NL8202362A

NL8202362A - Starre, waterbestendige keramische fosfaatmaterialen en werkwijze voor de bereiding ervan.

Info

Publication number: NL8202362A
Application number: NL8202362A
Authority: NL
Original assignee: Armstrong World Ind Inc
Priority date: 1981-06-16
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1983-01-17
Also published as: ES513168A0; HK25986A; GB2100246A; DE3222078C2; GB2100246B; SE455194B; NL186236C; ES8305288A1; AU544513B2; DE3222078A1; FR2507591B1; ES513167A0; IT8221868A0; AU8466582A; ES8305287A1; CA1186130A; SE8203688L; SG7686G; IT1152973B; NL186236B

Description

- 1 - Λ _ .- '2 N/30.892-Kp/Pf/cs

Starre, waterbestendige_keramische fosfaatmaterialen en werk-wijze voor de bereiding ervan.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op starre, waterbestendige keramische fosfaatmaterialen en meer in het bijzonder op starre, waterbestendige keramische fosfaatmaterialen die geen latere thermische harding vereisen.

5 Vuurvaste metaalfosfaten zijn reeds lang onderkend als nuttige bouw- en isolatiematerialen. Samenstellingen die fosforzuur, metaaloxide en metaalsilicaten bevatten, zijn reeds bekend? samenstellingen echter die deze bestanddelen bevatten en voldoende sterkte hebben, zijn uiterst moeilijk te 10 bereiden. Mengsels van aluminiumoxide en 85% fosforzuur zijn bijvoorbeeld visceus en moeilijk te hanteren. Wanneer derge-lijke mengsels verdund worden met water worden deze aanzien-lijk gemakkelijker hanteerbar; wanneer silicaat, bijvoorbeeld calciumsilicaat wordt toegevoegd en het verkregen fosfaat ther-15 misch gehard wordt teneinde de overmaat water te verdrijven, heeft desalniettemin het verkregen vuurvaste materiaal een relatief slechte treksterkte. Wanneer anderzijds alle compo-nenten in §en keer tezamen worden gemengd zonder het gebruik van extra water volgt een snelle reactie, welke niet in de hand 20 kan worden gehouden onder normale fabrieksomstandigheden.

Verschillende fosfaatsamenstellingen en werkwijzen voor de bereiding daarvan zijn reeds beschreven. In het Ameri-kaanse octrooischrift 2.992.930 worden bijvoorbeeld samenstellingen beschreven die poedervormigezirconium- of aluminium-25 oxiden, calciumsilicaat voor schuimstabilisatie, fosforzuur, en silicasol bindmiddel en een blaasmiddel bevatten, welke samenstellingen bereid worden door de droge bestanddelen te mengen, de silicasol toe te voegen, het mengsel te roeren met fosforzuur en de resulterende schuim vast te laten worden. In 30 het Amerikaanse octrooischrift 3.148.996 worden samenstellingen beschreven welke zonder verwarming uitharden tot een starre massa en die poreus gemaakt kunnen worden door het opnemen van gasbellen. Deze samenstellingen bestaan uit water, een zuurfos-faat bestaande uit fosforpentoxide en calcium-, aluminium- of 35 zirconiumoxiden, en fijn verdeeld calciumsilicaat. Deze samenstellingen worden gevormd door een visceuze oplossing van 8202362 t i - 2 - water, fosforpentoxide en een geschikt metaaloxide te maken, calciumsilicaat aan het mengsel toe te voegen en dit mengsel gedeeltelijk hard te laten worden. Schuiming wordt daarop op-gewekt door toevoeging van een intern schuimmiddel of door 5 mechanisch gasbelletjes in te brengen. In het Amerikaanse oc-trooischrift 3.330.675 worden samenstellingen beschreven welke zuur aluminiumfosfaat, het carbonaat, oxide, hydroxide of sili-caat van magnesium of zirconium, en organische of anorganische gas producerende materialen bevatten. Evenzo worden in andere 10 octrooischriften soortgelijke fosfaatschuimen vermeld, waar-bij een gepoederd materiaal opgenomen wordt in het zure mengsel, waardoor door het vrijkomen van waterstofgas schuimen wordt opgewekt.

