DE3246619C2

DE3246619C2 -

Info

Publication number: DE3246619C2
Application number: DE19823246619
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Dipl.-Chem. Dr. 5653 Leichlingen De Neuschaeffer; Hans-Werner Engels; Paul Dipl.-Chem. Dr. 5210 Troisdorf De Spielau; Guenter Dipl.-Chem. Dr. 5300 Bonn De Zoche
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Huels Troisdorf AG
Priority date: 1982-12-16
Filing date: 1982-12-16
Publication date: 1988-01-07
Also published as: DE3246619A1

Description

Die Erfindung betrifft fließfähige wasserhal tige Formmassen auf Basis von alkalihaltigen anorganischen Bestandteilen sowie Schäummitteln, welche durch Gießen in Formen und Erwärmen geschäumte Formkörper bilden, sowie das Verfahren zur Herstellung solcher Formmassen und die daraus herstellbaren zumindest teilweise geschäumte Form körper.

Es ist bekannt, fließfähige wasserhaltige Formmassen auf synthetischem Wege aus anorganischen Stoffen herzustellen und durch Härten in der Wärme hieraus Formkörper zu bilden, wobei als wesentlicher Bestandteil Alkalilaugen, Alkali wasserglas-Lösungen, Metakaolin sowie gegebenenfalls be stimmte Füllstoffe verwendet werden (französische Patentan meldungen 79 22 041 und 80 18 970), welche gegebenenfalls schäumbar sind.

Hierbei müssen ganz bestimmte Molverhältnisse von SiO₂, von Al₂O₃, der Alkalihydroxide und des Wassers eingehalten werden, wobei Alkalilaugen und Alkaliwasserglas als Härter für eine Mischung aus Metakaolin, Alkaliwasserglas und Füllstoffen dienen. Nach diesem Stand der Technik spielt der sogenannte Metakaolin d. h. ein reaktionsfähiges Alumi niumsilikat der ungefähren Summenformel Al₂O₃ · 2 SiO₂, das durch Erhitzen von Kaolinit auf ca. 800°C erhalten wird, eine besondere Rolle als aktive Komponente zur Bildung eines "polymeren" Alumosilikat-Gerüstes. Metakaolin ist auch der einzige feste Bestandteil, abgesehen von gegebenenfalls anwesenden Füllstoffen, sowie die einzige Quelle für den Gehalt an Aluminiumoxid. Die entstandenen Formkörper nach dem Stand der Technik weisen ein besonderes dreidimensionales Poly mergerüst aus Alkalialumosilikaten auf.

Diese Formmassen nach dem Stand der Technik erfordern nach dem Vermischen der Ausgangsstoffe eine erhebliche Reifezeit d. h. eine Wartezeit, bis das Formgießen und die Bildung des Formkörper durch Erwärmen vorgenommen werden kann. Erst nach dem Reifen können diese Formmassen gegossen werden und bilden dann durch Erwärmen einen festen Formkörper aus. Diese Formkörper müssen im Regelfall als Füllstoff Glimmer pulver enthalten, um Rißbildung und Schwingung zu vermeiden. Nachteilig ist weiterhin, daß nur Metakaolin von ganz be stimmter Herkunft, der offenbar einer ganz bestimmten Tempe raturbehandlung ausgesetzt war, die Herstellung der fließ fähigen Formmasse und eine solche Herstellung der Form körper gestattet.

Zudem entstehen nur dann geeignete fließfähige Formmassen, wenn bei der Vermischung der Ausgangsstoffe eine bestimmte Reihenfolge der Zugabe eingehalten wird.

Es bestand daher die Aufgabe, teure und schwer beschaffbare Ausgangsstoffe zu vermeiden, die Beschränkung der Vermisch barkeit der Bestandteile zu beseitigen, verschiedenartige Füllstoffe verwendbar zu machen, sowie leichter verar beitbare Formmassen und verbesserte Formkörper herzu stellen und diese zu geschäumten Formkörpern zu verar beiten. Es wurde gefunden, daß diese Ziele durch Ver wendung einer vergleichsweise geringen Anzahl von ein ander beschaffbaren Rohstoffen erreichbar sind.

Gegenstand der Erfindung sind schäumbare wasserhaltige härtbare Formmassen auf der Basis einer wäßrigen Alka lisilikatlösung, SiO₂ und gegebenenfalls Füllstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Formmasse 1,5 bis 10 Gew.-Teile Oxid-Gemisch mit Gehalten von amorphem SiO₂ und Aluminiumoxid, welche als Staub wasserfrei bei Hochtemperatur-Schmelzprozessen aus der Dampf- oder Gas phase entstehen, und
0,7 bis 2,5 Gew.-Teile K₂O bzw.
0,55 bis 1,5 Gew.-Teile Na₂O je Gew.-Teil gelöstes SiO₂ der Alkalisilikatlösung, Wasser und gegebenenfalls Füllstoffe bis zur Grenze der Fließfähigkeit und Schäummittel ent halten,
wobei das Oxid-Gemisch gegebenenfalls durch SiO₂ aus amorpher, dispers-pulverförmiger wasserhaltiger Kieselsäure er setzt ist.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung der Formmassen nach Anspruch 2, die nach An spruch 3 oder gegebenenfalls Anspruch 4 gehärtet werden können. Bei der Härtung erfolgt keine Schwindung. Der Formkörper ermöglicht eine sehr exakte Abbildung der Form.

