DE60312009T2 - Verfahren zur herstellung von silikatschaum, daraushergestellter silikatschaum und verwendung desselben - Google Patents

Verfahren zur herstellung von silikatschaum, daraushergestellter silikatschaum und verwendung desselben Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Schaums auf Silikatbasis, bei dem das unter Druck stehende Silikat einem Mischer zugeführt wird, wobei dem Mischer außerdem ein unter Druck stehendes Trägergas zugeführt wird, wobei in dem Mischer ein intensives Mischen des Silikats und des Trägergases ausgeführt wird, woraufhin ein Schaum aus Trägergas und Silikat durch eine Auslassöffnung des Mischers ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, das der Mischer rohrförmig ist und dass der Mischer innen mit Packungsmaterialien versehen ist, die ein intensives Mischen von Silikat und Trägergas bewirken.
  • Das Verfahren, auf das sich die Einleitung bezieht, ist an sich aus dem US-Patent Nr. 4.960.621 bekannt, wobei ein anorganischer, nicht brennbarer Schaum auf eine Oberfläche, die feuerhemmend gemacht werden soll, aufgetragen wird. Das daraus bekannte Verfahren umfasst die Bereitstellung von zwei getrennten Packungen, nämlich einer Packung, die etwa 64 % Natriumsilikat mit einem SiO2/Na2O-Verhältnis von etwa 2,9 enthält, und einer weiterer Packung, die etwa 8 % Natriumsiliciumfluorid und etwa 20 % eines Füllstoffes enthält, worauf die Inhalte der beiden getrennten Packungen gemischt werden und die gemischten Inhalte auf die Oberfläche aufgetragen werden, wobei die erhaltene Mischung ein sechs- bis zehnmal größeres Volumen als jenes der addierten Volumina der Packungsinhalte aufweist. Ein Nachteil des Verfahrens, der daraus bekannt ist, ist die Tatsache, dass immer zwei getrennte Packungen erforderlich sind, von denen eine Packung einen verhältnismäßig teuren Füllstoff enthält. Außerdem liefert dieses US-Patent keine weiteren Details hinsichtlich des Mischens der Inhalte der zwei getrennten Packungen. Darüber hinaus wird stets ein Schaum mit einer festen Zusammensetzung erhalten.
  • Das US-Patent Nr. 5.714.000 bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer starren Schaumzusammensetzung, indem drei Rohmaterialspeiseströme in Behältern oder Gefäßen geeigneter Größe, die über Rohrsysteme mit Verdrängerpumpen verbunden sind, eingerichtet werden. Die Reaktionspartner werden in einem stufenlosen Mischer für hohe Scherkräfte, der einen nassen Schaum erzeugt und auf Gussformen verteilt, gepumpt. In den Mischer wird komprimierte Luft oder komprimierter Stickstoff mit einer zum Herstellen der gewünschten Nassschaumdichte geeigneten Rate eingeleitet.
  • Das US-Patent Nr. 3.933.514 bezieht sich auf eine Zusammensetzung zum Herstellen eines Silikatschaums, wobei die Zutaten der Rezeptur zusammen mit Wasser einer Mischpumpe zugeführt und in Gegenwart von Luft gemischt werden, wobei das Gemisch gerührt wird, bis die Zutaten gleichmäßig gemischt sind und zu reagieren beginnen. Das Rühren des Gemisches kann durch Pumpen eines Gases durch das Gemisch, durch Umwälzen eines Fluids durch das Reaktionsmittel oder durch mechanisches Rühren des Gemisches vollzogen werden. Das Treibmittel kann dem Gemisch als gelöstes oder mitgeführtes Gas oder durch Hinzufügen eines Gastrennmittels zu der Zusammensetzung, um einen Schaum mit sehr geringer Dichte zu erzeugen, beigemengt werden.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schaum auf Silikatbasis zu schaffen, wobei der Schaum eine kurze Trocknungszeit besitzt und nach kurzer Zeit bereits bearbeitet werden kann.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Schaums auf Silikatbasis zu schaffen, wobei die Beschaffenheit des Schaums derart ist, dass die Oberfläche, auf die der Schaum aufgetragen wird, keinerlei Verformung erfährt.
  • Es ist eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schaum zu schaffen, der den PCS-Wert, nämlich die bei der Verbrennung freigesetzte Energiemenge, von organischen Materialien deutlich verringert, um die organischen Materialien, die mit dem vorliegenden Schaum behandelt worden sind, feuerbeständig zu machen.