Hoewel het duidelijk is uit de genoemde literatuur, 15 dat aanzienlijke inspanning is verricht voor de ontwikkeling van bruikbare fosfaatschuimen, zijn nog veel problemen blijven bestaan. De meeste bekende schuimen hebben slechte bindings-sterkte, waardoor deze ongeschikt blijken als bouwraaterialen. Sommige zijn vochtgevoelig, en vele vereisen warmteharding ter 20 verbetering van de bindingssterkte, en de meeste bevatten andere additieven teneinde problemen betreffende de zwakte te omzeilen. Bovendien bevatten de meeste commercieel vervaardig-de schuimen blaasmiddelen, die de kosten van het product kun-nen verhogen en soms bijdragen tot bindingszwakte.

25 Dienovereenkomstig is een doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in sterke vochtbestendige keramische fosfaatmaterialen, die bereid kunnen worden zonder de toepassing van externe warmte.

Een volgend doel van de onderhavige uitvinding is te 30 voorzien in werkwijzen voor de bereiding van starre fosfaatschuimen zonder het gebruik van toegevoegde blaasmiddelen.

Verder is nog een doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in werkwijzen voor de eenvoudige en continue bereiding van fosfaatschuimen, waarbij inzakken van het schuim 35 wordt vermeden.

Deze en andere voordelen van de onderhavige uitvinding worden duidelijk uit de thans volgende beschrijving van de uitvinding.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op starre 40 waterbestendige keramische fosfaatmaterialen, die bereid wor- 8202362 S*\ % * - 3 - - den uit componenten welke metaaloxiden, calciumsilicaat en fosforzuur bevatten. Door een voorreactie van een gedeelte van het metaaloxide met het fosforzuur uit te voeren en/of door de temperatuur van de zuuroplossing aan te passen wan-5 neer deze samengevoegd wordt met de andere bestanddelen, kan de aard van het resulterende product zodanig geregeld worden dat geschuimde of niet-geschuimde keramische fosfaatmaterialen worden verkregen.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de 10 onderhavige uitvinding wordt (1) tenminste €δη metaaloxide uit de groep van MgO, CaO of ZnO of de hydraten ervan, gekozen, terwijl het metaaloxide een totaal van 11-65 gew.-delen, berekend op watervrije basis/ uitmaakt; (2) een reactie-oplossing bereid welke een gedeelte van het metaaloxide en 15 80-190 gew.delen van een fosforzuuroplossing met het equivalent op basis van het gewicht van de zuuroplossing van 35-75 gew.% fosforpentoxide, bevat, waarbij het hydratatiewater van het metaaloxide inbegrepen is bij de berekening van het fos-forpentoxidegehalte; en (3) wordt een mengsel bereid, dat het 20 restant van het metaaloxide en ca. 100 gew.delen calciumsilicaat bevat. De temperatuur van deze reactieoplossing wordt ge-bracht op een gewenste waarde en het mengsel wordt evenredig vermengd met de reactieoplossing. Het resulterende vermengde materiaal wordt gebracht in een gewenste vormgeving en men 25 laat de bestanddelen ervan op elkaar inwerken. De hoeveelheid metaaloxide die gebruikt wordt voor de bereiding van de reactieoplossing, en de temperatuur van de reactieoplossing worden zodanig gekozen dat bij benadering vooraf het tijdstip wordt bepaald, waarop het vermengde materiaal star wordt ten op-30 zichte van het tijdstip waarop verdamping van het water op-treedt.

