DE3936230A1

DE3936230A1 - Unter einwirkung von wasser stabile schaeume auf der basis von aluminiumoxid, daraus erstellte koerper sowie mischungen fuer deren herstellung

Info

Publication number: DE3936230A1
Application number: DE19893936230
Authority: DE
Inventors: Lutz Prof Dr Roesch; Beate Dipl Chem Dr Biller; Guenter Dipl Chem Dr Kratel
Original assignee: Wacker Chemie AG
Current assignee: Wacker Chemie AG
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1991-05-02
Also published as: EP0497850A1; JPH04505000A; CA2069335A1; WO1991006516A1

Description

Gemäß der JP-A 45 28 637 sind Schäume auf der Basis von Natriumaluminat bekannt. Diese Schäume sind jedoch weder wasser- noch formstabil. Bekannte anorganische Schäume wie z. B. Schaumbeton, die wasser- und formstabil sind, haben Dichten, die zumindest < 0,5 kg/cm³ sind.

Schäume auf organischer Basis wie Polystyrol oder Polyurethan sind für den Einsatz bei höheren Temperaturen nicht geeignet, da sie entweder direkt brennbar sind oder unter dem Einfluß von Wärme gesundheitsschädliche Dämpfe ent wickeln.

Gegenstand der Erfindung sind unter Einwirkung von Wasser stabile Schäume auf der Basis von Aluminiumoxid mit einer Dichte kleiner oder gleich 0,3 g/cm³.

Stabil unter Einwirkung von Wasser im Sinne der Erfindung bedeutet, daß der Schaum nach 30 Minuten Wassereinwirkung keine sichtbaren Veränderungen aufweist (vergleiche auch in den Beispielen unter Allgemein).

Die erfindungsgemäßen Schäume sind hitzestabil bis 1100°C, wasserstabil, formstabil, mechanisch bearbeitbar und nicht brennbar.

Weiter werden bei der Herstellung weder gesundheitsschädliche noch umweltbelastende Stoffe freigesetzt.

Die erfindungsgemäßen Schäume weisen vorzugsweise eine Dichte im Bereich von 0,01 bis 0,2 kg/cm³ auf.

Gegenstand der Erfindung sind weiter Schäume auf der Basis von Aluminiumoxid herstellbar aus Mischungen, enthaltend

A: Substanz der allgemeinen Formel M_xAlO_1,5+0,5x · yH₂O,wobei M Natrium oder Kalium, vorzugsweise Natrium, bedeutet, x innerhalb der Grenzen 0,5 bis 3,0, vorzugsweise 0,7-1,5 und y innerhalb der Grenzen von 1,5 bis 35,0, vorzugsweise 1,5-7,5, liegen,
B: 2 bis 100 Gew.-% (bezogen auf eingesetzte Menge A), vor zugsweise 4-15 Gew.-%, pyrogen erzeugte Kieselsäure mit einer Oberfläche nach BET von vorzugsweise 50 bis 400 m²/mg,
C: 0 bis 100 Gew.-% (bezogen auf eingesetzte Menge A), vorzugsweise 0-100 Gew.-%, Zusatzstoffe.

Substanzen der allgemeinen Formel

M_xAlO_1,5+0,5x · yH₂O,

wobei M Natrium oder Kalium, vorzugsweise Natrium, bedeutet, x innerhalb der Grenzen 0,5 bis 3,0, vorzugsweise 0,7-1,5 und y innerhalb der Grenzen von 1,5 bis 35,0, vorzugsweise 1,5-7,5, liegen,
sind erhältlich durch Mischen zumindest einer Verbindung der allgemeinen Formel

M₂O, MOH, M₂CO₃ oder MHCO₃,

wobei M Natrium oder Kalium, vorzugsweise Natrium, be deutet,
mit zumindest einer Verbindung der Formeln

Al(OH)₃, α- oder γ-Al₂O₃

und gegebenenfalls Wasser, wobei gegebenenfalls für 2 bis 24 Stunden auf Temperaturen von 20 bis 110°C erwärmt wird.

Bevorzugt werden KOH, NaOH und Na₂CO₃ verwendet. Die genannten Komponenten werden je nach den zu erzielenden Parametern x und y in den erforderlichen Mengenverhältnissen eingesetzt.

Es können auch handelsübliche Alkalialuminate, insbesondere Natriumaluminate, der allgemeinen Formel

M_xAlO_1,5+0,5x · yH₂O,

verwendet werden, wobei x und y die oben gegebene Bedeutung haben.

Vorzugsweise werden als Zusatzstoffe C Verbindungen ausgewählt aus den Gruppen der Metalloxide, Metallnitride, Metallsilikate, Carbonate, insbesondere Metallcarbonate, Hydrogencarbonate, insbesondere Metallhydrogencarbonate, Silicone und/oder organische Stoffe, verwendet.

