DE3617129A1 - Feste schaeume auf silikatbasis und verfahren zur herstellung derselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von festen Silikatschaumprodukten.

In der DE-OS 34 28 165 wird ein Verfahren zur Herstellung von Schaumglas-Formkörpern beschrieben, wobei eine Mischung aus feingemahlenem Glas mit Wasser unter Zusatz an Ver­ schäumungsmitteln und gegebenenfalls Füllstoffen bei er­ höhter Temperatur verschäumt wird.

Die DE-OS 20 36 842 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Alkalimetallsilikatproduktes durch Ver­ mischen einer wäßrigen Alkalimetallsilikatlösung mit einem die Oberflächenspannung erniedrigenden Mittel und mechanische Aufschäumung der dabei erhaltenen Mischung zur Bildung eines Schaums.

Die DE-OS 21 17 091 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Schaumprodukten aus hydratisierten Alkalimetallsili­ katen, wobei hydratisiertes Alkalimetallsilikat, das Wasser oder Lösungsmittel enthält, in einem flüssigkeitsähnlichen Zustand unter Druck gesetzt wird und der Druck schlagartig unter Aufschäumung entspannt wird.

Die DE-OS 20 55 283 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallsilikatschäumen durch Hydratisieren von fein­ verteiltem Alkalimetallsilikat, das weniger als 5% Wasser enthält, so daß das resultierende wasserhaltige Material Wasser in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-% enthält, und Ver­ schäumen des resultierenden wasserhaltigen Materials durch Wärmezufuhr.

Den vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren, die unter äußerer Wärmezufuhr arbeiten, haftet insbesondere der Nach­ teil an, daß sie nicht "vor Ort" ausgeführt werden können, beispielsweise zum Ausschäumen von Isolationszwecken dienen­ den Hohlräumen auf Baustellen. Das gleiche gilt für die be­ kannten Verfahren, bei deren Durchführung der Schaum mecha­ nisch durch Rühren oder Druckentspannung erzeugt wird.

Als weiterer Nachteil der beschriebenen Verfahren ist anzu­ sehen, daß sich der mechanisch oder thermisch erzeugte Schaum während des Aushärtungsvorgangs nicht oder nur un­ wesentlich weiter ausdehnt, so daß vorhandene Hohlräume meistens nur unvollständig ausgefüllt werden.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein einfach durchzuführendes Verfahren zur Herstellung von fes­ ten Silikatschäumen beziehungsweise Silikatschaumprodukten zu schaffen, bei dem keine äußere Wärme zugeführt werden muß und welches auch ohne Druckentspannung beziehungsweise mechanisches Rühren ausgeführt werden kann und insbesondere auch zur Schaumerzeugung "vor Ort" geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Erfindung ist es daher möglich, sogenannte Orts­ schäume herzustellen, das heißt beispielsweise auf einer Baustelle oder in einer Industrieanlage Hohlräume in der Weise auszuschäumen, daß der zur Schaumerzeugung einge­ setzten Silikatlösung ein chemisches Gaserzeugunssystem zugesetzt wird, das dann nach dem Einbringen der Mischung in die jeweiligen Hohlräume Gase freisetzt und eine Ver­ schäumung bewirkt.

Natürlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur industriellen Produktion von Fertigelementschaumteilen mit beliebigen Abmessungen verwendet werden.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein­ gesetzten Gaserzeugunssysteme erzeugen vorzugsweise Sauer­ stoff, Wasserstoff, Kohlendioxid, Stickstoff, Distickstoff­ oxid oder Ammoniak zur Schaumerzeugung, es können jedoch auch beliebige andere Schäumungsgase erzeugende Systeme ein­ gesetzt werden.

Vorzugsweise werden Silikatlösungen mit Feststoffkonzentratio­ nen von vorzugsweise 10 bis 55 Gew.-% verwendet, bei denen das Molverhältnis SiO₂ : Me₂O, wobei Me für ein Alkalimetall­ kation steht, 1,0 bis 4,0 beträgt. Insbesondere werden Natrium- und/oder Kaliumsilikatlösugen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt. Als organische Stickstoffbasenkationen kommen z.B. diejenigen von Mono-, Di- oder Triethanolamin in Frage.