Erfindungsgemäß sind geschäumte Formkörper mit hoher Tem peraturbeständigkeit bis 800, 1000 oder auch 1200°C aus wasserhaltigen schäumbaren anorganischen Formmassen her stellbar. Weiterhin ist überraschend der nach dem Stand der Technik notwendige Gehalt von Metakaolin vermeidbar. SiO₂aus dem Oxid-Gemisch und gegebenenfalls SiO₂ aus der wasser haltigen amorphen Kieselsäure, sowie gegebenenfalls teilweise auch das Aluminiumoxid des Oxid-Gemischs werden als die reaktiven steinbildenden festen Bestandteile an gesehen.

Diese festen Bestandteile der Formmasse bilden mit den Alkalien und dem gelösten Silikat-Anteil aus Alkaliwas serglas im gehärteten Formkörper ein Alkalipolysilikat, in dem offenbar auch Si durch Al ersetzt sein kann, das als strukturbildender Bestandteil die Füllstoffe umgibt, wobei der durch Erwärmen gehärtete steinartige Formkör per nach weiterem Trocknen praktisch frei von ungebun denem Wasser ist.

Zwar war aus der US-PS 15 87 057 bekannt, geschmolzene Kieselsäure (silica) oder Quarz von stückiger Form zu mahlen und mit Lösungen von Alkalisilikat zu einer Pa ste anzurühren, die beim Stehenlassen oder Erwärmen zu Formkörpern erstarrt, worauf durch anschließende zeit raubende Behandlung mit konzentrierter Chlorwasserstoff säure aus den gebildeten Silikaten Kieselsäure in Frei heit gesetzt wird und der Überschuß von Chlorwasser stoffsäure durch wiederum zeitraubende Behandlung mit fließendem Wasser beseitigt oder Ammoniumhydroxidlö sung neutralisiert wird, worauf erneut getrocknet wer den muß.

Die vorliegende Erfindung hebt sich hiervon durch Ver wendung eines amorphen SiO₂ enthaltenden Oxid-Gemischs und gegebenenfalls von disperser und pulverförmiger wasserhaltiger Kieselsäure in amorpher Form sowie durch ein einfaches Herstellverfahren der Formkörper ohne jede Nachbehand lung ab.

Aus der DE-AS 19 34 855 waren weiterhin keramische Pro dukte bekannt, welche geschäumt sind, und worin kerami sche Ausgangsmaterialien mit Alkalisilikatlösung zu ei ner Formmasse verarbeitet werden, die bei Erhitzen auf 50 bis 300°C fest wird, wobei die durch Zersetzung von Bicarbonaten freiwerdende Menge CO₂ offenbar eine we sentliche Rolle beim Schäumen und Festwerden hat. Die dortigen keramischen Ausgangsmaterialien sind die üb lichen Alumosilikate, jedoch sind auch Oxide, Nitride und Carbide möglich, welche nach den Beispielen als für Keramik übliche Mischung verwendet werden, in der einerseits ein kieselsäurehaltiges Material mit mehr als 50% SiO₂ und ein Tonerdematerial mit mehr als 50% Al₂O₃ vorhanden sein soll. Solche keramischen Ausgangs materialien haben nicht die Fähigkeit, zusammen mit Alkalisilikatlösung als steinbildende Komponente bei niedrigen Temperaturen zu reagieren.

Die Mengenverhältnisse sind in weiten Grenzen variier bar und nur durch die Fähigkeit begrenzt, aus der was serhaltigen gießbaren Formmassen durch Erwärmen zu ei nem steinartigen Formkörper zu härten. Im Regelfalle sollen jedoch in den erfindungsgemäßen Formmassen 1,5 bis 10 Gew.-Teile, vorzugsweise 2 bis 6 Gew.-Teile, sehr bevorzugt 3,2 bis 5,5 Gew.-Teile Oxid-Gemisch bzw. teilweise SiO₂ aus amorpher wasserhaltiger Kieselsäure und 0,7 bis 2,5 Gew.-Teile, vorzugsweise 0,8 bis 1,6, sehr bevorzugt 0,85 bis 1,4 Gew.-Teile K₂O oder die hierzu äquivalenten Mengen 0,50 bis 1,5, vorzugsweise 0,55 bis 1,2 Gew.-Teile Na₂O oder sowohl K₂O als auch Na₂O in entsprechenden äquivalenten Anteilen je Gewichtsteil gelöstes SiO₂ aus Alkalisilikat-Lösungen bzw. aus Alkalihydroxid oder dessen Lösungen enthalten sein. Soweit neben K₂O auch Na₂O vor handen ist, soll die Gesamtmenge der Alkalien entsprechend ihren Äquivalentmengen den für K₂O genannten Gewichtsteilen entsprechen. Das ungelöste SiO₂ stammt aus dem amorphes SiO₂ enthaltenden Oxidgemisch sowie gegebenenfalls aus amorpher, dispers-pulverförmiger wasserhaltiger Kieselsäure, welche beispielsweise durch Fällung erhältlich ist.