Bevorzugte Beispiele solcher Verbindungen sind SiO₂, SnO₂, Al₂O₃, MgO, CaO, TiO₂, ZrO₂, Fe₂O₃, FeTiO₃, ZrSiO₄ und weitere Silikate, ZnO, CuO, B₂O₃, (NH₄)₂CO₃, Na₂CO₃, NaHCO₃, K₂CO₃, MgCO₃, CaCO₃, Oxalate, Formiate, Holzmehl, Zellstoff, Baumwolle, Zucker sowie Siliconöle, Paraffinöle, Benzine und Alkohole.

Die Zusatzstoffe können als Pulver oder in einem Lösungsmittel, bevorzugt Wasser, suspendiert oder gelöst, gegebenenfalls schon während der Herstellung der Komponente A mit der Komponente B zu den erfindungsgemäß verwendeten Mischungen zusammengeführt werden.

Vorzugsweise erfolgt die Schäumung durch Erhitzen auf 200 bis 1200°C, insbesondere 300 bis 800°C, bei Aufheizraten von zumindest 8°C, insbesondere 10-200°C/min und beim Druck der umgebenden Atmosphäre, d. h. 1020 HPa oder ungefähr 1020 hPA, wobei die Mischungen gegebenenfalls in Formen, die jegliche geometrische Gestalt darstellen können, vorgelegt werden. Falls erforderlich, können jedoch auch höhere oder niedrigere Drücke angewandt werden. Die Energiezufuhr kann außer durch konventionelles Erhitzen wie in Kontakt bringen mit einem heißen Gegenstand mit ausreichender Wärmekapazität, beispielsweise Metallplatten oder Keramikplatten, auch mittels Mikrowellen oder thermischer Strahlung erfolgen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sind Mischungen zur Herstellung von Schäumen auf der Basis von Aluminiumoxid, enthaltend:

A: Substanz der allgemeinen Formel M_xAlO_1,5+0,5x · yH₂O,wobei M Natrium oder Kalium, vorzugsweise Natrium bedeutet, x innerhalb der Grenzen 0,5 bis 3,0, vorzugsweise 0,7-1,5, und y innerhalb der Grenzen von 1,5 bis 35,0, vorzugsweise 1,5-7,5, liegen.
B: 2 bis 100 Gew.-‰ (bezogen auf eingesetzte Menge A), vorzugsweise 4-15 Gew.-%, pyrogen erzeugte Kieselsäure mit einer Oberfläche nach BET von vorzugsweise 50 bis 400 mg²/g,
C: 0 bis 100 Gew.-% (bezogen auf eingesetzte Menge A), vorzugsweise 0-10 Gew.-% Zusatzstoffe.

Sie sind durch das Mischen der Komponenten A, B und C in den angegebenen Mengenverhältnissen erhältlich.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sind Matten oder Binden zur Herstellung von Schäumen auf der Basis von Aluminiumoxid herstellbar aus einem Trägermaterial und Mischungen enthaltend

A: Substanz der allgemeinen Formel M_xAlO_1,5+0,5x · yH₂O,wobei M Natrium oder Kalium, vorzugsweise Natrium bedeutet, x innerhalb der Grenzen 0,5 bis 3,0, vorzugsweise 0,7-1,5, und y innerhalb der Grenzen von 1,5 bis 35,0, vorzugsweise 1,5-7,5, liegen.
B: 2 bis 100 Gew.-% (bezogen auf eingesetzte Menge A), vorzugsweise 4-15 Gew.-%, pyrogen erzeugte Kieselsäure mit einer Oberfläche nach BET von vorzugsweise 50 bis 400 m₂/g,
C: 0 bis 100 Gew.-% (bezogen auf eingesetzte Menge A), vorzugsweise 0-10 Gew.-% Zusatzstoffe.

Hierbei werden die Mischungen vorzugsweise durch Tränken oder Auftragen mit dem Trägermaterial verbunden. Das Auftragen kann kontinuierlich oder diskontinuierlich, mechanisch, maschinell oder durch Besprühen erfolgen. Anschließend wird bei Temperaturen von vorzugsweise 20 bis 120°C getrocknet. Als Trägermaterial werden vorzugsweise Vliese oder Gewebe aus anorganischen und/oder organischen Fasern z. B. Glasfaservlies und Glasfasergewebe oder aus organischen Materialien wie Baumwolle, Leinen, Zellstoff und Kunstfasern verwendet. Auch Vliese und Gewebe aus Mischungen aus anorganischen und organischen Fasern sowie saugfähige Materialien wie Papier und dünne Pappe sind möglich. Die Trägermaterialien weisen vorzugsweise eine Dicke von 0,1 bis 3 mm, inbesondere 0,2 bis 0,6 mm auf. Insbesondere werden mit Stärke stabilisierte Glasfasermatten und Mullbinden aus Baumwolle eingesetzt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sind plastische Massen zur Herstellung von Schäumen auf der Basis von Aluminiumoxid herstellbar durch Alterung von Mischungen ent haltend