Zur Erzeugung von Sauerstoff als die Schaumbildung bewirken­ des Gas kann man Wasserstoffperoxid verwenden, das in dem vorherrschenden alkalischen Medium instabil ist und gegeben­ enfalls durch chemische und/oder physikalische Katalysatoren, wie zum Beispiel Chrom(VI)-Verbindungen, Braunstein oder Permanganate oder sonstige Salze von Übergansmetallen, ferner Aktivkohle, Bimssteinmehl beziehungsweise andere Pulver­ substanzen mit hoher spezifischer Oberfläche, zur Zer­ setzung unter Sauerstofferzeugung katalysiert werden kann. Anstelle von Wasserstoffperoxid können auch Peroxidverbind­ ungen eingesetzt werden, die in wäßrigen Lösung Wasserstoff­ peroxid bilden.

Zur Erzeugung von Kohlendioxid kann manz.B. Isocyanate ver­ wenden, während zur Erzeugung von Stickstoff als Schäumungs­ gas Azide in Kombination mit Reduktionsmitteln, wie Hydrazin oder Hydroxylamin, in Frage kommen, ferner Ammoniumver­ bindungenin Kombinationmit Oxidationsmitteln, wie Chlorkalk, Nitriten oder Nitraten.

Ammoniak als Verschäumungsgas läßt sich unter Einsatz von Ammoniumverbindungen erzeugen.

Das Gaserzeugungssystem wird der zu verschäumenden Silikat­ lösung vorzugsweisein einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das gesamte System, zugesetzt.

Gemäß einer Ausführungsform enthält das zu verschäumende Silikatsystem zusätzlich einen oder mehrere Silikathärter, vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das gesamte System.

Diese an sich bekannten Härter dienen zur Beschleunigung der Aushärtung der erzeugten Silikatschäume. In Frage kommen beispielsweise hydrolysierbare organische Ester, Natrium­ fluorsilikat, Kaliumfluorsilikat, Kalziumfluorsilikat, Kaliumfluorborat, Kalziumfluorborat, Kalziumfluortitanat, polyvalente Metallsalze schwacher Säuren, organische Borate, Alkoxyester polyvalenter Metalle, Carbonsäureester polyva­ lenter Metalle, binäre organische Salze, zur Silikathärtung befähigte Zemente, Natriumaluminat, Aluminium- und Eisen­ phosphate, Zinkborat, Metalloxide, Alkalihydrogencarbonate, Alkalihydrogenphosphate oder Gemische davon.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das eingesetzte Silikatsystem einen oder mehrere Schaumverstärker, vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das gesamte System entahlten. Ein derartiger an sich bekannter Schaumverstärker erhöht und stabilisiert die Schaumbildung. In Frage kommen ober­ flächenaktive Substanzen, Kunstharzdispersionen oder -lösung­ en oder Seifen.

Ferner kann das zum Verschäumen eingesetzte Silikatsystem eine oder mehrere gerüstbildende Substanzen in einer Menge von vorzugsweise bis zu 50 Gew.-%, bezogen auf das gesamte System, entahlten. Diese gerüstbildende Substanzen verfesti­ gen zusätzlich das Porengerüst der erzeugten Schäume. In Frage kommen hydraulische Materialien, wie Zemente, sowie Gips, Polyisocyanate oder in Wasser dispergierbare gerüst­ bildende Kunstharze.

Ferner kann das Silikatsystem Füllstoffe oder Flexibili­ sierungsmittel, wie Ton, Quarzmehl, Sand, Kalksteinmehl, Blähton, Mineralfasern, organische Fasern, enthalten.

Bei einem Einsatz vor Ort werden die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Komponenten in mindestens zwei getrennten Packungen angeliefert, wobei eine die Silikatlösung, gegebenenfalls zusammen mit gerüst­ bildenden Substanzen, Füllstoffen etc., und die andere zum Beispiel das Gaserzeugungssystem oder Teile davon und den oder die Härter enthält. Es ist auch möglich, daß eine Komponente des Gaserzeugungssystems in einer anderen Packung enthalten ist, wesentlich ist nur, daß alle Komponenten des Gaserzeugungssystems erst dann der zu verschäumenden Silikatlösung zugesetzt werden, wenn die Verschäumung er­ folgen soll.

Durch entsprechende Auswahl des Gaserzeugungssystems be­ ziehungsweise der eingesetzten Menge desselben ist es mög­ lich, die Schaumbildungsgeschwindigkeit und damit die Porengröße zu steuern. Die Ausschäumungen können innerhalb einer Zeitspanne von 1 Sekunde bis mehreren Stunden erfol­ gen, wobei das Schaumvolumen das bis zu 50-fache des Volu­ mens des eingesetzten Silikatsystems erreichen kann.

