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Verfahren zur Herstellung von sehr leichten Stoffen, z. B. Baustoffen
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von leichten Stoffen zum Häuserbau
und anderen Zwecken.
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Bekanntlich genügt es, zur Herstellung solcher Stoffe kleine Gasbläschen
in einem erhärtenden Stoffe, welcher nach einer gewissen Zeit abbindet, z. B. in
Zement, so gleichmäßig wie möglich zu verteilen. Ein bekanntes Verfahren besteht
darin, trockenem Zement Aluminiumpulver in inniger Mischung zuzufügen. In dem Augenblick,
in welchem der Zement angefeuchtet wird, wirkt das Aluminium auf das Wasser und
entwickelt gasförmigen Wasserstoff, wobei der Zement anschwillt und ein größeres
Volumen einnimmt.
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Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren und im allgemeinen bei allen
Verfahren, bei welchen die Gase durch eine chemische Reaktion oder eine Gärung erzeugt
werden, besteht darin, daß mah die Abbindung des Zements mit dem Ende der chemischen
Reaktion zusammenfallen lassen muß. Wenn nämlich die Abbindung vor Beendigung der
chemischen Reaktion stattfindet, ist die Masse nicht genügend aufgeschwollen, und
wenn die Abbindung nach der chemischen Reaktion eintritt, entweicht ein Teil des
Gases aus der noch pastenförmigen Masse, und das Volumen dieser Masse wird weniger
groß. In beiden Fällen wird das gewünschte Ergebnis nur teilweise erreicht.
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Man wird also gezwungen, Kunstgriffe anzuwenden, um die Dauer der
Reaktion zu regeln und außerdem auf den Zeitpunkt der Abbindung des Zements mehr
Rücksicht zu nehmen als auf die mechanischen Eigenschaften des zu gewinnenden leichten
Stoffes.
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Es wurde gefunden, daß dieser Nachteil in engem Zusammenhang mit dem
Durchmesser der gebildeten Gasbläschen steht und daß die gebildete Emulsion um so
längere Zeit in pastenförmigem Zustand bleiben kann, ohne eine zu große Menge ihrer
Gase zu verlieren, je geringer man die Größe dieser Bläschen erhalten kann. Es wurde
außerdem ein Verfahren gefunden, mit welchem man in einer solchen plastischen Masse
Gasbläschen erhalten kann, deren mittleres Volumen unter einem tausendstel Kubikmillimeter
liegt.
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Die aufsteigende Bewegung der Bläschen von so geringem Durchmesser
in einer plastischen Masse geschieht äußerst langsam. Es
ist dann
möglich, eine beständige Dispersion der Bläschen in dem mit Wasser durchfeuchteten
erhärtenden Stoffe zu erzeugen, diese in Formen zu gießen und das Abbinden des Zements
abzuwarten, ohne daß praktisch ein Verlust an Gas oder eine Schichtenbildung von
verschiedener Dichte eintritt.
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Erfindungsgemäß werden die Gasbläschen durch Elektrolyse der mit Wasser
angerührten Masse erzeugt, wobei zu dem angegebenen Zweck, also *um Bläschen von
äußerst geringem Volumen zu erhalten, sich die pastenförmige Masse in bezug auf
die Elektroden sehr schnell bewegen muß, so daß die Oberfläche der Elektroden dauernd
gefegt wird. Die Elektrolyse geschieht entweder mit Wechselstrom oder mit Gleichstrom.
Bei Gleichstrom muß die Anode während der Verdickung der Paste, welche sich in der
Nachbarschaft dieser Elektrode durch Kataphorese bildet, dauernd abgeschabt werden.
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Die Dichte des Enderzeugnisses hängt natürlich von dem Verhältnis
an Gas ab, welches durch Elektrolyse in die Masse eingeführt worden ist. Diese Dichte
wird also um so geringer sein, je länger die Elektrolyse mixt gleicher Stromstärke
dauert oder je größer die Stromstärke bei gleicher Dauer sein wird.
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Außerdem wurde gefunden, daß der Stoff, aus welchem die Elektroden
hergestellt sind, von Einfluß auf den Erfolg des Verfahrens ist und eine gewisse
Einwirkung auf die Größe der erhaltenen Gasbläschen ausübt. Wenn man z.B. mit Gleichstrom
und mit einer Anode aus Nickel und einer Kathode aus Eisen arbeitet, erhält man
wohl die ersten Dispersionen in der gewünschten Weise. Nach einer gewissen Benutzungsdauer
der Elektroden vermindert sich aber die Güte dieser Dispersionen. Dies rührt daher,
daß trotz der reinigenden Wirkung des Zements, welcher bestrebt ist, die metallische
Oberfläche dauernd zu scheuern und blank zu putzen, sich im allgemeinen ein ungleicher
elektrolytischer Angriff des Metalls ergibt, so daß am Ende einer gewissen Benutzungszeit
die Elektrode an zahlreichen Stellen die Bildung von bedeutend größeren Bläschen
gegenüber der am Anfang erhaltenen zuläßt und daß die Dispersion nicht mehr ebenso
fein und gleichmäßig ist wie die am Anfang mit unangegriffenen Elektroden erhaltene.