A: Substanz der allgemeinen Formel M_xAlO_1,5+0,5x · yH₂O,wobei M Natrium oder Kalium, vorzugsweise Natrium bedeutet, x innerhalb der Grenzen 0,5 bis 3,0, vorzugsweise 0,7-1,5, und y innerhalb der Grenzen von 1,5 bis 35,0, vorzugsweise 1,5-7,5, liegen,
B: 2 bis 100 Gew.-% (bezogen auf eingesetzte Mengen A), vorzugsweise 4-15 Gew.-%, pyrogen erzeugte Kieselsäure mit einer Oberfläche nach BET von vorzugsweise 50 bis 400 m²/g
C: 0 bis 100 Gew.-% (bezogen auf eingesetzte Menge A), vorzugsweise 0-10 Gew.-% Zusatzstoffe.

Aus diesen plastischen Massen werden vorzugsweise Formteile wie Felle oder Folien gebildet, die dann zu Formkörpern bestehend aus Schäumen auf der Basis von Aluminiumoxid umgesetzt werden können. Um ein Ankleben bei der Formgebung zu verhindern, können Trennmittel verwendet werden.

Die Alterung der flüssigen Grundmischung erfolgt vorzugsweise durch Aufbewahren der Substanz in einem offenen oder geschlossenen Gefäß in Abhängigkeit von der Temperatur von vorzugsweise 0 bis 80°C für 1 bis 7 Tage. So hat sich bei einer Temperatur von 50°C eine Dauer von 3 Tagen bewährt. Insbesondere wird die Alterung bei der Temperatur der umgebenden Atmosphäre also bei ungefähr 20 bis 25°C für eine Dauer von 5 bis 7 Tagen durchgeführt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sind feste Massen zur Herstellung von Schäumen auf Basis von Aluminiumoxid herstellbar durch Trocknung von Mischungen enthaltend

A: Substanz der allgemeinen Formel M_xAlO_1,5+0,5x · yH₂O,wobei M Natrium oder Kalium, vorzugsweise Natrium bedeutet, x innerhalb der Grenzen 0,5 bis 3,0, vorzugsweise 0,7-1,5, und y innerhalb der Grenzen von 1,5 bis 35,0, vorzugsweise 1,5-7,5, liegen
2 bis 100 Gew.-% (bezogen auf eingesetzte Menge A), vorzugsweise 4-15 Gew.-%, pyrogen erzeugte Kieselsäure mit einer Oberfläche nach BET von vorzugsweise 50 bis 400 m²/g,
C: 0 bis 100 Gew.-% (bezogen auf eingesetzte Menge A), vorzugsweise 0-10 Gew.-% Zusatzstoffe.

Nach der Trocknung, die beispielsweise mittels Gefriertrocknung, Sprühtrocknung oder durch Trocknung an der Luft gegebenenfalls unter Erwärmung auf Temperaturen im Bereich von 20 bis 110°C erfolgen kann, werden die erhaltenen Massen erforderlichenfalls zu Pulvern zerkleinert.

Feste Massen zur Herstellung von Schäumen auf der Basis von Aluminiumoxid werden weiterhin erhalten aus Mischungen ent haltend:

A: Gemisch bestehend aus
0,5 bis 3,0 Mol MOH und 1 Mol Al(OH₃) beziehungsweise 0,5 Mol bis 3,0 Mol M₂CO₃ oder 1,0 Mol bis 6,0 Mol MHCO₃ und 1 Mol Al₂O₃,
wobei M Natrium oder Kalium, vorzugsweise Natrium bedeu tet,
B: 2 bis 100 Gew.-% (bezogen auf eingesetzte Menge A), vorzugsweise 4-15 Gew.-%, pyrogen erzeugte Kieselsäure mit einer Oberfläche nach BET von vorzugsweise 50 bis 400 m²/g und
C: 0 bis 100 Gew.-% (bezogen auf eingesetzte Menge A), vorzugsweise 0 bis 10 Gew.-% Zusatzstoffe.

Bei der Herstellung des Gemisches bestehend aus MOH und Al(OH)₃ sollte die Temperatur nicht größer als 200°C, insbesondere innerhalb des Bereiches von 5 bis 30°C sein. Bei der Herstellung des Gemisches bestehend aus M₂CO₃ oder MHCO₃ und Al₂O₃ werden bevorzugt Temperaturen von 700 bis 1200°C und Reaktionszeiten von 2 bis 24 Stunden angewandt.

Die derart herstellbaren festen Massen werden vorzugsweise zur Herstellung von schaumfähigen Formteilen wie Platten verwendet, wobei insbesondere die durch Trocknung erzeugten festen Massen eingesetzt werden. Hierbei wird das trockene Pulver durch Pressen bei Temperaturen bis zu 150°C zu schäumbaren Formteilen wie Platten gestaltet.