Der Anteil von K₂O und/oder Na₂O kann aus Alkalisilikat- Lösungen, welche gewöhnlich als Alkaliwasserglas bezeichnet werden, oder ganz bzw. teilweise aus festem Kaliumhydroxid und/oder Natriumhydroxid oder deren Lösungen stammen. Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensweg des Herstellverfahrens kann das Alkaliwasserglas durch Auflösen der amorphen dispers-pulverförmigen wasserhaltigen Kiesel säure in oder mit Alkalihydroxid oder dessen wäßrigen Lösungen ganz oder teilweise erhalten werden, wobei der un gelöste Anteil an SiO₂ jedenfalls als amorphes SiO₂ ent haltendes Oxidgemisch oder als SiO₂ aus amorpher dispers-pulverförmiger wasserhaltiger Kieselsäure zu zusetzen ist. Der Wassergehalt der Formmassen, welcher bei Anwesenheit von amorpher dispers-pulverförmiger wasserhal tiger Kieselsäure aus deren Wassergehalt bzw. der Feuchte dem Wassergehalt der Alkalisilikat-Lösung sowie gegebenen falls bei Verwendung von Alkalihydroxid-Lösungen aus diesen stammt, wird empirisch bestimmt und soll nicht höher sein als die Fließfähigkeit der Formmasse erfordert, wobei auch gegebenen falls vorhandene inerte Füllstoffe bezüglich der Fließfähig keit zu berücksichtigen sind. Im allgemeinen wird der Wassergehalt 20 bis 65 Gew.-% Wasser, bezogen auf die akti ven d. h. steinbildenden Bestandteile, d. h. ohne Berück sichtigung der Füllstoffe betragen, wobei Wassergehalte von 26 bis 58 Gew.-% bevorzugt sind. Die Untergrenze und die Obergrenze des Wassergehalts ist durch die Härtbarkeit zu steinartigen Formkörpern sowie die Formbarkeit gegeben. Größere als notwendige Wassergehalte vermindern die Wirt schaftlichkeit und Festigkeit der Formkörper.

Das in der Formmasse und dem Formkörper enthaltene Alkali kann auf einem Gehalt an K₂O oder Na₂O oder beiden Alkali oxiden basieren. K₂O ist als alleiniger oder überwiegender Bestandteil bevorzugt, obgleich auch der Alkaligehalt voll ständig aus Na₂O bestehen kann, wobei jedoch eine längere Härtezeit und schlechtere physikalische Eigenschaften der hergestellten Formkörper auftreten können.

Als wäßrige Lösungen von Alkalisikaten sind bevorzugt die bekannten stark alkalischen wäßrigen Lösungen von Alkaliwasserglas, d. h. von im Schmelzfluß erstarrten glasi gen wasserlöslichen Alkalisilikaten, welche durch Zusammen schmelzen von Quarzsand und Alkalicarbonaten bzw. -hydroxi den in stark wechselnden Mengen von SiO₂ und Alkalioxid erhalten werden. Bei Molverhältnissen von 1,5 bis 5 Mol SiO₂, vorzugsweise 2 bis 4 Mol SiO₂, je Mol Alkalioxid sind bei Wasserglaslösungen 28 bis 43 Gew.-%ige, bei Natron wasserglaslösungen bis 60 Gew.-%ige wäßrige Lösungen üb lich, wobei die wasserärmeren Lösungen bevorzugt sind. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine wäßrige Lösung von Alkalisilikat auch durch Auflösen der amorphen, dispers-pulverförmigen wasserhaltigen Kieselsäure in Alkalihydroxid-Lösungen oder gegebenenfalls durch Zugabe von festem Alkalihydroxid unter Verflüssigung beim Rühren er halten werden. Die amorphe Kieselsäure geht häufig in exo thermer Reaktion in Lösung, so daß während der Herstellung einer solchen Alkalisilikat-Lösung erforderlichenfalls zu kühlen ist. Eine Filtration oder Reinigung ist trotz der häufig erheblichen Gehalte von Verunreinigungen bei Einsatz amorpher wasserhaltiger Kieselsäure für die Verwndung im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich. So hergestellte Alkalisilikat-Lösungen weisen bei gleichem Alkali/SiO₂-Verhältnis vielfach nicht gleiche Fließfähig keit bzw. Viskosität wie handelsmäßige Alkalisilikat-Lösun gen von der Art des Wasserglases auf, vermutlich weil das SiO₂ nicht als die gleiche Art oder Verteilung von Oligo silikaten vorliegt. In überraschender und vorteilhafter Wei se hat die so hergestellte Alkalisilikat-Lösung trotz des Vorhandenseins von Verunreinigungen gute Eigenschaften als Bestandteil der steinbildenden Formmassen.

Das Oxidgemisch mit Gehalten von amorphem SiO₂ und Alumi niumoxid hat stark wechselnde Gehalte beider Oxide, deren gemeinsamer Anteil häufig 75 bis über 90 Gew.-% des Oxidge mischs beträgt, wobei aber auch geringere Gehalte als 75 Gew.-% und höhere Gehalte sonstiger Oxide möglich sind. Das Oxidgemisch ist wasserfrei. Es besteht ausschließlich oder ganz überwiegend aus Gemischen von Oxiden.

