NL1027015C2 - Werkwijze voor het bereiden van een schuim op basis van silicaat, inrichting voor toepassing ervan, spuitbus, en volgens de werkwijze verkregen schuimproduct. - Google Patents

Description

ί t

Korte aanduiding: Werkwijze voor het bereiden van een schuim op basis van silicaat, inrichting voor toepassing 5 ervan, spuitbus, en volgens de werkwijze verkregen schuimproduct.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het berei-10 den van een schuim op basis van silicaat door menging van het silicaat en een onder druk gebracht dragergas.

Deze werkwijze is bekend uit aanvraagster's Nederlandse octrooi 1 021 323 (zie ook WO 2004/018382).

Het met deze werkwijze bereide schuim heeft een aantal interes-15 santé eigenschappen respectievelijk toepassingsmogelijkheden. De samenstelling en de precieze dosering van het schuim konden zeer precies worden gekozen respectievelijk ingesteld. Door de aanwezigheid van dragergas werd een snelle droogtijd verkregen. Er konden grote volumes schuim worden verkregen; de volumeverhouding tussen het sili-20 caat en het vervaardigde schuim kon tot 1:25 bedragen. Het kon worden toegepast als lijmstof, met speciaal voordeel bij het verlijmen van poreuze materialen. De lijmlaag kon tot een minimum beperkt blijven terwijl toch een voldoende lijmkracht werd bereikt en de lijm een voldoende dikte bezat om in de poriën van het materiaal te kunnen 25 doordringen. Bovendien was het schuim in staat oneffenheden op de te verlijmen oppervlakken op te vullen. Het schuim kon worden toegepast op impregneerbare materialen zoals papier, katoen, niet-geweven doek en dergelijke. Daarbij verschaften de natuurlijke eigenschappen van silicaat aan dergelijke materialen brandwerende en vochtwerende 30 eigenschappen zonder dat ze onhandelbaar, te weten stijver werden. En wezenlijk verschil tussen dat schuim en de voordien reeds bekende vloeibare silicaatverbindingen was bijvoorbeeld dat het schuim volgens de uitvinding volledig in de poriën van het papier kon binnendringen en toch soepel kon blijven omdat het geïmpregneerde 35 papier niet volledig met het schuimmateriaal werd doordrenkt.

Een andere toepassing van het volgens de oudere werkwijze vervaardigde schuim was als brandwerend middel. Het ermee geïmpregneerde materiaal bezat een verbeterde PCS-waarde omdat een grote hoeveelheid 1027015 r ' - 2 - opgesloten watermoleculen bij eventuele brand een extra koeling verschaft.

Ook was toepassing als lijmstof mogelijk, en verder als bindmiddel voor vezels en/of granulaten, zoals platen of dekens van mine-5 rale wol, keramische platen of cellulosemateriaal, en ook uit turf samenstelde bouwblokken en houtspaanderplaten.

Als dragergas werd bij voorkeur lucht toegepast, omdat dit onbeperkt en goedkoop verkrijgbaar is. Ook zuurstof, stikstof, kooldioxide en koolmonoxide werden als mogelijkheden voorzien.

10 Er werden een of meer oppervlakte-actieve stoffen toegepast om een intensieve menging van silicaten en dragergas tot stand te brengen; zulke oppervlakte-actieve stoffen verlagen de grensvlakspanning tussen dragergas en silicaten, waardoor een goede menging van de beide stromen optreedt.

15 Om aan het verkregen schuim aanvullende eigenschappen te verle nen, bijvoorbeeld ter verhoging van de brandwerendheid of ter verkrijging van een verhoogde hechtende werking, werden aan het silicaat middelen toegevoegd waaronder kleurmiddelen, geurmiddelen, schuim-stabilisatiemiddelen, reinigingsmiddelen, brandwerendheidverhogende 20 middelen, insecticiden en hechtmiddelen.