Die verwendeten Härter werden nach Art und Menge so einge­ setzt beziehungsweise dosiert, daß das Porengefüge in der gewünschten Weise optimal stabilisiert wird.

Die Dichte der erhaltenen Schäume schwankt zwischen 0,03 und 1 g/cm³.

Insbesondere bei einem Einsatz vor Ort kann man eine Aus­ schäumung von Hohlräumen unter Einsatz einer Spritzvor­ richtung vornehmen, die aus zwei oder mehreren Zufuhrleitung­ en für die Silikatlösung (gegebenenfalls zusammen mit Zu­ sätzen) und das Gaserzeugungssystem und/oder Härterkomponenten besteht, wobei das Vermischen der Komponenten unmittelbar vor dem Einspritzen in die Hohlräume erfolgt.

Gegebenenfalls können die erfindungsgemäß erzeugten Schäume noch einer thermischen Nachbehandlung, beispielsweise durch Erhitzen auf eine Temperatur von 100 bis 150°C, zum Trocknen und zur weiteren Verfestigung, unterzogen werden. Es ist auch möglich, sie nach ihrer Herstellung zu imprägnieren, beispielsweise mit einem Hydrophobierungsmittel.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Es werden zwei Mischungen 1 und 2 hergestellt:

Mischung 1:
100 g einer Natriumsilikatlösung mit einem Feststoffgehalt von 32% und einem Verhältnis SiO₂ : Na₂O (Molverhältnis) von 3,8

Mischung 2:
10 g Bernsteinsäurediethylester + 5 g Wasserstoffperoxid (30 Gew.-%ig)

Die beiden Mischungen werden intensiv verrührt. Sofort nach der Durchmischung setzt eine intensive Gasbildung ein, die zur Schaumbildung und Volumenvergrößerung führt, die erst mit der Zwangsaushärtung des Wasserglases aufhört. Es bil­ det sich ein fester feinporiger Schaumkörper.

Beispiel 2

Es werden 3 Mischungen hergestellt:

Mischung 1:
100 g Natriumsilikatlösung wie im Falle des Beispiels 1 + 1 g Braunstein (MnO₂)

Mischung 2:
1 g Propylencarbonat + 5 g Wasserstoffperoxid (30 Gew.-%ig)

Mischung 3:
40 g Tonerdezement

Nach dem intensiven Vermischen der drei Mischungen erfolgt ebenfalls eine intensive Gasbildung, die zur Schaumbildung und Volumenvergrößerung führt, die erst mit der Zwangsaushärtung des Wasserglases aufhört. Es bildet sich ein fester feinporiger Schaumkörper.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von festen Silikatschaumpro­ dukten durch Verschäumen von wäßrigen Silikatlösungen mit Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ver­ schäumung verwendeten Gase während des Aushärtungs­ vorgangs ohne äußere Wärmezufuhr in den Systemen durch eine chemische Reaktion eines zugesetzten, an sich bekannten Gaserzeugungssystems erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Silikate Verbindungen mit Kationen aus der Gruppe der Alkalimetalle, des Ammoniums oder organischer Stickstoff­ basen verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Gaserzeugunssysteme als Schäumungs­ gase gegenüber wäßrigen Silikatlösungen inerte oder reaktive Gase, insbesondere Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff, Ammoniak, Wasserstoff oder Distickstoffmonoxid, erzeugen.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Menge des verwendeten Gaserzeugunssystems 0,1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das gesamte System, beträgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das System zur Erzeugung des Silikatschaumes einen oder mehrere Silikathärter, vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das gesamte System, enthält.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die eingesetzten Systeme einen oder mehrere Schaumverstärker oder oberflächenaktive Substanzen, vor­ zugsweise in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das gesamte System, enthält.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das verwendete System eine oder mehrere an­ organische oder organische gerüstbildende Substanzen, vor­ zugsweise in einer Menge bis zu 50 Gew.-%, bezogen auf das gesamte System, enthält.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das verwendete System einen oder mehrere Füllstoffe und/oder Hilfsstoffe, insbesondere Thixotropier­ mittel, Hydrophobierungsmittel, Flexibilisatoren oder Haftvermittler, enthält.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erhaltenen festen Schaumprodukte einer Nachbehandlung, insbesondere einer thermischen Nachbe­ handlung und/oder einer Imprägnierung, vorzugsweise mit Hydrophobierungsmitteln, unterzogen werden.

10. Fester Schaum aus Silikatbasis, der nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 hergestellt wird.