  • Es ist eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schaum zu schaffen, der auf solche Weise auf eine Oberfläche aufgetragen wird, dass der Schaum nicht vollständig in das zu imprägnierende Objekt eindringt, mit dem Ergebnis, dass das imprägnierte Objekt seine ursprünglichen, geschmeidigen Eigenschaften behält.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Schaum zu schaffen, der als Klebstoff verwendet werden kann, wobei eine geringe Schaummenge eine ausreichende Klebekraft verschafft.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren, auf das in der Einleitung Bezug genommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer rohrförmig ist und innen mit Packungsmaterialien versehen ist, die ein intensives Mischen von Silikat und Trägergas bewirken.
  • Als Folge dieses intensiven Mischens von Silikat und Trägergas im Mischer wird ein starker und voller Schaum erzielt, so dass die oben genannten Aufgaben gelöst sind.
  • Das Trägergas, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Sauerstoff, Stickstoff, Luft, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid oder aus einer Kombination aus einem oder mehreren dieser Komponenten besteht. Vorzugsweise wird Luft als Trägergas verwendet, da ein solches Trägergas in großen Mengen zu einem niedrigen Preis erhältlich ist.
  • Die Silikatverbindung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die aus Natrium-, Kalium- und Magnesiumsilikaten bei möglichem Zusatz von weiteren, den Fachleuten bekannten Silikatverbindungen besteht. Natriumsilikat (Wasserglas) wird besonders bevorzugt, da es einen festen Schaum schafft. Wasserglas ist ein Element der Familie der löslichen Natriumsilikatverbindungen. Die Formel von Natriumsilikat variiert je nach verwendeter Wassermenge von bis 2 Na2OSiO2. Es sind zwei Prozesse zum Herstellen von Wasserglas bekannt, nämlich der Ofenprozess und Hydrothermalprozess, wobei beide Prozesse ausführlich in der Literatur beschrieben sind, so dass sie hier nicht näher erläutert werden müssen.
  • Um dem erhaltenen Schaum zusätzliche Eigenschaften zu verleihen, um beispielsweise dessen Feuerbeständigkeit zu erhöhen oder um eine verstärkte Klebekraft zu erhalten, können ein oder mehrere Additive, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Tensiden, Farbstoffen, Aromaten, Schaumstabilisierungsmitteln, Reinigungsmitteln, Feuerbeständigkeitserhöhungsmitteln, Insektiziden, Säuren und Haftmitteln besteht, zu dem Silikat hinzugefügt werden.
  • Es wird insbesondere vorgezogen, ein oder mehrere Tenside zu verwenden, um im Mischer ein intensives Mischen von Silikaten und Trägergas zu bewirken, wobei Tenside die Grenzflächenspannung zwischen Trägergas und Silikaten verringern, so dass folglich ein korrektes Mischen der beiden Flüsse stattfindet.
  • Um ein korrektes Mischen von Silikat und Trägergas zu erreichen, wird ein rohrförmiger Mischer verwendet, so dass eine genügend lange Verweildauer, um ein intensives Mischen der beiden Komponenten zu bewirken, gewährleistet ist.
  • Darüber hinaus ist der Mischer innen mit Packungsmaterialien versehen, die ein intensives Mischen von Silikat und Trägergas bewirken.
  • Der vorliegende Mischer, der wie oben erwähnt rohrförmig ist, wird an einem Ende mit dem Trägergas, vorzugsweise komprimierter Luft, die unter einem Druck von 7–8 bar steht, beschickt. Die komprimierte Luft wird dem Mischer über einen mit einem Reduzierventil versehenen Kompressor zugeführt, wobei die dem Mischer zugeführte Menge über ein Dosierventil gesteuert wird. Der vorliegende Mischer ist mit Packungsmaterialien versehen, so dass ein intensiver Kontakt mit dem Silikat, das gleichfalls dem Mischer zugeführt wird, bewirkt wird. Die Zufuhr des Silikats erfolgt vorzugsweise stromabseitig von dem Ort, an dem die Dosierung des Trägergases erfolgt, wobei das flüssige Silikat, dem ein oder mehrere Additive, vorzugsweise Tenside, zugesetzt sein können, mit einem Druck von etwa 5–60 bar über eine Pumpe, die mit einer Frequenzsteuereinheit und einem Dosierventil ausgerüstet ist, dem Mischer zugeführt wird. Die im Inneren des Mischers vorhandenen Packungsmaterialien bewirken ein intensives Mischen des Silikatgemisches und des Trägergases, womit im Ergebnis am anderen Ende des Mischers, in dem eine Auslassöffnung vorhanden ist, ein Schaum erhalten wird, der eine Volumenzunahme in der Größenordnung von etwa dem 5–25-fachen des ursprünglichen Volumens des Silikatgemisches erfahren hat.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Schaum auf Trägergas- und Silikatbasis.