Met alle silicaten kon op de aangegeven wijze een schuim worden bereid. Natriumsilicaat (waterglas) heeft echter het voordeel j goedkoop te zijn. Kaliumsilicaat heeft de bijzondere eigenschap j transparant te worden, terwijl natriumsilicaat ondoorschijnend wit i 25 wordt. Kaliumsilicaat heeft echter een kostprijs die een veelvoud bedraagt van de prijs van waterglas. Daarom zal in het algemeen natriumsilicaat de voorkeur hebben, met een Beaumé-rate van 20-55.

Volgens de oude werkwijze werd een schuim verkregen zonder stabiliteit, dat wil zeggen dat het na enige tijd weer terugging naar 30 vloeistof.

Het algemene doel van de onderhavige uitvinding is om de bekende werkwijze met behoud van zijn goede eigenschappen en toepas-singmogelijkheden te verbeteren door een vast schuim te bereiden, dat wil zeggen een schuim dat na droging schuim blijft.

35 Een ander doel van de uitvinding is dat dit vaste schuim van zichzelf, dus zonder enig wapenings- of vulmiddel, een goede vormsta-biliteit bezit.

1027015 -3- (

Wanneer deze doeleinden gerealiseerd zijn, biedt zich uiteraard een scala van nieuwe mogelijkheden aan, zoals nader zal worden aangegeven.

De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is in de grond-5 gedachte [concl. 1] gekenmerkt doordat bij het silicaat een versneller wordt gemengd die door chemische reactie het silicaat tot uitharding brengt.

Bij voorkeur [concl. 2] is de versneller gekozen uit zuren en zuurvormende stoffen.

10 Het is op zich in de chemie bekend dat zuren in staat zijn om silicaten te laten harden of geleren. Deze kennis is echter nog nooit toegepast in het verband van de bereiding van schuim.

-Voorbeelden van in dit verband bruikbare zuren zijn melkzuur, kiezelzuur, wijnsteenzuur, citroenzuur, en mierenzuur.

15 Door rechtstreekse bijmenging van zuur zal een zeer snelle reactie met het alkalibestanddeel van het silicaat ontstaan. In de praktijk is dit maar voor een beperkt aantal toepassingen aangewezen. Nadeel van zuur is ook dat de menging wat minder gelijkmatig optreedt. Daardoor hardt slechts een gedeelte van het 20 silicaat uit. Door bijmengen van een stof die, zodra hij in een alkalisch milieu terechtkomt, als reactieproduct een zuur vormt, kan die zuurvormende stof eerst worden gemengd, dan ontstaat een kettingreactie waarbij het zuur wordt gevormd, en vervolgens vindt de uitharding plaats.

25 De effecten van de versneller zijn op de eerste plaats dat het schuim niet de kans krijgt om in te klinken en weer vloeibaar te worden, want het schuim hardt uit als schuim. Op de tweede plaats zorgt de door de versneller veroorzaakte versnelde uitharding ervoor dat het een chemisch onomkeerbaar proces is. Een silicaat is normaal 30 in water volledig oplosbaar. Silicaat dat op een natuurlijke manier uithardt, is met water of stoom weer helemaal op te lossen. Dit is een proces dat door de uitvinding niet-omkeerbaar wordt gemaakt. Men andere woorden gezegd: de water- en vochtbestendigheid van het schuim respectievelijk het eronder liggende product wordt aanzienlijk 35 verhoogd.

Doordat men volgens de uitvinding kan werken met schuim dat zeer snel kan uitharden, is het nu mogelijk om te werken met producten respectievelijk aan het schuim materialen toe te voegen die zich normaal gesproken niet met silicaten verstaan. Te denken is aan 1027015 t - 4 - materialen die chemisch vreemd reageren met silicaten of die dit neutraliseren. Door de snelle uitharding die volgens de uitvinding bereikt wordt - zoals gezegd met voldoende grote hoeveelheid versneller - kunnen producten worden gemengd die dan niet meer 5 chemisch met elkaar kunnen reageren.

