DE3512588A1 - Mit anorganischen schaummassen verstaerkte kunststoff-fenster-profile - Google Patents
Mit anorganischen schaummassen verstaerkte kunststoff-fenster-profileInfo
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Description
- Mit anorganischen Schaummassen verstärkte Kunststoff-
- Fenster-Profile Die Erfindung betrifft Kunststoff-Hohlprofile für Fenster, verglaste Türen o. dgl. mit Verstärkungen in den Hohlräumen aus gehärteten, geschäumten Alkalisilikatlösungen uni bestimmten aktiv härtenden, anorganlscben Komponenten, ggf. Füllstoffen sowie gasbildenden Substanzen.
- Die Besonderheit von solchen anorganischen Formmassen liegt darin, daß formbare, und insbesondere gießbare Mischungen nach kurzer Zeit aktiv durch Reaktion der Komponenten härten und dann entformbar sind.
- Die weitere Besonderheit liegt in einer Härtung bei nur geringen Temperaturen bis höchstens 1500 C, im Regelfal höchstens 1000 C, wobei hohe Biegefestigkeiten erreicht werden. Derartige Biegefestigkeiten sind vergleichbar mit denen von Keramik, wobei jedoch Keramik ein Brennen bei sehr hohen Temperaturen erfordert. Nur ganz bestimmte Feststoffe sind als aktive, steinbildende Komponente der Formmassen einsetzbar.
- Gegenstand der Erfindung sind mit anorganischen Schaummassen verstärkte Kunststoff-Hohlprofile für Fenster, verglaste Türen o. dgl., worin die Schaummasse im Inneren der Hohlprofile durch Härtung bei 60 bis 1200 0 aus einer fließfähigen Formmasse entsteht, wobei die Formmasse aus a) einem Oxid-Gemisch mit Gehalten von amorphem SiO2 und Aluminiumoxid und/oder b) Elektrofilterasche aus Hochtemperatur-Steinkohle-Kraftwerken und/ oder c) kalziniertem gemahlenem Bauxit und/oder Metakaolin in Mengen von 0,5 bis 4,0 Gew.-Teilen der feinteiligen festen Komponenten a) bis c) je Gew.-Teil einer Alkalisilikatlösung mit Gehalten von 1,2 bis 2,5 Mol gelöstem Si02 je Mol K20 bzw. Na20 sowie ggf. feinteiligen Eillstoffen sowle gasbildenden Stoffen besteht.
- Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von mit anorganischen Schaummassen verstärkten Kunstst2ff-Hohlprofilen für Fenster7 verglaste Türen o. dgl., durch Einpressen der fließfähigen Formmasse aus a) einem Oxid-Gemisch mit Gehalten von amorphem SiO2 und Aluminiumoxid und/oder b) Elektrofilterasche aus Hochtemperatur-Steinkohle-Kraftwerken und/oder c) kalziniertem gemahlenem Bauxit und/oder Metakaolin in Mengen von 0,5 bis 4,0 Gew.-Teilen der feinteiligen festen Komponenten a) bis c) je Gew.-Teil einer Alkalisilikatlösung mit Gehalten von 1,2 bis 2,5 Mol gelöstem SiO2 je Mol K20 bzw Na20 sowie ggf. feinteiligen Fillstoffen sowie gasbildenden Stoffen und Härten der Formmasse bei Temperaturen von 60 bis 1200 C.
- Die Alkalisilikatlösung kann vorzugsweise ganz oder teilweise durch Auflösen von amorpher dispers-pulverförmiger, wasserhaltiger Kieselsäure in Alkalihydroxiden oder deren wässrigen Lösungen hergestellt werden.
- Als Alkalisilikatlösung können auch handelsmäßige Lösungen verwendet werden. Bevorzugt sind für zahlreiche Zwecke Kalisilikatlösungen. Weiterhin bevorzugt ist ein Überschuß an Akalien in der Alkalisilikatlösung.
- Die Kunststoff-Hohlprofile sind an sich von bekannter Art und können beispielsweise aus schlagfestem Polyethylen, PVC, nachchloriertem Polyethylen etc. bestehen. Solche Hohlprofile werden durch Extrusion oder, beispielsweise durch Kunststoffschweißen von Profliplatten oder Profilstäben, geformt und besitzen im allgemeiner eisen oder mehrere Hohlräume von im wesentlichen rechtecki#m Querschnitt.
- Solche Hohlprofile müssen eine bestimmte Schlagfestig keit und Biegesteifigkeit aufweisen, wodurch hochwertige Kunststoffe und/oder Profile von genügender Materialdicke verarbeitet werden müssen.