Schäume auf der Basis von Aluminiumoxid finden insbesondere Verwendung als Schalldämmung, Wärmedämmung, Dichtmasse, nichtbrennbares Verpackungsmaterial und/oder Isoliermaterial.

Beispiele: Allgemein

Für die Schäumversuche wurden, wenn nicht anders angegeben, jeweils ca. 10 g der entsprechenden Schaumgrundsubstanz in ein Präparateglas (Fassungsvermögen 50 ml, Länge 10 cm, Durchmesser 2,5 cm) gegeben und bei der jeweils angegebenen Temperatur offen für 15 Min in einen elektrischen Ofen, einen Vakuumtrockenschrank (Druck 73 mbar) oder in einen Mikrowellenherd (700 W Leistung) gestellt.

Zur Bestimmung der Wasserlöslichkeit wurden Schaumproben in ein mit dest. Wasser gefülltes Becherglas gegeben. Ein Schaum, der nach 30 Min. keine sichtbaren Veränderungen zeigt, wird als wasserbeständig bezeichnet.

Beispiel 1

In einem 20-l-Rundkolben mit Schutzgaszuleitung, Rückflußkühler und mechanischer Rührung werden unter Ausschluß von Luft 3,68 kg (92 Mol) festes NaOH (99%) in 3,6 kg (200 Mol) dest. Wasser gelöst. In die entstandene heiße Lösung werden unter kräftigem Rühren 6,24 kg (80 Mol) Al(OH)₃ (gepulvert, rein) gegeben und der Kolbeninhalt auf 80-90°C erhitzt. Nach ca. 5 h ist eine klare, schwach beige gefärbte Lösung entstanden. Nach dem Abkühlen wird die Lösung im verschlossenen Gefäß aufbewahrt.

Schäumversuche:

Elektrischer Ofen
  300°C: weißer großporiger Schaum, Dichte 0,4 g/cm³
  600°C: weißer großporiger Schaum, Dichte 0,2 g/cm³
Vakuumtrockenschrank
  350°C: weißer großporiger Schaum, Dichte 0,1 g/cm³
Mikrowelle:
  weißer großporiger Schaum, Dichte 0,1 g/cm³
Alle Schäume sind gut wasserlöslich.

Beispiel 2

100 g der in Beispiel 1 enthaltenen Substanz werden mit 10 g pyrogener Kieselsäure (BET 200 m²/g) versetzt und durch Rüh ren homogen vermischt. Mit der erhaltenen zähen Flüssigkeit werden Schäumversuche durchgeführt.

Schäumversuche:

Elektrischer Ofen
  300°C: weißer, feinporiger Schaum, Dichte 0,1 g/cm³
  600°C: weißer, feinporiger Schaum, Dichte 0,02-0,04 g/cm³
  700°C: weißer, feinporiger Schaum, Dichte 0,02-0,04 g/cm³
Vakuumtrockenschrank
  350°C: weißer, großporiger Schaum, Dichte 0,04-0,08 g/cm³
Mikrowelle:
  weißer großporiger, Schaum, Dichte 0,08 g/cm³
Die Schäume sind alle wasserbeständig.

Beispiel 3

20 g der Substanz von Beispiel 2 werden in eine Alsint- Schale bei 1100°C in den elektrischen Ofen gegeben. Innerhalb von 10 Min. bildet sich ein weißer, weicher wasserbeständiger Schaum mit einer Dichte von 0,08 g/cm³.

Beispiel 4

100 g der in Beispiel 1 erhaltenen Substanz werden mit 6 g pyrogener Kieselsäure (BET 200 m²/g) versetzt und durch Rühren homogen vermischt. Mit der erhaltenen zähen Flüssigkeit wird ein Schäumversuch im elektrischen Ofen bei 600°C durchgeführt. Man erhält einen weißen feinporigen, wasserbeständigen Schaum mit einer Dichte von 0,1 g/cm³.

Beispiel 4

100 g der in Beispiel 1 erhaltenen Substanz werden mit 6 g pyrogener Kieselsäure (BET 200 m₂/g) versetzt und durch Rühren homogen vermischt. Mit der erhaltenen zähen Flüssigkeit wird ein Schäumversuch im elektrischen Ofen bei 600°C durchgeführt. Man erhält einen weißen feinporigen, wasserbeständigen Schaum mit einer Dichte von 0,1 g/cm³.

Beispiel 5

100 g der in Beispiel 1 erhaltenen Substanz werden mit 20 g pyrogener Kieselsäure (BET 200 m²/g) versetzt und durch Rühren homogen vermischt. Mit der erhaltenen zähen Masse wird ein Schäumversuch im elektrischen Ofen bei 600°C durchgeführt. Man erhält einen weißen, sehr feinporigen, wasserbeständigen Schaum mit einer Dichte von 0,08 g/cm³.