Solche Oxidgemische entstehen typischerweise bei indu striellen Hochtemperatur-Schmelzprozessen als Stäube und bilden zunächst eine Dampf- oder Gasphase, aus der sie beim Abkühlen als feinverteilter Staub abgeschieden werden. Häufig entsprechen die Oxidgemische nicht der Zusammen setzung des industriellen Schmelzprodukts.

Im Röntgenogramm finden sich keine Hinweise auf kristalli nes SiO₂, während Al₂O₃ kristallin zumindest zum Teil als α-Al₂O₃ (Korund) und in wechselnden Anteilen als alkali haltiges β-Al₂O₃ vorliegt. Eisenoxide können anwesend sein, z. B. als Fe₂O₃. Erdalkalien, besonders CaO, sind gegebenen falls in geringen Mengen anwesend. Geringe Anteile von Fluoriden, P₂O₅ oder ZrO₂ können in Abhängigkeit vom jewei ligen Schmelzprodukt vorkommen.

Die Oxidgemische können 7 bis 75 Gew.-% SiO₂ und 12 bis 87 Gew.-% Al₂O₃ enthalten, wobei hohe SiO₂-Gehalte oder hohe Al₂O₃-Gehalte je nach Art des Schmelzprozesses, jedoch auch bei demselben Schmelzprozeß am Beginn oder Ende einer "Ofenreise" auftreten können. Geeignete Oxidgemische ent stehen bei Schmelzprozessen der Herstellung verschiedener Korund-Typen, des Mullits gegebenenfalls auch bei der Her stellung von elementarem Silicium, Ferrosilicium oder bei der Metallverhüttung.

Kennzeichnend für die Verwendbarkeit der Oxidgemische gemäß der Erfindung ist die Unlöslichkeit in Alkalisilikat-Lö sungen bei Herstellung der Formmasse und die Reaktionsfähig keit mit wäßriger Alkalisilikat-Lösung bzw. mit wäßriger Alkalihydroxid-Lösung in der wasserhaltigen Formmasse zum steinbildenden Bestandteil der Formkörper.

Die amorphe dispers-pulverförmige wasserhaltige Kieselsäure liegt als lagerfähiges und rieselfähiges Pulver, filter feucht oder als breiiges Gel vor.

Der Wassergehalt kann 20 bis 60 Gew.-% oder gegebenenfalls mehr betragen, wobei die Trockensubstanz zu 85 bis 100 Gew.-% analytisch als SiO₂ bestimmt wird, neben klei neren Anteilen von u. a. Aluminiumoxid, Eisenoxid, Metallfluoriden, gegebenenfalls Ammoniumfluorid sowie Glühverlust. Solche amorphen dispers-pulverförmigen wasserhaltigen Kie selsäuren werden im allgemeinen durch Fällung aus wäßri gen Lösungen erhalten, beispielsweise bei der Gewinnung und Reinigung mineralischer Ausgangsstoffe der Aluminiumindustrie beispielsweise bei der Umsetzung von H₂SiF₆ zu Alkali fluoriden oder Kryolith oder auch aus andersweitig erhalte nen wäßrigen Silikatlösungen. Bei diesen in zahlreichen industriellen Prozessen abzutrennenden amorphen wasserhal tigen Kieselsäuren kommt es nur darauf an, daß wasserhalti ge Kieselsäuren d. h. hydratisierte nichtoxidische Kiesel säuren in amorpher, feinverteilter und bei der Steinbildung reaktionsfähiger Form vorliegen.

Füllstoffe können in geeigneten Mengen, insbesondere bis 200 g je 100 g der steinbildenden Komponenten in der Formmasse enthalten sein. In sehr vorteilhafter Weise sind erfindungsgemäß sehr vielfältige Füllstoffe, vorzugsweise anorganische Stoffe in gemahlener oder verteilter Form möglich, beispielsweise Gesteinsmehle, Basalte, Tone, Feld späte, Glimmermehl, Glasmehl, Quarzsand oder Quarzmehl, Bauxitmehl, Tonerdehydrat, Abfälle der Tonerde-, Bauxit- oder Korundindustrie, Aschen, Schlacken, Fasermaterialien sowie weitere inerte nicht wasserlösliche mineralische sowie gegebenenfalls organische Materialien. Für schäum bare Formmassen werden leichte Füllstoffe wie Bimsmehl, Vermiculite oder Perlite sehr bevorzugt. Die Füllstoffe bilden mit den reaktionsfähigen steinbildenden Anteilen der Masse einen guten Verbund, sind aber im eigentlichen Sinne keine Reaktionspartner.

Als Schäummittel werden Stoffe verwendet, die bei der zur Härtung erforderlichen Temperaturerhöhung oder bei Einwirkung des Wassers eine genügende Menge von Gasen bilden oder, im Falle von zugegebenen Gasen, diese stabilisieren. Die Art und Menge der Schäummittel wird so ausgewählt, daß bei der Erhöhung der Temperatur zum Zweck der Härtung die Gasbildung abgeschlossen ist, bevor durch die eintretende Härtung der Formkörper zu seiner bleibenden Gestalt verfestigt ist.