Terwijl bij de oude werkwijze de hoeveelheid dragergas zo gekozen kon worden dat de volumeverhouding tussen het silicaat en het vervaardigde schuim l:ca 25 bedroeg, heeft de onderhavige verbetering interessante nieuwe mogelijkheden.

10 Eerst is daar [concl. 3] het bereik tussen ongeveer 1:2 en ongeveer 1:4. Hiermee zullen geschuimde producten worden vervaardigd met een uiteraard geringe porositeit, die bijvoorbeeld als brandschild kunnen dienen. Een lage verhouding verdient aanbeveling voor oppervlaktebehandelingen.

15 Wanneer de hoeveelheid dragergas zo gekozen wordt [concl. 4] dat de volumeverhouding tussen het silicaat en het vervaardigde schuim ligt tussen 1:5 en 1:50, krijgt men heel andere toepassingsmogelijkheden waarbij door de hogere porositeit de warmte-isolerende eigenschappen een grotere rol spelen. Hoge verhoudingen zijn gunstig 20 voor isolatiemateriaal en plaatmateriaal.

Naast de hoeveelheid dragergas in verhouding tot de hoeveelheid silicaat is de hoeveelheid versneller die volgens de grondgedachte van de uitvinding wordt toegevoegd, een factor met een heel wijd instellingsbereik, waardoor weer een grote hoeveelheid verschillende 25 schuimsoorten kan worden vervaardigd. De regel bij toepassing van deze uitvindinggedachte is dat, naarmate de hoeveelheid versneller groter wordt, het uithardingsproces sneller zal verlopen en het bereide schuim harder wordt, terwijl bij toevoeging van minder versneller de open tijd langer wordt, en het langer duurt voordat het 30 materiaal uithardt. Het kan dus langer worden gehanteerd, bijvoorbeeld bij het in een bepaalde vorm brengen.

In alle gevallen wordt het schuim nu vast. Het hoeft nu niet meer als bindmiddel te worden gebruikt voor materialen die samenhang en structuur hebben, doch kan zelf dienen als een matrix. Bij het 35 volgens de oude werkwijze vervaardigde schuim gebruikte men veelal zo'n 10 tot 15% schuim als bindmiddel, terwijl de rest ander materiaal was met een voldoende samenhang om uiteindelijk een stabiele plaat te krijgen. Aan het schuim volgens de onderhavige werkwijze, dat vast is en een eigen structurele samenhang heeft, kan [concl. 6] 102701ο

, I

- 5- een "wapeningsmateriaal" in onsamenhangende en/of ongestructureerde vorm worden toegevoegd. Dat "wapeningsmateriaal" wordt bij voorkeur [concl 7] gekozen uit stoffen zoals minerale wol en glaswol.

Nu komen de verhoudingen tussen het schuim en het eraan toege-5 voegde andere materiaal uit op ongeveer de omgekeerde waarden: men kan werken [concl. 10] met 85-90% schuim en toevoeging van onsamenhangend of ongestructureerd materiaal in een hoeveelheid van 10-15%. Men krijgt hierdoor een reeks nieuwe producten, die op de eerste plaats goedkoop zijn omdat ze voor het grootste deel uit het 10 schuim bestaan, maar die bovendien andere eigenschappen, en dus andere toepassingsmogelijkheden bieden.

Het is ook mogelijk om [concl. 8] aan het mengsel een vulstof toe te voegen. Zo'n vulstof kan [concl. 9] gips of kalk zijn. Het eindproduct is dan bruikbaar op allerlei plaatsen waar thans in de bouw op 15 gips of kalk gebaseerde materialen worden gebruikt, bijvoorbeeld voor het opvullen van gaten.