- Trotz der Verwendung des an sich wärmeisolierenden Kunststoffes ist vielfach die Wärmeisolation solcher Hohlpro file nicht befriedigend. Eine Ausschäumung mit Kunststoffen ist möglich1 aber wenig gebräuchlich, zumal Schaumkunststoffe keinen Beitrag zur Versteifung der Hohlproile, und daraus hergestellter Rahmen, leisten. Vielfach ist es daher erforderlich, durch innenliegende Versteifungsstege die Schenkel der Rahmen und besonders auch die Ecken zusätzlich zu versteifen.
- Demgemäß bestand die Aufgabe, Hohlprofile für Fenster, verglaste Türen o. dgl. besser zu versteifen und die Wärmeisolierung derartiger Profile zu verbessern.
- Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung nach den Patentansprüchen gelöst.
- Die anorganischen festen Schaummassen haben den zusätzlichen Vorteil eines geringen spezifischen Gewichts und der Unbrennbarkeit. Weiterhin ist die Schalldämmung von Rahmen aus solchen Hohlprofilen stark verbessert. Die Auskleidung mit Schaummassen vermindert weiterhin die Schrumpfung der Hohlprofile bei Erwärmung durch z.B. Sonneneinstrahlung oder Nachbearbeitung nach Zusammenfügen zu Rahmen.
- Die Ausführung des Verfahrens kann nach Herstellung der fließfähigen Formmassen in sehr einfacher Art erfolgen, in dem die Formmasse durch Einspritzen oder Einpressen unter Druck in die luftgefüllten Hohlräume der Rahmen oder der zu Rahmen zu verarbeitenden Hohlprofile durch Bohrlöcher oder durch die noch offenen Enden der Profile erfolgt. Dabei ist es möglich, das jeweilige Hohlprofil ganz oder nur teilweise zu füllen bzw. insbesondere Ecken mit der zunächst flüssigen Schaummasse zu füllen. Die Formmassen können mit beliebiger Fließfähigkeit,#e nach Gehalt von reagierenden Feststoffen oder auch feinteiligen Füllstoffen, eingestellt werden und besitzen weiterhin zum Teil die Eigenschaft durch Selbsterwärmung, zu härten oder in vergleichsweise kurzen Zeiten von 20 bis höchstens 60 Minuten bei Wärmezufuhr durch eine stein- bildende Reaktion zu erhärten. Bevorzugte Temperaturen liegen dabei zwischen 50 und etwa 800 C.
- Verstärkungen der Profile in Form von Metalleinlagen, z.B.
- profilierte Eisenstäbe, sind geeignet, Hohlprofile größerer Abmessungen zu verstärken. Nunmehr ist es möglich, die Verstärkungen mit der Schaummasse zu umschließen und so zu halten und gleichzeitig vor Korrosion zu schützen. Zunächs angebrachte Abstandshalter der Metalleinlagen können nach der Ausschäumung, wenn gewollt, entfernt werden.
- Als geeignete gasbildende Stoffe werden solche an sich bekannter Art verwendet, wobei als Peroxiverbindungen insbesondere 11202, Perborate oder Persulfate verwendet werden können, welche bei Temperaturen wenig über Zimmertemperatur oder den Temperaturen der Härtung Sauerstoff zu entwickeln in der Lage sind. Weiterhin sind an sich bekannte Schaummittel verwendbar, die beispielsweise Stickstoff bei den genannten Temperaturen entwickeln. Von besonderem Vorteil ist feinteiliges Aluminiumpulver, welches mit dem Alkaligehalt der Alkalisilikatlösung unter Wasserstoffbildung reagiert, wobei diese Reaktion bei den Temperaturen der Härtung beschleunigt wird.
- Es ist möglich, anorganische Formmassen zu verwenden, welche bei Zimmertemperatur oder erhöhter Temperatur bereits vor dem Einbringen in die Hohlprofile teilweise oder gänzlich Schaummassen durch Reaktion der schaumbildenden Stoffe entstehen lassen; es ist auch gleichfalls möglich, nur teilweise oder ungeschäumte Formmassen in die Profile einzubringen und diese dann nur teilweise zu füllen und die Schaumbildung in den Hohlprofilen eintreten zu lassen.
- Als feste, reaktionsfähige und steinbildende Komponente der Formmassen kommen die im Patentanspruch genannten Materialien in Frage.
- Metakaolin als fester reaktionsfähiger Bestandteil der Formmase wird aus natürlichem Kaolin durch Erhitzung bei hohen Temperaturen gewonnen und ist aus der europäischen Patentschrift 0026 687 als Bestandteil von Formkörpern bekannt, welche zur Herstellung von Kunstgegenständen dienen können.
