DE2813473C3

DE2813473C3 - Verfahren zur Herstellung eines Leichtbaustoffes

Info

Publication number: DE2813473C3
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: 1980-06-26
Also published as: PT67849A; DE2813473A1; NL7803379A; SE7803629L; LU79329A1; NO781092L; BE865516A; DK140978A; PT67849B; DE2813473B2; BR7801959A; GB1578404A; IT7848658A0; FR2385656A1

Description

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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 dein ein feiner Ton in einer nieder-viskosen Natriumsilicatlösung verteilt und mit einem Schäum- 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 geregelt werden. Man kann somit den Grad der Ansäuerung bestimmen durch Auswahl des ansäuernden Mittels und auch Puffer-Verbindungen einsetzen. Was die Wärmetönung der Reaktionen anbelangt, wird noch darauf hingewiesen, daß keine Verbindungen verwendet werden sollen, die während der letzten HerstP-llungsstufe verbrennen können.

Seither sind zahlreiche Versuche unternommen worden, um derartige Verfahren zu verbessern, wobei man vor allem die porenbildenden 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 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 erwiesen und zwar in thermischer Hinsicht und im Hinblick auf das erhaltene Produkt insofern, als mit der Kombination Aluminium-Siücium 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 Isolierungseigenscraften davon abhängig sind.

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren, mit dessen Hilfe die Expansion geregelt werden kann unter 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 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 ein?eln 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 Erfändung verwendet werden, können als solche in das Gemisch eingebracht werden oder werden in situ 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 erfindungsgemäßen 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.

Als Methylester kommen erfindungsgemäß Morioester, 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 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 μηι gewählt

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

Insbesondere kann das Silicium in Form eines Produktes, insbesondere einer Legierung zur Verfugung gestellt werden, die etwa 35 bis 74% Si enthält Der Anteil an porenbildendem 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 SiOyNa₂O von etwa 2 eingesetzt

Vorteilhafterwei.se umfaßt ein erfindungsgemäß vorgesehenes Gemisch:

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

Außerdem können gewisse Eigenschaften durch eine Nachbehandlung verbessert werden, beispielsweise mit jo Wasser.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Expansionsregler wird ein doppeltes Ziel erreicht: es wird die Qualität des Produktes und die Zuverlässigkeit des Verfahrens verbessert. Infolgedessen bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit zur Herstellung einer

Tabelle I

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 Erläute ■ rung der Erfindung.

Beispiele 1 bis

In diesen Beispielen wurde mit folgender Grundmasse gearbeitet:

Silicat SiO₂/Na₂O = 2,1 100 Teile

Flugasche 40 Teile

gelöschter Kalk 7 Teile

Siliciumpul ver, 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.

25

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

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

Die einzelnen Verfahrensbedingungen und die Ergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen 1 und zusammengefaßt.

Beispiel Expansionsrcglcr

Menge Rcaktions- Expansion Dampf

zeit freigesetzt

Teile min

Aussehen der Schaunioberflächc

(V) Monopropylcnglykol 8

2(V)
3

4 5

9
10 (V)

Gemisch 1

Methyllaactat

Propylencarbonat

Gemisch 2

Methylacetat

Methylformiat

Formol
Äthylsuccinat

2 1

4 3 2

10 8 6 4 2

4 3 2

2 1

6 4

5 ungeordnet wenig in der Masse blättrig.