Es wurde gefunden, daß durch-eine geeignete Wahl des Werkstoffes der beweglichen
Elektroden dieser Nachteil vollständig behoben werden kann und daß besonders Elektroden
aus Legierungen der Art des rostfreien Stahls nur eine langsame und vollständig
gleichmäßige Abnutzung zeigen, und zwar ohne Vertiefungen, welche große Bläschen
:erzeugen. Es wurde außerdem festgestellt, daß die Verwendung solcher Elektroden
die Elektrolyse mit Wechselstrom gestatten, zu welcher die Elektroden aus Eisen
schlecht geeignet wären.
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Bei der Elektrolyse des durchgefeuchteten Zements beobachtet man folgende
Erscheinung: Das Aufblähen der Masse beginnt erst nach einer gewissen Zeit und beschleunigt
sich vom Anfang bis zum Ende des Arbeitsverfahrens, wenn auch die elektrische Stromstärke
gleichbleibt.
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Dies hat wahrscheinlich seinen Grund in den bedeutenden Spannungen,
welche im Innern der Gasbläschen von sehr kleinem Durchmesser, welche nach diesem
Verfahren :erhalten werden, bestehen. Die Gase lösen sich zuerst in dem Anfeuchtungswasser
auf, und die Gasbläschen können sich nicht bilden oder bestehen bleiben, bevor eine
gewisse Sättigung erreicht ist.
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Wie dem auch sei, es wurde festgestellt, daß man die Bildung einer
besonders feinen, gleichmäßigen und äußerst stabilen Dispersion veranlassen kann,
wenn man durch ein beliebiges Verfahren die Oberflächenspannung der Flüssigkeit
vermindert und so das Aufquellen des Zements dann früher beginnt. Um die Oberflächenspannung
herabzusetzen, kann man lösliche Flüssigkeiten, wie Alkohole mit hohem Molekulargewicht,
z. B. Amyl-Allzohol, zufügen. Man kann auch mit Erfolg tierische und pflanzliche
Albumine, Gelatine und Algen in dem Maßstab anwenden, bei welchem diese Stoffe geeignet
sind, die Oberflächenspannung des Wassers herabzusetzen und infolgedessen in bedeutendem
Maße die notwendige Arbeit zur.Bildung der Gasbläschen zu vermindern. Diese Arbeit
wirkt den kapillaren Kräften entgegen.
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Nach dem beschriebenen Verfahren wurden Stoffe erhalten, welche mit
guter mechanischer Widerstandskraft ausgestattet sind und trotzdem eine sehr geringe
Dichte, sogar unter o,3, besitzen.
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Bei Stücken mit großen Abmessungen ist es jedoch vorteilhaft, zur
Vermeidung der inneren Spannungen, welche durch ungleichmäßige Zusammenziehungen
an den verschiedenen Stellen beim Abbinden des Zements auftreten, der frischen Dispersion
eine ebensolche hinzuzusetzen, welche sich schon gebildet hat und bereits erhärtet
ist. Diese wird vorher grob zerstoßen und ausgesondert, und die durch die Aussonderung
erhaltenen Körner werden in granulometrischenVerhältnissen beigemischt. Es wurde
beobachtet, daß die Verbindung zwischen der frischen und der erhärteten Dispersion
vollständig ist, daß die inneren Spannungen, welche unvergleichlich besser verteilt
sind, die Festigkeit der gegossenen Stücke nicht in Frage stellen und daß infolgedessen
der Stoff eine bedeutend
größere Sicherheit bietet, als wenn er
unmittelbar und ohne Mischung aus einer frischen Dispersion hergestellt ist. Besonders
bemerkenswert ist die erzielte Verbesserung für Stoffe von sehr geringer Dichte
von o,5 bis 0,3. Es kommt in der Tat ziemlich häufig vor, daß unmittelbar
aus frischer Dispersion erhaltene umfangreiche Stücke von diesen Dichten nach einer
gewissen Zeit plötzlich springen, was niemals eintritt, wenn sie durch vorherige
Mischung der frischen und einer gleichen erhärteten und gekörnten Dispersion hergestellt
sind.
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Das Verfahren kann auch bei anderen elektrolysierbaren: erhärtenden
Stoffen angewendet werden, wie z.B. bei Kalk, Gips, hydraulischem Kalk usw.