Het is nog steeds mogelijk [concl. 11] dat het schuim wordt gebruikt als bindmiddel. Dit bindmiddel kan dan gebruikt worden voor materialen die gekozen zijn [concl. 12] uit minerale wol, keramische 20 vezels, cellulosemateriaal - deze alle in de vorm van platen of dekens, uit turf samengestelde bouwblokken, houtspaanderplaten of andere vezels of granulaten. Ook voor deze vulstoffen geldt dat een bruikbaar product wordt verkregen wanneer [concl. 10] de vulstof aanwezig is tot 15% en het schuim 85% of meer van het gevormde 25 product uitmaakt.

Nu terugkomende op de bereidingstechniek wordt allereerst opgemerkt dat de in de oudere octrooiaanvrage beschreven inrichting voor het mengen van het silicaat en het dragergas nog steeds kan worden gebruikt wanneer volgens de onderhavige verbeterde werkwijze 30 wordt gewerkt. Er zal dan ook thans geen inrichting meer worden beschreven. Ook de aanwezigheid in de inrichting van een houder voor toevoegmiddelen blijft bestaan. Toevoegmiddelen zoals in het oude octrooi vermeld kunnen nog steeds worden gebruikt. De inrichting voor toepassing van de werkwijze zal dus [concl. 17] worden gekenmerkt 35 door de aanwezigheid van een voorraadvat voor versneller.

Doordat volgens de onderhavige uitvinding een versneller wordt toegevoegd, dienen nieuwe keuzen te worden gemaakt. De meest eenvoudige uitvoering [concl. 13] is gekenmerkt doordat de versneller in schuimvorm wordt gemengd met silicaat in schuimvorm. Men kan hiervoor 1027015 1 · - 6 - dus als hoofdregel twee inrichtingen zoals in de oudere octrooiaanvrage beschreven naast elkaar zetten. Nauwkeuriger gezegd wordt de inrichting voor deze uitvoering van de werkwijze [concl. 18] gekenmerkt door twee mengorganen en twee spuitmonden, het ene stel 5 voor het mengen en verspuiten van silicaat en dragergas, het tweede stel voor het mengen en verspuiten van versneller en dragergas, waarbij de spuitmonden zo gericht zijn dat de geproduceerde schuimmengsels worden gemengd. Omdat het bijraengen van toevoegmiddelen reeds bij het silicaat zal worden gedaan en niet ook 10 nog bij de versneller behoeft plaats te vinden, zal de inrichting voor het produceren van de schuimvormige versneller dus geen houder behoeven te bevatten voor zulke toevoegmiddelen.

Gebleken is dat schuimen die met voldoende snelheid worden uitgestoten zich goed en grondig laten mengen, waardoor de versneller 15 overal in het resulterende mengsel gelijkmatig aanwezig zal zijn.

Deze uitvoeringsvorm van de werkwijze komt in aanmerking voor de vervaardiging van industriële producten zoals brandwerende platen, isolatieplaten en dergelijke. Speciaal geldt het voordeel dat deze wijze van mengen ook mogelijk is bij hoge aandelen van de versneller. 20 Men moet er immers voor zorgen dat de dan plaatsvindende snelle uitharding niet reeds mag beginnen voordat een grondige menging heeft plaatsgevonden. Ook dient te worden voorkomen dat perforaties in spuitmonden verstopt raken door voortijdige uitharding van het mengsel.

25 Een andere uitvoeringswijze met bijzondere voordelen is [concl.

14] dat de versneller in vloeibare vorm wordt gemengd met silicaat in vloeibare vorm en dit mengsel wordt verschuimd. Voor hetgeen hier gemakshalve wordt aangeduid als industriële productie komt deze uitvoering in aanmerking bij geringere percentages versneller, omdat 30 dan geen vroegtijdige uitharding zal plaatsvinden.