Beispiel 6

100 g der in Beispiel 1 erhaltenen Substanz werden mit 20 g pyrogener Kieselsäure (BET 200 m²/g) versetzt und durch Rühren homogen vermischt. Anschließend werden mit Hilfe eines Kneters weitere 10 g pyrogene Kieselsäure eingearbeitet. Mit der erhaltenen zähen Masse wird ein Schäumversuch im elektrischen Ofen bei 600°C durchgeführt. Man erhält einen weißen, feinporigen, wasserunlöslichen Schaum mit einer Dichte von 0,4 g/cm³. Bei 900°C Schäumtemperatur weist er eine Dichte von 0,2 g/cm³ auf.

Beispiel 7

100 g der in Beispiel 1 erhaltenen Substanz werden mit 10 g pyrogener Kieselsäure (BET 400 m²/g) versetzt und durch Rühren homogen vermengt. Mit der erhaltenen zähen Flüssigkeit wird ein Schäumversuch im elektrischen Ofen bei 600°C durchgeführt. Man erhält einen weißen, wasserbeständigen, sehr feinporigen Schaum mit einer Dichte von 0,035 g/cm³.

Beispiel 8

100 g der in Beispiel 1 erhaltenen Substanz werden mit 10 g pyrogener Kieselsäure (BET 50 m²/g) versetzt und durch Rühren homogen vermengt. Mit der erhaltenen zähen Flüssigkeit wird ein Schäumversuch im elektrischen Ofen bei 600°C durchgeführt. Man erhält einen weißen, feinporigen, wasserbeständigen Schaum mit einer Dichte von 0,06 g/cm³.

Beispiel 9

100 g der in Beispiel 1 erhaltenen Substanz werden jeweils mit 10 g eines der nachstehenden Zusatzstoffe versetzt und durch Rühren homogen vermehrt. Mit den erhaltenen zähen Flüssigkeiten werden Schäumversuche im elektrischen Ofen bei 600°C durchgeführt. In den meisten Fällen erhält man nur eine sehr geringe Aufschäumung. Bei Zusatz von B₂O₃, (NH₄)₂CO₃, Al(OH)₃, SiO₂ (hochdispers) oder Zucker erhält man wasserlösliche Schäume mit Dichten zwischen 0,06 g/cm³ und 0,1 g/cm³.

Zusatzstoff
mittlere Teilchengröße in µm
MgO
19,5
CaO	5,0
Fe₂O₃	0,8
ZrO₂	9,2
FeTiO₃	3,0
ZnO	2,0
CuO	7,0
WO₃	10,2
MoO₃	13,0
TiO₂	2,1
SiO₂	54,2 (BET 300 m²/g)
ZrSiO₄	2,4
Al₂O₃	5,2 (BET 56 m²/g)
B₂O₃	31,0
Na₂CO₃	10,0
K₂CO₃	10,8
CaCO₃	40,0
MgCO₃	32,2
(NH₄)₂CO₃	58,6
HCO₂Na	32,0
Na₂C₂O₄	20,7
Diatomenerde	11,7
Alumosilikatfaser	- ⌀ 3 µm, 1 = 0,1-20 cm
Fällungskieselsäure	12,6
Quarzsand	500,0
anorganische Mikrohohlkugeln, erhältlich unter dem Namen Q-CEL 300	46,2
von der Fa. Philadelphia Quartz aufgemahlene Schaummasse (von Beispiel 2)	22,9
Al(OH)₃	17,1
BN-Pulver	2,0
Sägemehl	10-500
Zucker	-

Beispiel 10

100 g der in Beispiel 1 enthaltenen Substanz werden jeweils mit 10 g pyrogener Kieselsäure (BET 200 m²/g) und mit 10 g eines der in Beispiel 9 aufgeführten Zusatzstoffe versetzt und durch Rühren homogen vermengt. Mit den erhaltenen zähen Massen werden Schäumversuche im elektrischen Ofen bei 600°C durchgeführt. Man erhält in allen Fällen eine Aufschäumung. Die Dichte der Schäume liegt zwischen 0,025 g/cm³ und 0,3 g/cm³. Alle Schäume sind wasserstabil.

Beispiel 11

In einem 5-l-Plastikfaß werden 184 g (4,6 Mol) NaOH in 180 g (10 Mol) Wasser gelöst, dazu werden 312 g (4 Mol) gepulvertes Al(OH)₃ sowie 58 g pyrogene Kieselsäure (BET 200 m²/g) gegeben. Das Faß wird verschlossen und 10 h auf einem Rollenbock gerollt. Mit der entstandenen homogenen Masse werden Schaumversuche durchgeführt. Man erhält Schäume, die von gleicher Qualität wie die in Beispiel 2 sind.