- Das Oxid-Gemisch mit Gehalten von amorphem 5102 und Aluminiumoxid ist wasserfrei und entsteht bei Hochtemperatur prozessen als feinverteilter Staub durch Abkühlung aus der Dampf- bzw. Gasphase bei der Herstellung industrieller Schmelzprodukte, wie insbesondere von Korund oder Mullit aus Bauxit, wobei das Oxid-Gemisch bei wechselnder Zusammensetzung nicht dem Ausgangsstoff Korund entspricht. In dem Oxid-Gemisch können, abhängig von der Art des Schmelzprozesses und dem Fortschritt des Schmelzvorgangs, wechselnde Gehalte der Bestandteile von 7 bis 75 Gew.-% SiO2 und 12 bis 87 % Al203 neben weiteren Bestandteilen enthalten sein, die beispielsweise Eisenoxide oder geringe Anteile von Fluoriden, P205 oder Zr02 sein können. Das SiO2 liegt in röntgen-amorpher Form. vor, während Al203 zumindest zum Teil kristallin ist, wobei & Al203 (Korund) und besonders das alkalihaltige ß-Al203 festgestellt wurde.
- Elektrofilterasche entsteht als staubförmige Abscheidung in den Elektrofiltern von Hochtemperatur-Steinkohle-Kraftwerken mit Brennkammertemperaturen von 1.600 bis 1.7000 C. Nur diese bei den genannten Temperaturen entstehende Elektrofilterasche ist als reaktionsfähige Komponente in den Formmassen brauchbar, während Abscheidun# von Kraftwerken bei geringerer Kammertemperatur nicht brauchbar sind. Elektrofilterasche ist glasartig-amorph und enthält 45 bis 55 Gew.-% SiO2-Glas, 25 bis 35 Gew.-% Al203 neben geringeren Anteilen Je203. Die Analyse der meisten Proben liegt bei 48 bis 52 Gew.-% SiO2, 25 bis 30 Gew.-% Al203 neben 8 bis 11 Gew.-% Fe203. Die Korngröße liegt zu 65 % unter 10rom, zu 80 % unter 20 m und zu 90 % unter 60 # m.
- Kalzinierter Bauxit entsteht aus gemahlenem oder gebrochenem Bauxit durch einen Kalzinierungsprozess bei hohen Temperaturen und ist als Rohstoff der Aluminiumindustrie verfügbar.
- In den Alkalisilikatlösungen sind bevorzugt 1,2bis 1,8 Mol SiO2 je Mol h O bzw. Na20 enthalten.
- Der bevorzugte Anteil der reaktionsfähigen Komponenten beträgt bis zu 3,0 Gew.-Teilen je Gew.-Teil Alkalisilikatlösung. Als Füllstoffe können weitere Anteile der feinteiligen festen Reaktionskomponente verwendet werden, die dann nicht in Reaktion treten.
- Weiterhin können an sich bekannte Füllstoffe beliebiger Art in feiner Verteilung zugesetzt werden. Geeignete Füllstoffe sind insbesondere leichte anorganische gemahlene oder feinverteilbe Stoffe, beisPielsweise Talkum, Glimmer-Mehl, Glas-Mehl, Abfälle der Tonerde-, Bauxit-oder Korundindustrie, Aschen,Schlacken oder auch anorganische oder organische Fasermaterialien. Einfach beschaffbar sind insbesondere Stäube von Niedertemperatur-Kohlekraftwerken, welche nicht die Reaktionsfähigkeit der als Reaktionskomponente verwendeten Stäube aus Hochtemperatur-Kraftwerken aufweisen.
- Die Formmassen werden durch intensives Vermischen der Komponenten hergestellt. Nach der Härtung weisen die Profile bereits eine genügende Bruchfestigkeit auf. Direkt nach der Härtung ist noch Wasser in den Formmassen enthalten. welches auf einfache Weise durch Lagern entfernt wird. Am Beginn der Lagerung steigt die Biegebruchfestigkeit auf den Sollwert. Die erhärteten Formmassen haben den Vorteil, in beliebiger Weise durch Schleifen, Fräsen, Bohren etc.
- mechanisch bearbeitbar zu sein.
- Die Biegefestigkeit der erhärteten Formmassen beträgt, in Anhängigkeit von der Rezeptur, je nach Raumgewicht 0,2 N/mm2 bis zu 5 N/mm2.
- In der Zeichnung sind schematisch Profilstäbe in vereinfachter Form dargestellt.
