt die Bedeutung einer Nachbehandlung mit Wasser. Es wurde das Produkt des ίο Beispiels 6 mit Wasser behandelt:

Trockengewicht des Blocks nach 4 h 50° C 1790 g

24 h in Wasser tauchen und dann 24 h bei

50° C getrocknet (Gew.-Verlust 9%). 1620 g

Vorher

Nachher

Dichte

Druckfestigkeit N/mm²
λ W/m · K

0,32	0,29
0,7	0,9
0,071	0,055

Der Vergleich zeigt eine deutliche Verbesserung der Druckfestigkeit und Verringerung der Wärmeleitzahl.
Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die Anwesenheit eines Expansionsreglers nach der Erfindung bewirkt, daß weniger Wasserdampf abgegeben wird, sich die Expansion mit der Regler-Menge einstellen läßt, d. h. es läßt sich der Porendurchmesser nach Bedarf einstellen, die Schrumpfung ist praktisch

jo vern.achlässigbar und beträgt etwa 1% und doch ist ein gutes Ausformen ermöglicht; die Gleichmäßigkeit der Porenweite ergibt ein hervorragendes Aussehen des Produktes, dessen Wärmeleitzahl dadurch besonders nieder also die Wärmedämmung besonders hoch ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines expandierten Werkstoffes auf AlkaiisUicatbasis aus einem Gemisch von mindestens einem Alkalisilicat und mindestens einem porenbildenden Mittel in Form von Aluminium und/oder Silicium sowie aktiven und gegebenenfalls inaktiven Stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Expansion in Gegenwart eines Methylesters und/oder Propylencarbonat durchführt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Methylester und Propylencarbonat zusetzt

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Methylester mit Propylenglykol kombiniert

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Methylester während der Expansion in situ bildet

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch von 5 bis 50% aktive Stoffe, 10 bis 120% inaktive Stoffe, 2 bis 15% porenbildendes Mittel und 0,1 bis 10% Expansionsregler — bezogen auf das Silicatgewicht — einsetzt

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß man ein Alkalisilicat mit einem Molverhältnis SiÜ2/Na2O von etwa 2 verwendet

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das expandierte Produkt mit Wasser nachbehandelt.