Die gasbildenden Schäummittel sollen daher bei oder oberhalb Zimmertemperatur bzw. der durch Herstellung der Formmassen entstehenden Temperatur und unterhalb der anzu wendenden Härtungstemperatur das zum Verschäumen dienende Gas abgeben.

Im allgemeinen soll die Temperatur der Gasbildung der Schäummittel zwischen 20 und 95°C liegen.

Die Zugabe von Gasen wie N₂, Luft, CO₂ o. a. und deren Stabilisierung durch zugesetzte Emulgatoren ist möglich, aber nicht bevorzugt.

Als gasbildende Schäummittel sind besonders das sogenannte Natriumperborat, einer Additionsverbindung aus Natriumborat und Wasserstoffperoxid oder Aluminiumpulver, in phlegmatisierter oder unphlegmatisierter Form bevor zugt.

Die Menge der Schäummittel hängt stark von der Dichte des Schaumkörpers, von dessen zu erzielender Festigkeit und der Art des Schäummittels ab. Geeignete Mengen des Per borats liegen zwischen 0,5 und 4 Gew.-%, vorzugsweise 0,7 bis 3,4 Gew.-% der Formmasse. Geeignete Mengen Al- Pulver, das eine große Menge Wasserstoffgas je Gewichts einheit liefert, liegen zwischen 0,05 und 0,8 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 0,6 Gew.-% der Formmasse. Bei allen Schäummitteln sind für besondere Zwecke auch kleinere oder größere Mengen möglich. Das mit einem bei Normaltemperatur nicht angreifbaren Oberflächenfilm phlegmati sierte Al-Pulver verschäumt bei Temperaturen z. B. 60 bis 90°C. Soweit der Beginn des Schäumens bei niedri gen Temperaturen nicht hinderlich ist, kann unphlegmati siertes Al-Pulver, verwendet werden.

Weitere gasbildende Schäummittel wie anorganische oder organische Peroxide, die unter Einwirkung von Wasser und/ oder der Erwärmung bei der Härtung zerfallen, Ammonium- oder Alkalicarbonate, H₂O₂, weitere Peroxiverbindungen od. dgl. können verwendet werden, sind aber nicht bevorzugt. Die Schäumzeiten sind durch die Art und Menge der Schäum mittel stark beeinflußbar innerhalb von 10 Minuten bis 3 Stunden, jedoch sind lange Schäumzeiten nur bei großen Formkörpern nötig, deren Inneres sich bei der Härtung erst langsam erwärmt.

Gegebenenfalls können auch Gase wie CO₂, Luft u. a. einge bracht, durch Rühren verteilt und mit z. B. Emulgatoren verteilt werden.

Die Formmassen gemäß der Erfindung benötigen überraschend nach der Vermischung keine Reifezeit. Durch Fehlen der Reifezeit ist unmittelbar nach der Herstellung der Form masse und der Formgebung die Härtung zu Formkörpern durch Erwärmen möglich.

Der Wassergehalt braucht nur so groß zu sein, daß eine genügende Fließfähigkeit erreicht wird. Bei schäumbaren Formmassen erfolgt das Verschäumen und gleichzeitig bzw. danach durch weiteres Erwärmen die Anhärtung in der Form, bis eine genügende Festigkeit erreicht ist, die das Entformen gestattet. Die Formmassen der Erfindung erlauben gegebenenfalls eine frühzeitige Entformung und anschließende Aus härtung in der Wärme. Bevorzugt erfolgt die Aus härtung in der Form.

Die Temperatur der Härtungsvorgänge und die Härtungszeiten sind von der Zusammensetzung der Formmasse, von der Art des Schäummittels und gegebenenfalls von Art und Menge der Füllstoffe abhängig. Die Härtungstemperaturen liegen je doch höchstens bei 200°C und ermöglichen damit den Vor teil der Energieersparnis gegenüber zahlreichen traditio nellen Erzeugnissen z. B. der Baukeramik.

Die Temperaturen der Härtung liegen allgemein bei 50 bis 200°C. Für die Anhärtung in der Form sind Temperaturen von 50 bis 150°C, vorzugsweise 60 bis 95°C erforderlich. Solange während des Anhärtens die Schäumung erfolgt und der Formkörper noch nicht die endgültige Gestalt gebildet hat, soll eine Temperatur eingehalten werden, bei der sich kein Wasserdampf bildet. Nach der Entformung kann sich eine Aushärtung bei 70 bis 200°C, vorzugsweise bei 80 160°C anschließen. Übliche Härtungszeiten liegen zwischen 0,1 und 3 Stunden.

Bevorzugt wird die Form nur soweit gefüllt, daß der ge schäumte feste Formkörper die Form vollständig füllt, was durch Vorversuche zu ermitteln ist. Da bei der Härtung keine Schwingung auftritt, können so alle Einzelheiten der Form sehr genau im Formkörper abgebildet werden.