- Es zeigen Figur 1 ein Hohlprofil in der perspektivischen Außenansicht mit Bohrlöchern 1 zum Einbringen der fließfähigen Formmasse, Figur 2 einen schematisch dargestellten Querschnitt durch ein Hohlprofil mit darin parallel zur Längsrichtung des Profils angeordneten Metalleinlagen 7 aus profilierten Eisenstangen, welche fest in der gehärteten Schaummasse 3 (dargestellt durch Schraffierung) eingebettet sind, sowie Figur 3 einen Schnitt durch einen schematisch dargestellten Rahmen aus Hohlprofilen mit der außenliegenden Profilwandung 6, innenliegenden Verstärkungsstegen 4 und 8 des Profilrahmens und Bohrlöchern 1 zum Einbringen der fließfähigen Formmasse, worin eine Ecke des Rahmens aus Hohlprofilen mit gehärteter Schaummasse 3 und ein Schenkel des Rahmens mit gehärteter Schaummasse 2 (dargestellt durch Schraffierung) gefüllt sind.
- Beispiel 1 Ein Kunststoff-Fensterprofil wird zur Rahmen- und/oder Eckenversteifung mit einer anorganischen selbsthärtenden Schaummasse ausgeschäumt, die durch eine Düse in dafür vorgesehene Öffnungen eingebracht wird. Die Schaummasse wird erhalten durch Vermischen von 180 g Oxid-Gemisch mit Gehalten von amorphem Si02 und Al203, das als Ofenfilterstaub bei der elektro-chemischen Verarbeitung von Bauxit zu Korund anfällt, mit 15 g Glimmer, 135 g einer kalialkalischen Kieselsäurelösung, hergestellt durch Auflösen wasserhaltiger amorpher, gefällter Kieselsäure in Alkalihydroxidlösunx m»' einem Molverhältnis von 1,5 SiO2 zu 1 K20 und 0,09 g Aluminiumpulver.
- Beispiel 2 Entsprechend Beispiel 1 wird ein Hohlprofil mit einer fließfähigen Formmasse aus 200 g Oxid-Gemisch aus Ofenfilterstaub,wie in Beispiel 1, 58 g Glimmer-Mehl, 22 g Talkum, 260 g natronalkalische Kieselsäurelösung (Molverhältnis 1,4 SiO2 zu Na20) und 10 g Wasserstoffperoxidlösung (5 sung ausgeschäumt. Die Hohlräume des Profils werden vollständig mit Schaum gefüllt.
- - Leerseite -
Claims (4)
- Patentanspriiche 1. Mit anorganischen Schaummassen verstärkte Kunststoff-Hohiprofile für Fenster, verglaste Türen o. dgl., worin die Schaummasse im Inneren der Hohlprofile durch Härtung bei 60 bis 1200 C aus einer fließfähigen Formmasse entsteht, wobei die Formmasse aus a) einem Oxid-Gemisch mit Gehalten von amorphem SiO2 und Aluminiumoxid und/oder b) Elektrofilterasche aus Hochtemperatur-Steinkohle-Kraftwerken und/oder c) kalziniertem gemahlenem Bauxit und/oder Metakaolin in Mengen von 0,5 bis 4,0 Gew.-Teilen der feinteiligen festen Komponenten a) bis c) je Gew.-Teil einer Alkalisilikatlösung mit Gehalten von 1,2 bis 2,5 Mol gelöstem SiO2 je Mol K20 bzw. Na2O sowie ggf. feinteiligen Fillstoffen sowie gasbildenden Stoffen besteht.
- 2. Verfahren zur Herstellung von mit anorganischen Schaummassen verstärkten Kunststoff-Hohlprofiien Pisr Fenster, verglaste Türen o. dgl., durch Einpressen dex tlieS-fähigen Formmasse aus a) einem Oxid-Gemisch mit Gehalten von amorphem SiO2 und Aluminiumoxid und/oder b) Elektrofilterasche aus Hochtemperatur-Steinkohle-Kraftwerken und/oder c) kalziniertem gemahlenem Bauxit und/oder Metakaolin in Mengen von 0,5 bis 4,0 Gew.-Teilen der feinteiligen festen Komponenten a) bis c) jeGew.-Teil einer Alkalisilikatlösung mit Gehalten von 1,2 bis 2,5 Mol gelöstem SiO2 je Mol K20 bzw. Na20 sowie ggf. feinteiligen Füll- stoffen sowie gasbildenden Stoffen und Härten der Formmasse bei Temperaturen von 60 bis 1200 C.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die wässrige Alkalisilikatlösung ganz oder teilweise durch Auflösen von amorpher dispers-pulverförmiger, wasserhaltiger Kieselsäure in Alkalihydroxiden oder deren wässrigen Lösungen hergestellt wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als gasbildende Stoffe Peroxiverbindungen oder feinteiliges Aluminiumpulver verwendet wird.
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