Beispiel 12

In einem 2-l-Rundkolben mit Schutzgaszuleitung, Rückflußkühler und mechanischer Rührung werden unter Stickstoff als Schutzgas 460 g (11,5 Mol) festes NaOH, 780 g (10 Mol) gepulvertes Al(OH)₃, 169 g pyrogene Kieselsäure (BET 200 m²/g) und 27 g (1,5 Mol) dest. Wasser gegeben und die Mischung unter kräftigem Rühren 5 h auf 80-90°C erhitzt. Anschließend läßt man abkühlen. Mit der entstandenen Mischung wird ein Schäumversuch im elektrischen Ofen bei 600°C durchgeführt. Man erhält einen feinporigen, wasserbeständigen Schaum mit einer Dichte von 0,07 g/cm³.

Beispiel 13

Analog zu einem Beispiel 12 werden 460 g (11,5 Mol) NaOH, 780 g (10 Mol) Al(OH)₃, 169 g pyrogene Kieselsäure (BET 200 m²/g) und 630 g (35 Mol) dest. Wasser angesetzt und mit der entstandenen Mischung ein Schäumversuch im elektrischen Ofen bei 600°C durchgeführt. Man erhält einen großporigen, wasserbeständigen Schaum mit einer Dichte von 0,09 g/cm³.

Beispiel 14

Analog zu Beispiel 12 werden 28,1 g (0,5 Mol) KOH, 26 g (0,65 Mol) NaOH, 78 g (1 Mol) Al(OH)₃, 16,9 g pyrogene Kieselsäure (BET 200 m²/g) und 45 g (2,5 Mol) dest. Wasser umgesetzt. Der Schäumversuch bei 600°C im elektrischen Ofen liefert einen weißen, harten, feinporigen, wasserbeständigen Schaum mit einer Dichte von 0,2 g/cm³.

Beispiel 15

204 g (2 Mol) wasserfreies Al₂O₃ (Pulver, 98,5% Reinheit) und 212 g (2 Mol) wasserfreies Na₂CO₃ (Pulver, 99,5 % Reinheit) werden in einer Labormühle homogenisiert. Die erhaltene Mischung wird in ein Alsint-Rohr (120 cm lang, Innendurchmesser 5,4 cm) locker gefüllt. Um ein Herausfallen des Pulvers zu verhindern, werden die Enden des Rohres locker mit Kerlan-Faser (Aluminiumsilikat-Faser) verschlossen. Das Rohr wird in einen Rohrofen eingeführt und unter Drehen nach einem bestimmten Temperaturprogramm beheizt (Temperaturprogramm: Aufheizen von 20°C auf 400°C innerhalb von 2 h, 2 h halten bei 400°C, dann innerhalb von 23 h auf 800°C aufheizen, bei dieser Temperatur 1,5 h halten, weiter innerhalb von 1,5 h auf 1100°C aufheizen, 1,5 h bei dieser Temperatur halten, dann Heizung ausschalten und auf 20°C abkühlen lassen). Während des Ablaufes des Temperaturprogrammes wird durch das Rohr N₂ geblasen, um das entstehende CO₂-Gas auszutragen. 164 g dieser pulverförmigen Substanz, die nur noch Spuren an Carbonat enthält, werden mit 180 g dest. Wasser und 24,4 g pyrogener Kieselsäure (BET 200 m²/g) versetzt und 3 h kräftig auf 20°C gerührt. Hierbei tritt teilweise Lösung ein, der Rest wird suspendiert. Mit der erhaltenen Mischung werden Schäumversuche analog zu Beispiel 2 durchgeführt. Man erhält bei allen Bedingungen Schäume, die nahezu gleiche Eigenschaften wie die in Beispiel 2 aufweisen.

Beispiel 16

In einem 500-ml-Rundkolben mit Schutzgaszuleitung, Rückflußkühler und mechanischer Rührung werden unter Stickstoff als Schutzgas 100 g Natriumaluminat (Gehalt 84,4%, molares Verhältnis Na₂O/Al₂O₃ = 1,32, 15,6% Wasser), 11 g gepulvertes Al(OH)₃ und 67 ml Wasser zusammengegeben und unter Rühren 3 h auf 90°C erwärmt. Dann läßt man abkühlen und macht mit einer Probe der entstandenen Mischung einen Schäumversuch im elektrischen Ofen bei 600°C. Es entsteht ein sehr weicher, flockiger, wasserlöslicher Schaum.

Beispiel 17

100 g der nach Beispiel 16 hergestellten Substanz werden mit 10 g pyrogener Kieselsäure (BET 200 m²/g) versetzt und homogenisiert. Schäumversuche mit dieser Mischung analog zu Beispiel 2 ergeben unter allen Bedingungen Schäume, die nahezu gleiche Eigenschaften wie die in Beispiel 2 aufweisen.