De uitvoeringsvorm van de werkwijze met zowel het silicaat als de versneller in vloeibare vorm is speciaal ook te gebruiken voor oppervlaktebehandeling. Door eerst het verschuimde silicaat over een product heen te brengen en daarna de verschuimde versneller er nog 35 eens overheen te spuiten, geeft men het product een harder oppervlak met een brandwerende eigenschap.

Nog een interessante toepassingsvorm van deze wijze van werken, is het gebruik in de vorm van een spuitbus. Die spuitbus [concl. 19] 1027015 - 1 - I i bevat dan een silicaat en een versneller die door chemische reactie het silicaat tot uitharding brengt, alsmede een dragergas onder druk.

Dit kan dan gedaan worden in de op zichzelf bekende vorm voor het met een spuitbus verwerken van uit twee componenten bestaande 5 producten, waarin de spuitbus een afzonderlijke kern bevat voor de tweede component die door draaiing vanaf de bodemzijde van de bus kan worden verbroken om zodoende de menging te laten plaatsvinden direct voor het moment waarop het uit de twee componenten bestaande mengsel zal worden verspoten.

10 Voor het dragergas heeft men uiteraard altijd de mogelijkheid om te kiezen tussen al of niet samengeperst gasvormig gas of vloeibaar gemaakt gas. In het verband van de uitvoering van de uitvin-dingsgedachte in een spuitbus, is het gebruik van het dragergas in vloeibare vorm de beste oplossing [concl. 16]. Ook is het dan inte- 15 ressant [concl. 15] om het dragergas te kiezen uit dimethylether of de lichte koolwaterstoffen zoals propaan, butaan, isobutaan.

Voorbeeld 1

Opschuimen van silicaat met behulp van een dragergas tot een 20 expansieverhouding van 1:2, met toevoeging van 1 gew.% versneller, levert een bros product dat ongeveer de eigenschappen heeft van oasis (steekschuim voor planten).

Voorbeeld 2 25 Opschuimen van silicaat met behulp van een dragergas tot een expansieverhouding van 1:2, met toevoeging van 15 gew.% versneller, levert als product een plaat met een zeer grote hardheid, bijna met de eigenschappen van glas.

30 Voorbeeld 3

Opschuimen van silicaat met behulp van een dragergas tot een expansieverhouding van 1:5, met toevoeging van 7 gew.% versneller, levert een schuim dat geschikt is voor dunne plaatjes die als brandschild kunnen dienen om stalen bekledingen.

Voorbeeld 4

Opschuimen van silicaat met behulp van een dragergas tot een expansieverhouding van 1:10, met toevoeging van 6 gew.% versneller, 35 1027015 - 8 - met toevoeging van 10-15% aan losse steenwol levert, in plaatvorm gebracht, een isolatieplaat voor platte daken die beloopbaar is.

Voorbeeld 5 5 Opschuimen van silicaat met behulp van een dragergas tot een expansieverhouding van 1:40, met toevoeging van 2-3 gew.% versneller, levert als product een brosse plaat, uitermate geschikt voor lichtgewicht toepassing zoals warmte-isolatie. Speciaal bruikbaar voor thermosflessen en bij de bouw van vliegtuigen.

10

Als laatste betreft de uitvinding [concl. 22] een schuimproduct op silicaatbasis, verkregen met de bovengenoemde werkwijze respectievelijk de bovengenoemde inrichting. De schuimproducten volgens de uitvinding zijn - uitgehard en droog - volledig 15 anorganische producten die door de grote hoeveelheid erin opgesloten water als onbrandbaar mogen worden beschouwd.

In een voorkeursuitvoering [concl. 23] wordt het schuimproduct gekenmerkt door de aanwezigheid van sporen van een versneller die door chemische reactie het silicaat tot uitharding heeft gebracht.