Die Trocknung erfolgt ohne Hilfe technischer Maßnahmen von selbst bei der Lagerung an Luft oder bei erhöhter Temperatur.

Eine Einfärbung ist möglich und unterliegt wegen der gerin gen Temperatur bei der Härtung keinen Einschränkungen. Die Farbstoffe sollen beständig gegenüber den Schäummitteln und gegenüber Alkali sein.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formmassen nach dem Patentanspruch 3 sowie das Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus den erfindungsgemäßen Formmassen gemäß den Ansprüchen 5 bis 7.

Die Komponenten können in beliebiger Reihenfolge mit einander vermischt werden. Die festen Bestandteile und die flüssigen Bestandteile werden mit Hilfe eines Rührers oder gegebenenfalls durch Kneten gut gemischt. Erforder lichenfalls werden die festen Bestandteile in Pulverform in Portionen oder über längere Zeit zugegeben und homogen verteilt. Wenn erforderlich, werden die Schäummittel erst kurz vor dem Gießen der Formmasse eingearbeitet.

Die geschäumten Formmassen werden besonders zweckmäßig mit einem Gewichtsverhältnis des Oxidgemischs zu Alkali silikat-Lösung von 0,5 : 1 bis 3 : 1 hergestellt. Die Alkalisilikat-Lösung wird bevorzugt aus amorpher wasser haltiger Kieselsäure hergestellt.

Die Formkörper erreichen durch die Härtung hohe Temperaturbeständigkeit bis 1000, teils bis 1200°C, d. h. Werte wie bisher nur durch die aufwendigen Prozesse bei der Herstellung keramischer Platten oder Klinker bzw. bei Naturstein erhältlich. Die Schaumkörper haben Dichten von 100 bis 1000, vorzugsweise 200 bis 800 kg/m³.

Im Rahmen der Erfindung können die Formkörper ganz oder zum Teil aus geschäumtem Material bestehen. Besonders können die Formkörper aus einem flächigen geschäumten Teil und einem flächigen massiven Teil bestehen, der z. B. die Sichtfläche bildet.

Der massive Teil kann aus einem beliebigen Material, wie Keramik, Natur- oder Kunststein, Metall oder Kunststoffen bestehen. Bevorzugt besteht der massive Teil aus Ton- bzw. Keramikmassen wie Fliesen, Kacheln oder Klinkern, aus Naturstein oder Kunststein oder aus einer erfindungs gemäßen Formmasse ohne oder mit geringer Schäummittelmenge hergestellt, auf welchen ein angegossener Schaumkörper fest verankert wird. Durch Profile, Stege od. dgl. an dem massiven Teil kann erforderlichenfalls eine zusätzliche Ver ankerung bewirkt werden. Soweit der Schaumteil ungenügend haftet, kann eine Verklebung vorgesehen werden.

Der geschäumte Teil kann auf den fertigen massiven in die Form eingelegten Teil aufgegossen werden.

Eine gleichzeitige Herstellung - naß in naß - von Schaum teil und massivem Teil ist bei härtbaren massiven Teilen möglich, besonders soweit diese aus Form massen mit Zusammensetzungen entsprechend der Erfindung unter Fortlassen der Schäummittel hergestellt werden. Die Formkörper besitzen eine sehr gute Formtreue. Die Neigung zur Rißbildung und Formschwingung ist sehr gering, so daß besonders auch Formkörper von großen Dimen sionen und großflächige Hinterschäumungen herstellbar sind.

Die Formkörper sind bohrbar bzw. sägbar und ermöglichen, soweit gewollt, eine nachträgliche Bearbeitung der Ober fläche durch z. B. Schleifen oder Fräsen.

Diese Eigenschaften ermöglichen die Verwendung der Form körper für zahlreiche technische Verwendungszwecke die bisher hocherhitzten z. B. keramischen Formkörpern vorbe halten sind. Eine weitere Verwendung ist als hochwertige Formkörper im Bereich des Hochbaus vorgesehen, beispiels weise als Platten für die Verkleidung und/oder den Aufbau von Wänden oder für die Deckung von Dächern, z. B. in der Art von Platten, Klinkern, Bekleidungen, o. ä., wobei im Gegensatz zu bekannten Materialien durch besonders die hohe Biegebruchfestigkeit auch dünne Formkörper von größeren Abmessungen als bisher verwendbar sind, beispiels weise Verkleidungselemente von der Größe mehrerer Platten, Klinkern od. dgl.

Die Schaumkörper sind als Wärmedämmung und Schalldämmung vorteilhaft einsetzbar und lassen sich mechanisch z. B. durch Sägen erforderlichenfalls leicht bearbeiten.

In der Zeichnung werden die aus den Formmassen hergestell ten Formkörper gemäß der Erfindung in Ausführungsbei spielen schematisch gezeigt und anhand dieser noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen rechteckigen Formkörper aus einer massiven Deckschicht und einer damit verbundenen Schaum schicht,

Fig. 2 einen beispielsweise für eine Rohrisolierung ver wendbaren Schaumkörper in Form eines Halbzylinders,

Fig. 3 einen rechteckigen Formkörper aus einer massiven, mit einem erhabenen Relief versehenen Deckschicht und einer wärmeisolierenden durch Aufgießen einer schäumbaren Formmasse hergestellten Schaumschicht.