Schaum sehr schlecht

3 gut (10,3 cm) viel gut

5 wenig mittel gut

5 mittel mittel gut

7 wenig mittel gut

6 mittel mittel gut

6 wenig wenig gut

6 wenig mittel gut

5 mittel viel mittel (mit Hohlräumen)

8 wenig (8 cm) wenig gut

6 wenig (4,2 cm) wenig gut 6 mittel (8 cm) wenig gut 5 mittel (8 cm) mittel gut

5 gut (8,5 cm) viel gut

3 wenig wenig gut

3 wenig wenig gut •3 gut mittel gut

6 wenig mittel gut

4 mittel mittel gut

6 mittel mittel gut

5 gut mittel schlecht

	5	Gemisch	Teile	10	30% Monopropylen-	fung	Hohlräume	28 1	3 473	klein, mittel	K.	80% von	mittel	Druck	6	Dampf	Aussehen	der Schaum-
			3 6	glykol, 70%Äthyl-	%				unregelmäßig		0,75-1	mittel	festigkeit		freigesetzt	Oberfläche
	Beispiel Expansionsregler Menge		5	acetut		Aussehen			klein, regelmäßig		0,3 0,4	gut	N/mm²
			4	= Vergleich.			klein, regelmäßig	0,2 0,2	gut		wenig	'mittel
		(V) Äthylacetat IfI	Tabelle 2				0,1-0,2	gut	0,65	wenig	mittel
Forlsetzung	11	Gemisch	Beispiel Schrump-		klein, regelmäßig	0,8			mittel	mittel
			Reaktions- Expansion		0,3		2,2 1,6	mittel	mittel
		zeit		0,2		2,6 1,5	wenig	mittel
12	1	min		0,2		2,7
13	2	4	klein, regelmäßig	0,5		2,0
		4		0,7	Dichte	1,3
	3	3		0,8		2,1
	4	4		0,2		1,4
V =	5	4	klein, regelmäßig	0,2		0,8	λ	A-	Bemer
				0,3	0,26	0,7			kungen
			klein, regelmäßig	0,1 0,3		0,45
6		klein, regelmäßig	0,3	0,39 0,32	22
		klein, regelmäßig,	0,2	0,38 0,29	20	0,073	0,6
		blättriges Aussehen		0,49	18
		klein, regelmäßig, blättriges Aussehen	0,3 0,3 0,3	0,37	22 16	0,073 0,072	2,47 2,00	wenig Regler
		klein und mittel.	0,3-2	0,36	14	0,078 0,074	2,41 2,22	wenig Regler
7	mm 0	unregelmäßig		0,52	5	0,091
	in der Masse blättrig, Schaum sehr schlecht	regelmäßig	1	0,36		0,082
	4	Von gutem (schönenj Aussehen.		0,29	12 11 6	0,077	3,60
8		in W/m · K.		0,32	6	0,101	2,81	Möglichkeit
9	lsi	in W/m² ·		0,28		0,084	1,72	verschie
10	3}		0,36	8	0,070	2,70	dene Pro
	1,41		0,31		0,071	1,91	dukte zu
11	2,2	0,26		0,067	0,87	erhalten*)
12	8 J	0,38 0,32		0,082	0,80
	1	0,37		0,081	0,70
13	1	0,25	0,081
*)	1		0,080 0,076
λ	1	0,28 0,28 0,23	0,087
k	1	0,22	0,075

	0,24	0,083 0,075 0,075	2,28
		0,087	2,77
			2,46
		0,073	2,65 2,42
0,31			2,62
0,3			2,25
0,8 J
0,7 2,8			2,50 2,28 1,98
2,8			1,97
1,2
			1,65
0,31 0,6 0,6)
0

0,9

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

eines Gemisches aus 20 Teilen Methylsuccinat, 60 Teilen Methylglutarat und 20 Teilen Methyladipat. Gemisch 3 besteht aus 20 Teilen Methylsuccinat, 60

Teilen Methylglutarat und 20 Teilen Methyladipat.

Die Versuche waren ia 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.

Beispiel 14

Dieses Beispiel 14 zeigt die Bedeutung einer Nachbehandlung mit Wasser. Es wurde das Produkt des 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	0,32	0,29
Druckfestigkeit N/mm²	0,7	0,9
λ W/m · K	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 vernachlässigbar 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 Alkalisilicatbasis 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 Molverhältiiis SiÖ2/Na2O von etwa 2 verwendet.

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