1027015

Claims (23)

1. Werkwijze voor het bereiden van een schuim op basis van silicaat door menging van het silicaat en een onder druk gebracht 5 dragergas, met het kenmerk, dat bij het silicaat een versneller wordt gemengd die door chemische reactie het silicaat tot uitharding brengt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ver- 10 sneller gekozen is uit zuren en zuurvormende stoffen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de hoeveelheid dragergas zo gekozen wordt dat de volurneverhouding tussen het silicaat en het vervaardigde schuim ligt tussen 1:2 en 1:4. 15

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de hoeveelheid dragergas zo gekozen wordt.dat de volumeverhouding tussen het silicaat en het vervaardigde schuim ligt tussen 1:5 en 1:50.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de hoeveelheid versneller ten hoogste 25 gew.% van het mengsel bedraagt.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het 25 kenmerk, dat aan het mengsel een "wapeningsmateriaal" in onsamenhangende en/of ongestructureerde vorm wordt toegevoegd.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het wapeningsmateriaal gekozen is uit vezelvormige stoffen zoals minerale 30 wol en glaswol.

8. Werkwijze volgens een der conclusie 1-5, met het kenmerk, dat aan het mengsel een vulstof wordt toegevoegd.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de vul stof gekozen is uit gips en kalk. 1027015 • · - 10 -

10. Werkwijze volgens een der conclusies 6-9, met het kenmerk, dat wapeningsmateriaal of vulstof aanwezig is tot 15% en het schuim 85% of meer van het gevormde product uitmaakt. .5

11. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk,dat het schuim wordt gebruikt als bindmiddel.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het bindmiddel wordt gebruikt voor materialen die gekozen zijn uit 10 minerale wol, keramische vezels, cellulosemateriaal - deze alle in de vorm van platen of dekens -, uit turf samengestelde bouwblokken, houtspaanderplaten of andere vezels of granulaten.

13. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ver- 15 sneller in schuimvorm wordt gemengd met silicaat in schuimvorm.

14. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat versneller in vloeibare vorm wordt gemengd met silicaat in vloeibare vorm en dit mengsel wordt verschuimd. 20

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat het dragergas gekozen is uit dimethylether of de lichte koolwaterstoffen zoals propaan, butaan, isobutaan.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat het gas in vloeibare vorm wordt gebruikt.

17. Inrichting voor toepassing van de werkwijze volgens een der conclusies 1-12 of 14, omvattende een voorraadvat voor silicaat, een 30 voorraadvat voor dragergas, een mengorgaan, en eventueel een voorraadvat voor toevoegmiddelen alsmede een spuitmond, gekenmerkt door de aanwezigheid van een voorraadvat voor versneller.

18. Inrichting in het bijzonder voor toepassing van de werkwijze 35 volgens conclusie 13, omvattende een voorraadvat voor silicaat, een voorraadvat voor dragergas, en eventueel een voorraadvat voor toevoegmiddelen, gekenmerkt door twee mengorganen en twee spuitmonden, het ene stel voor het mengen en verspuiten van silicaat en dragergas, het tweede stel voor het mengen en verspuiten van 1027015 Λ - 11 - versneller en dragergas, waarbij de spuitmonden zo gericht zijn dat de geproduceerde schuimmengsels worden gemengd.

19. Spuitbus, bevattende een silicaat en een versneller die door 5 chemische reactie het silicaat tot uitharding brengt, alsmede een dragergas onder druk.

20. Spuitbus volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de versneller gekozen is uit de groep die zuren en zuurvormende stoffen 10 omvat.

21. Spuitbus volgens conclusie 19 en 20, met het kenmerk, dat het dragergas gekozen is uit dimethylether of de lichte koolwaterstoffen zoals propaan, butaan, isobutaan. 15

22. Schuimproduct op silicaatbasis verkregen op de wijze volgens een der conclusies 1-16 respectievelijk met de inrichting volgens conclusie 17 of 18.

23. Schuimproduct volgens conclusie 22, gekenmerkt door de aanwezigheid van sporen van een versneller die door chemische reactie het silicaat tot uitharding heeft gebracht. 1027015