Der in einer perspektivischen Ansicht dargestellte Form körper der Fig. 1 weist eine massive ungeschäumte Deck schicht 1 aus einer anorganischen Formmasse und eine durch Aufgießen einer schäumbaren Formmasse in dieselbe Form hergestellte Schaumschicht 2 auf, die nach dem Härten fest mit der massiven Deckschicht verbunden ist.

Fig. 2 zeigt einen Schaumkörper in Form eines Halbzylin ders, der zusammen mit einem zweiten gleichen Halbzylinder als umhüllende Wärmeisolierung beispielsweise eines Rohres oder eines Kessels, verwendbar ist.

Fig. 3 zeigt einen rechteckigen Formkörper aus einer Schaumschicht 2 und einer massiven Deckschicht 1, welche auf der Sichtfläche eine daraus hervorragende Profilierung 3 aufweist. Ein solcher Körper kann beispielsweise aus einem vorgefertigten keramischen Körper, der die Deck schicht 1 mit Profilierung darstellt, durch Aufgießen einer schäumbaren Formmasse auf den keramischen Körper und Härten zu einem Schaumkörper hergestellt werden.

Beispiel 1

200 g einer kalialkalischen Lösung von wasserhaltiger amorpher Kieselsäure enthaltend 53 Gew.-% H₂O, 23,5 Gew.-% SiO₂ und 23,5 Gew.-% K₂O werden mit 400 g eines Oxidge mischs mit Gehalten von 46 Gew.-% amorphem SiO₂ und 43 Gew.-% Al₂O₃ sowie Fe₂O₃ und weiteren Oxiden und als Schäummittel 15 g NaBO₂ · H₂O₂ · 3 H₂O homogen gemischt und in eine allseitig verschließbare Form von geeignetem Volumen gegossen. Die verschlossene Form wird auf ca. 80°C auf geheizt, wodurch Sauerstoff freigesetzt wird und die Masse in einem Schaumstoff umwandelt. Der Formkörper ist in 30 Minuten gehärtet und kann entformt werden. Der entform te Schaumstoffkörper wird weitere 30 Minuten bei Tempera turen von 90°C nachgetrocknet. Die Dichte des offenporigen Schaums liegt bei 450 kg/m³.

Beispiel 2

Eine Mischung wie in Beispiel 1 genannt wird auf die Rück seite einer keramischen Kachel, die in eine entsprechende Form eingelegt ist, gegossen und wie im Beispiel 1 be schrieben, gehärtet. Nach der Entformung ist der Schaum mit der saugfähigen Rückseite der Kachel zu einem festen Verbundmaterial geworden, das die dekorative Vorderseite der Kachel und eine wärme- und schalldämmende Rückseite aufweist.

Beispiel 3

70 g einer kalialkalischen Lösung von amorpher Kieselsäure enthaltend 51 Gew.-% H₂O und SiO₂ und K₂O im Molverhält nis 2 : 1, werden mit 70 g eines Oxidgemisches, enthaltend 56 Gew.-% amorphes SiO₂, 37 Gew.-% Al₂O₃ sowie Fe₂O₃ und weitere Oxide, als Füllstoffe 120 g feingemahlenem Quarz sand, 40 g Quarzmehl und 3 g Farbpigment auf Basis von Fe₂O₃ intensiv gemischt und in eine mit einer Struktur oberfläche versehene Eisenform gegossen. Gleich anschließend werden 250 g derselben kalialkalischen Lösung von amorpher Kieselsäure mit 250 g des genannten Oxidgemischs, 60 g feingemahlenem Perlite und 10 g NaBO₂ · H₂O₂ · 3 H₂O gut ge mischt und auf die schaummittelfreie Masse in der gleichen Form gegossen. Nach Schließen der Form wird diese auf 85°C erhitzt und nach 45 Minuten wieder geöffnet. Der entstandene Formkörper wird anschließend 1 Stunde bei 90°C getrocknet. Er besteht aus einer eingefärbten auf der Sichtseite strukturierten massiven Vorderseite und einer aus anorganischem Schaum bestehenden Rückseite, die eine Dichte von 350 kg/m³ aufweist, während der massive Teil eine Dichte von 1700 kg/m³ hat.

Beispiel 4

Entsprechend Beispiel 3 mit den dort genannten Formmassen, jedoch mit dem Unterschied, daß die massive Masse in strukturierte Vielfachformen gegossen und gehärtet wird, bevor die Schaummasse in einem zweiten Arbeitsgang zum Hinterschäumen der bereits gehärteten massiven Formteile verwendet wird. In einer Variante a) enthält die Vielfach form voneinander durch Stege der Form getrennte massive Formkörper, die durch den Schaum miteinander verbunden sind, gemeinsam entformt werden und einen einzigen zu ver wendenden Formkörper bilden. In einer Variante b) werden mehrere Formkörper gegossen, die jeder eine massive strukturierte Vorderseite und eine aus Schaum bestehende Rückseite aufweisen.