  • Die Verwendung von Silikatschaum hat eine Reihe von Vorteilen, wie etwa die Tatsache, dass eine sehr genaue Dosierung des Schaums möglich ist und dass es möglich ist, die Zusammensetzung des zu bildenden Schaums zu steuern. Außerdem wird als Ergebnis der Gegenwart von Trägergas eine kurze Trocknungszeit erzielt. Darüber hinaus können große Volumina des Schaums erhalten werden, wobei die Speicher- bzw. Lagerkapazität des ursprünglichen Silikatgemisches nur ein 25-tel des Volumens des Silikatschaums beträgt. Ein weiterer wichtiger industrieller Vorteil ist die Tatsache, dass die Vorrichtung der vorliegenden Anmeldung für pastenartige oder viskose Rohmaterialien für das vorliegende Verfahren verwendet werden kann, ohne dass irgendwelche komplizierten konstruktiven Anpassungen erforderlich sind.
  • Wie bereits weiter oben erwähnt worden ist, ist das Trägergas für den vorliegenden Schaum aus einer Gruppe ausgewählt worden, die aus Sauerstoff, Stickstoff, Luft, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid besteht, wobei Luft vorzugsweise als Trägergas verwendet wird. Als Silikatverbindung wird insbesondere Natriumsilikat verwendet.
  • Um dem erhaltenen Schaum eine Anzahl zusätzlicher Eigenschaften zu geben, enthält der Schaum vorzugsweise ein oder mehrere Additive, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Tensiden, Farbstoffen, Aromaten, Schaumstabilisierungsmitteln, Reinigungsmitteln, Feuerbeständigkeitserhöhungsmitteln, Insektiziden, Säuren und Haftmitteln besteht.
  • Der vorliegende Schaum kann zum Beispiel als Klebemittel verwendet werden. Der vorliegende Schaum bietet viele Vorteile, speziell wenn er auf poriges Material geklebt wird. Die Menge an Klebemittel wird folglich minimiert, während die Klebeschicht nichtsdestoweniger genügend dick ist, um zu ermöglichen, dass das Klebemittel in die Poren des Materials eindringt. Wenn der vorliegende Schaum auf imprägnierbare Materialien wie etwa Papier, Baumwolle, nicht gewebte Materialien und dergleichen angewendet wird, verleihen die natürlichen Eigenschaften des Silikats mit dem möglichen Zusatz spezieller Additive solchen Materialien feuerhemmende und feuchtigkeitsabstoßende Eigenschaften, ohne dass diese Materialien unhandlich werden, d. h. steifer, werden. Bei einer solchen Anwendung kann ein wesentlicher Unterschied zwischen den bekannten flüssigen Silikatverbindungen und dem vorliegenden Schaum deutlich aufgezeigt werden. Wenn zum Beispiel Papier mit flüssigem Silikat behandelt wird, wie es im Stand der Technik üblich ist, dringt das flüssige Silikat in die Poren des Papiers vollständig eine, wonach es nach einiger Zeit nicht mehr möglich ist, das so behandelte Papier aufzurollen. Das Papier ist infolge dieser Behandlung steif geworden. Das Papier, das mit dem vorliegenden Schaum behandelt worden ist, wird andererseits wegen der Tatsache, dass das imprägnierte Papier nicht mit dem Schaummaterial gesättigt ist, biegsam bleiben. Der Patentanmelder nimmt an, dass der Silikatschaum kleine Zwischenräume, die das Trägergas enthalten, aufweist, obwohl der Patentanmelder keinesfalls auf eine solche Theorie festgelegt werden möchte.
  • Eine weitere Anwendung des vorliegenden Schaums ist seine Verwendung als Feuerhemmer. Da der vorliegende Schaum eingeschlossene Wassermoleküle enthält, wird im Fall eines Brandes eine zusätzliche Kühlwirkung verschafft, mit dem Ergebnis, dass das imprägnierte Material einen besseren PCS-Wert aufweist als im Fall, in dem kein Schaum verwendet wird.