Beispiel 18

13,4 g (0,33 Mol) festes NaOH, 23,4 (0,3 Mol) Al(OH)₃-Pulver und 3,7 g pyrogene Kieselsäure (BET 200 m²/g) werden in einer Laborschlagmühle homogenisiert. Mit dem entstandenen grauweißen Pulver werden Schäumversuche durchgeführt. Ein Schäumversuch in einer Alsint-Schale bei 1000°C im elektrischen Ofen liefert einen feinporigen, wasserbeständigen Schaum mit einer Dichte von 0,06 g/cm³.

Beispiel 19

Eine analog zu Beispiel 2 hergestellte Mischung mit 10% pyrogener Kieselsäure (BET 200 m²/g) wird im verschlossenen Gefäß 1 Woche bei 20°C gelagert. In dieser Zeit "altert" die Masse, und es entsteht ein zäher Teig (plastische Masse). 5,9 g dieses Teiges werden zu einem 0,4 mm dicken Fell der Größe 9,2×6,2 cm ausgerollt und bei 120°C 1½ h lang getrocknet. Das Fell wird auf eine 2 cm dicke, 30×30 cm große, auf 600°C aufgeheizte Metallplatte gelegt und auf das Fell eine 2 cm dicke, 2,7 kg schwere, ebenfalls auf 600°C aufgeheizte Metallplatte. Innerhalb einer Minute schäumt das Fell auf und es entstehe eine 1,65 cm dicke, fast rechteckige Schaumplatte der Größe 9,4 cm×6,4 cm. Die Platte hat eine Dichte von 0,045 g/cm³ und ist wasserstabil.

Beispiel 20

Eine Probe der plastischen Masse aus Beispiel 19 wird zu einem 0,4 mm dicken Fell ausgewalzt und dann entweder bei 20°C oder bei erhöhter Temperatur (bis 120°C) getrocknet. Hierbei entsteht eine feste, trockene Platte. Die Platte wird bei 600°C in einem elektrischen Ofen gebracht. Innerhalb von 10 Minuten schäumt die Platte auf. Es entsteht eine ca. 2,3 cm dicke unregelmäßige Schaumplatte. Der Schaum ist weitgehend kleinporig, wasserbeständig und hat eine durchschnittliche Dichte von 0,03 g/cm³,

Beispiel 21

Eine feste, trockene, ungeschäumte Platte aus Beispiel 20 wird zerbrochen und dann in eine Laborschlagmühle zu einem Pulver vermahlen. Mit dem Pulver werden Schäumversuche durchgeführt. Man erhält bei allen Bedingungen Schäume, die nahezu gleiche Eigenschaften wie die in Beispiel 2 hergestellten aufweisen.

Beispiel 22

36 g des in Beispiel 21 hergestellten Pulvers werden bei 20°C und einem Druck von 248 kg/cm² zu einer runden Platte (Dicke = 1,2 cm, ⌀ = 6,0 cm) verpreßt. Die Platte wird bei 600°C in einen elektrischen Ofen gegeben. Man erhält einen weißen, sehr harten Schaumkörper mit einer sehr unregelmäßigen Oberfläche, der etwa 6,2 cm hoch und 7,7 cm dick ist. Die Dichte ist 0,2 g/cm³. Eine gleiche Platte aus verpreßtem Schaumgrundstoffpulver wird zwischen zwei 600°C heißen Metallplatten (Auflagegewicht 8,3 kg) geschäumt. Man erhält einen weißen festen Schaum mit einer Dichte von 0,25 g/cm³. Beide Schäume sind wasserbeständig.

Beispiel 23

Eine dünne Mullbinde (Baumwolle) wird mit der in Beispiel 2 erhaltenen Mischung getränkt und anschließend 15 Minuten im Umlufttrockenschrank getrocknet. Man erhält eine feste, fast nicht klebende, flexible Binde. Wird diese Binde bei 500°C in den elektrischen Ofen gelegt, dann schäumt sie innerhalb von 10 Minuten auf. Wird die Binde in mehreren Lagen um ein Metallrohr gelegt und dieses dann bei 500°C in den elektrischen Ofen gegeben, dann tritt ebenfalls Aufschäumung auf, und das Metallrohr ist dort, wo es von der Binde umgeben war, vollständig umschäumt. Wird das geschäumte Metallrohr in einen 750°C heißen Ofen gegeben, dann verbrennt, ohne daß die Schaumstruktur zerstört wird, die Mullbinde. Der erhaltene Schaum ist wasserbeständig.