Beispiel 5

150 g einer kalialkalischen Lösung von amorpher wasserhal tiger Kieselsäure mit einem Gehalt von 48 Gew.-% H₂O und SiO₂ und K₂O im Molverhältnis von 1,5 : 1 werden mit 250 g eines Oxidgemischs mit Gehalten von 70 Gew.-% amorphem SiO₂ und geringen Gehalten von Al₂O₃ und weiteren Oxiden und als Treibmittel mit 0,5 g Aluminiumpulver (phlegmatisiert mit dem Ca-Salz einer Fettsäure) vermischt und in eine Form gegossen. Nach Schließen der Form bis auf eine kleine Bluteröffnung (zum Entweichen überschüssiger Gasmengen) wird durch Erhitzen auf 80°C die Masse in 10 Minuten ge schäumt und gehärtet. Nach dem Entformen wird bei 80°C nachgetrocknet. Der entstandene Schaum hat eine Dichte von 380 kg/m³.

Beispiel 6

200 g einer kalialkalischen Lösung von amorpher Kiesel säure mit einem Gehalt von 52 Gew.-% Wasser und SiO₂ und K₂O im Molverhältnis von 2,5 : 1 und 200 g eines Oxid gemisches mit Gehalten von 20 Gew.-% amorphem SiO₂, 60 Gew.-% Al₂O₃ und weiteren Oxiden sowie 0,5 g unphlegmati siertem Aluminiumpulver werden gemischt und sofort an schließend in eine Form gegossen. Durch die Reaktion des Aluminiums mit dem Alkali wird unter Erwärmung gleichzeitig Schaumbildung und Verfestigung bewirkt, die durch Nach heizen auf 60°C nach 10 Minuten einen entformbaren Schaum körper ergibt, der an der Luft nachgetrocknet wird.

Beispiel 7

22,5 g wasserhaltige amorphe Kieselsäure mit einem Gehalt von 50 Gew.-% SiO₂, 17,5 g 90 Gew.-%ige KOH und 30 g Wasser werden aufgekocht und nach Abkühlen mit 100 g Quarzmehl als Füllstoff, 20 g 50 Gew.-%ige KOH-Lösung, 71 g wasserhaltiger amorpher Kieselsäure mit Gehalten von 50 Gew.-% SiO₂ und 14,5 g NaBO₂ · H₂O₂ · 3 H₂O gemischt, in eine Form gegossen und bei 85°C 90 Minuten lang gehärtet. Nach dem Entformen wird der entstandene Schaumkörper 30 Minuten lang bei 85°C erhitzt.

Claims

1. Schäumbare wasserhaltige härtbare Formmasse auf der Basis einer wäßrigen Alkalisilikatlösung, SiO₂ und gegebenenfalls Füllstoffen, dadurch ge kennzeichnet, daß die Formmasse 1,5 bis 10 Gew.-Teile Oxid-Gemisch mit Gehalten von amor phem SiO₂ und Aluminiumoxid, welche als Staub was serfrei bei Hochtemperatur-Schmelzprozessen aus der Dampf- oder Gasphase entstehen, und
0,7 bis 2,5 Gew.-Teile K₂O bzw.
0,55 bis 1,5 Gew.-Teile Na₂O je Gew.-Teil gelöstes SiO₂ der Alkalisilikatlösung, Wasser und gegebenenfalls Füll stoffe bis zur Grenze der Fließfähigkeit und Schäum mittel enthalten,
wobei das Oxid-Gemisch gegebenenfalls durch SiO₂ aus amorpher, dispers-pulverförmiger wasserhaltiger Kieselsäure ersetzt ist.

2. Verfahren zur Herstellung von Formmassen nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine fließ fähige Masse mit Gehalten von 1,5 bis 10 Gew.-Teilen Oxid-Gemisch mit Gehalten von amorphem SiO₂ und Alu miniumoxid und 0,7 bis 2,5 Gew.-Teilen K₂O bzw. 0,55 bis 1,5 Gew.-Teilen Na₂O je 1 Gew.-Teil gelöstes SiO₂, eines Schäummittels sowie gegebenenfalls Füllstoffen durch

a) Einmischung eines amorphen SiO₂ und Aluminiumoxid enthaltenden Oxid-Gemischs und gegebenenfalls teilweise von amorpher wasserhaltiger Kieselsäure in wäßrige Alkalisilikatlösung, die gegebenenfalls mit festen oder ge löstem Alkalihydroxid versehen wird, oder
b) Auflösen von amorpher wasserhaltiger Kieselsäure in wäßriger Alkalihydroxidlösung zu wäßriger Al kalisilikatlösung und Zugabe des Oxid-Gemisches und gegebenenfalls SiO₂ aus amorpher wasserhaltiger Kieselsäure, oder
c) Vermischen von amorpher wasserhaltiger Kiesel säure mit Alkalihydroxid oder dessen wäßriger Lösung und Reaktion des zu lösenden Anteils der Kieselsäure zu Alkalisilikatlösung und Zugabe des Oxid-Gemischs

hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung geformt und bei 50 bis 200°C ge härtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung geformt, bei 50 bis 150°C ange härtet, ausgeformt und bei 80 bis 200°C gehärtet wird.