  • Eine nochmals weitere Anwendung des vorliegenden Schaums ist sein Gebrauch als Mittel zum Erzielen von Feuchtigkeitsbeständigkeit. Obwohl der Gebrauch von Silikat als feuchtigkeitsabweisendes Mittel beispielsweise aus dem US-Patent Nr. 5.460.864 bekannt ist, ist dort der spezielle Gebrauch eines Schaums nicht erkennbar. Ein mit dem vorliegenden Schaum erzielter besonderer Vorteil ist die Tatsache, dass mit dem Schaum behandeltes Papier seine innewohnenden biegsamen Eigenschaften beibehält, so dass sich das behandelte Material nicht verformt.
  • Bei einer besonderen Ausführungsform ist es auch möglich, den vorliegenden Schaum als Bindemittel, zum Beispiel für Fasern und/oder Granulate wie etwa Platten oder Decken bzw. Unterlagen aus Mineralwolle, Platten oder Decken aus Keramik, Zelluloseplattenmaterial oder Zelluloseunterlagen, aus Torf gebildete Bausteine und Graupappe, zu verwenden. Ein Vorteil des Gebrauchs von Schaum als Bindemittel ist die geringe Energiemenge, die zum Trocknen des Materials benötigt wird.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels erläutert, wobei in diesem Zusammenhang angemerkt wird, dass die vorliegende Erfindung keineswegs auf ein solches spezielles Beispiel beschränkt ist, sondern das Beispiel nur zur Illustration angegeben ist.
  • Die beigefügte Zeichnung zeigt die vorliegende Erfindung schematisch.
  • Ein Lagergefäß 1, das Silikat (zum Beispiel Natriumsilikat, vertrieben von Silmaco, Lanaken, Niederlande) enthält, ist mit einem Mischer 4 verbunden, dem auch ein Trägergas aus Container 2 zugeführt wird. Der Container 2 ist beispielsweise ein Zylinder mit komprimierter Luft. Der Mischer 4 ist innen mit Packungsmaterialien (nicht gezeigt) versehen. Ein oder mehrere Additive aus dem Container 3 können dem Mischer 4 hinzugeführt werden. Bei einer besonderen Ausführungsform ist es ferner möglich, ein oder mehrere Additive direkt dem Container 1 zuzuteilen, so dass das Mischen der Additive bereits im Container 1 stattfindet. Um der Klarheit willen sind die benötigten Pumpen und Druckventile, Reduzierventile und Durchflussmesser in der vorliegenden schematischen Darstellung nicht gezeigt. Der Gebrauch einer solchen Einrichtung ist Fachleuten auf diesem Gebiet jedoch ersichtlich. Im Mischer 4 findet ein intensives Mischen von Silikat und Trägergas statt, worauf der im Mischer 4 gebildete Schaum der Auftragung 5, beispielsweise als Klebemittel, Feuerhemmer, feuchtigkeitsabweisendes Mittel, Bindemittel oder Imprägnierungsmittel, bereitgestellt wird.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Schaums auf Silikatbasis, bei dem das unter Druck stehende Silikat einem Mischer zugeführt wird, wobei dem Mischer außerdem ein unter Druck stehendes Trägergas zugeführt wird, wobei in dem Mischer ein intensives Mischen des Silikats und des Trägergases ausgeführt wird, woraufhin ein Schaum aus Trägergas und Silikat durch eine Auslassöffnung des Mischers ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer rohrförmig ist und dass der Mischer innen mit Packungsmaterialien versehen ist, die ein intensives Mischen von Silikat und Trägergas bewirken.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergas aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Sauerstoff, Stickstoff, Luft, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid oder aus einer Kombination aus einem oder mehreren dieser Komponenten besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergas Luft verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Silikat Natriumsilikat verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Additive, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Tensiden, Farbstoffen, Aromaten, Schaumstabilisierungsmitteln, Reinigungsmitteln, Feuerbeständigkeitserhöhungsmitteln, Insektiziden, Säuren und Haftmitteln besteht, zu dem Silikat hinzugefügt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Tenside verwendet werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierung von Silikat stromabseitig von dem Ort erfolgt, an dem die Dosierung des Trägergases erfolgt.
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