Beispiel 24

Eine analog zu Beispiel 19 hergestellte plastische Masse wird auf 100°C erwärmt und gerührt. Unter diesen Bedingungen wird die Masse wieder flüssig. Die flüssige Masse wird entweder mittels eines Spachtels oder eines Rollenauftraggerätes dünn (0,5 mm) auf eine 0,3 mm dicke Glasfasermatte aufgetragen. Anschließend wird die Matte im Umlufttrockenschrank 15 Minuten bei 100°C getrocknet. Man erhält eine trockene Matte, die aber hoch elastisch ist. Ein 10×10 cm großes Stück dieser Matte wird in einen elektrischen Ofen gegeben. Man erhält eine nahezu rechteckige 2,4 cm dicke, geschäumte, wasserbeständige Platte mit einer durchschnittlichen Dichte von 0,04 g/cm³. Eine weitere Probe von 10×10 cm dieser Matte wird analog zu Beispiel 19 zwischen zwei 600°C heißen Metallplatten (Auflagendruck: 28 g/cm²) geschäumt. Man erhält eine 1,5 cm dicke, geschäumte, wasserbeständige Platte aus feinporigem Schaum der Dichte 0,07 g/cm³.

Beispiel 11

Eine Probe der plastischen Masse aus Beispiel 19 wird bei 110°C 15 min lang erhitzt. Hierbei verflüssigt sich der Grundstoff. Die flüssige Masse wird in eine runde (innerer Durchmesser 18,9 cm), 600°C heiße Graphitform gegossen und das Ganze bei 600°C 20 min. lang in einen elektrischen Ofen gestellt. Innerhalb von 10 min. schäumt die Masse auf. Es entsteht ein zylinderförmiger Schaumkörper mit einer leicht verästelten Schaumkrone. Dieser inhomogene, obere Teil wird abgeschnitten, und es bleibt eine stabile, wasserbeständige, feinporige Schaumplatte von 2 cm Dicke, 18,9 cm Durchmesser und einer Dichte von 0,06 g/cm³ zurück.

Claims

1. Unter Einwirkung von Wasser stabile Schäume auf der Basis von Aluminiumoxid mit einer Dichte kleiner oder gleich 0,3 g/cm³.

2. Schäume auf der Basis von Aluminiumoxid, herstellbar aus Mischungen, enthaltend

A: Substanz der allgemeinen Formel M_xAlO_1,5+0,5x · yH₂O,wobei M Natrium oder Kalium bedeutet, x innerhalb der Grenzen 0,5 bis 3,0 und y innerhalb der Grenzen von 1,5 bis 35,0 liegen,
B: 2 bis 100 Gew.-% (bezogen auf eingesetzte Menge A) pyrogen erzeugte Kieselsäure,
C: 0 bis 100 Gew.-% (bezogen auf eingesetzte Menge A) Zusatzstoffe.

3. Mischung zur Herstellung von Schäumen auf der Basis von Aluminiumoxid enthaltend

4. Körper enthaltend Schäume auf der Basis von Aluminiumoxid herstellbar aus Mischungen gemäß Anspruch 3.

5. Matten oder Binden zur Herstellung von Schäumen auf der Basis von Aluminiumoxid herstellbar aus einem Trägermaterial und Mischungen enthaltend

6. Matten oder Binden nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial aus einem Vlies oder Gewebe aus anorganischen und/oder organischen Fasern, aus Papier oder Pappe besteht.

7. Körper enthaltend Schäume auf der Basis von Aluminiumoxid herstellbar aus Matten oder Binden gemäß Anspruch 5 oder 6.

8. Plastische Massen zur Herstellung von Schäumen auf der Basis von Aluminiumoxid herstellbar durch Alterung von Mischungen enthaltend

9. Körper enthaltend Schäume auf der Basis von Aluminium oxid herstellbar aus Massen gemäß Anspruch 8.

10. Feste Massen zur Herstellung von Schäumen auf Basis von Aluminiumoxid herstellbar durch Trocknung von Mischungen enthaltend

11. Feste Massen zur Herstellung von Schäumen auf der Basis von Aluminiumoxid herstellbar aus Mischungen enthaltend

A: Gemisch bestehend aus
0,5 bis 3,0 Mol MOH und 1 Mol Al(OH)₃ beziehungsweise
0,5 Mol bis 3,0 Mol M₂CO₃ oder 1,0 Mol bis 6,0 Mol MHCO₃ und 1 Mol Al₂O₃, wobei M Natrium oder Kalium bedeutet,
B: 2 bis 100 Gew.-% (bezogen auf eingesetzte Menge A) pyrogen erzeugte Kieselsäure,
C: 0 bis 100 Gew.-% (bezogen auf eingesetzte Menge A) Zusatzstoffe.

12. Körper enthaltend Schäume auf der Basis von Aluminiumoxid herstellbar aus Massen gemäß Anspruch 10 oder 11.

13. Verwendung von Schäumen auf der Basis von Aluminiumoxid als Schalldämmung, Wärmedämmung, Dichtmasse, Verpackungsmaterial und/oder Isoliermaterial.