In een tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt (1) een mengsel bereid, dat 11-65 gew.delen, berekend op watervrije basis, van ten-35 minste een metaaloxide gekozen uit AI2Q3, MgO, CaO of ZnO, of de hydraten ervan, en ca. 100 gew.delen calciumsilicaat bevat; en wordt (3) een reactieoplossing bereid, welke 80-190 gew.delen, berekend op watervrije basis, bevat van een fosforzuuroplossing met het equivalent op basis van gewicht van de zuur- 8202362 \ » - 4 - oplossing van 35-75 gew.% fosforpentoxide, waarbij het hydra-tatiewater van het metaaloxide inbegrepen is bij de berekening van het fosforpentoxidegehalte. De temperatuur van de reactie-oplossing wordt op een gewenste waarde gebracht en de oplos-5 sing wordt evenredig vermengd met het mengsel. Het verkregen vermengde materiaal wordt in een gewenste vormgeving gebracht en men laat de componenten ervan op elkaar inwerken. De tempe-ratuur van de reactieoplossing wordt zodanig gekozen, dat bij benadering vooraf het tijdstip wordt bepaald waarop het ver-10 mengde materiaal star wordt ten opzichte van het tijdstip waarop verdamping van het water optreedt.

In een derde uitvoeringsvorm van de onderhavige uit-vinding wordt (1) tenminste den metaaloxide gekozen uit A1203, MgO, CaO of ZnO of de hydraten ervan, terwijl het metaaloxide 15 een totaal van 11-65 gew.delen, berekend op watervrije basis, uitmaakt; wordt (2) een reactieoplossing bereid die een ge-deelte van het metaaloxide en 80-190 gew.delen bevat van een fosforzuuroplossing met het equivalent op basis van het ge-wicht van de zuuroplossing van 35-75 gew.% fosforpentoxide, 20 waarbij het hydratatiewater van het metaaloxide inbegrepen is bij de berekening van het forsforpentoxidegehalte; en wordt (3) een mengsel bereid, dat het restant van het metaaloxide en 100 gew.delen calciumsilicaat bevat. Het mengsel wordt evenredig vermengd met de reactieplossing en het resulterende 25 vermengde materiaal wordt in een gewenste vormgeving gebracht, waarin men de bestanddelen op elkaar laat werken. De hoeveel-heid metaaloxide die gebruikt wordt voor de bereiding van de reactieoplossing wordt zodanig gekozen, dat bij benadering vooraf het tijdstip wordt bepaald waarop het vermengde mate-30 riaal star wordt, ten opzichte van het tijdstip waarop verdamping van het water optreedt.

De onderhavige uitvinding omvat verder een samenstel-ling die geschikt is voor het verkrijgen van een star, water-bestendig keramisch fosfaatmateriaal, welke samenstelling be-35 staat uit (1) 11-65 gew.delen, berekend op watervrije basis, van tenminste έέη metaaloxide gekozen uit de groep van A1202, MgO, CaO of ZnO of de hydraten ervan; (2) 80-190 gew.delen van een fosforzuuroplossing welke het equivalent op basis van het gewicht van de zuuroplossing bevat van 35-75 gew.% fosforpent-40 oxide, waarbij’het hydratatiewater van het metaaloxide inbe- 8202362 v * - 5 - grepen is bij de berekening van het fosforpentoxidegehalte; en (3) 100 gew.delen calciumsilicaat.

Verder omvat de onderhavige uitvinding een star, waterbestendig fosfaatmateriaal, dat verkregen is door (1) 5 11-65 gew.delen, berekend op watervrije basis, van tenminste . §£n metaaloxide uit de groep van A^Og, MgO, CaO of ZnO of de hydraten ervan; (2) 80-190 gew.delen van een fosforzuuroplos-sing welke op basis van het gewicht van de zuuroplossing het equivalent van 35-75 gew.% fosforpentoxide bevat, waarbij het 10 hydratatiewater van het metaaloxide inbegrepen is bij de berekening van het fosforpentoxidegehalte; en (3) 100 gew.delen calciumsilicaat tot reactie te brengen.

De bij de uitvoering van de onderhavige uitvinding te gebruiken bestanddelen zijn alle commercieel verkrijgbaar. 15 Calciumsilicaat (100 gew.delen) verdient volgens de leer van de uitvinding de voorkeur, hoewel -andere silicaten ook tot be-vredigende resultaten kunnen leiden. Calciumsilicaat komt in de natuur voor en wordt in die vorm wollastoniet genoemd. Ge-schikte geschuimde of niet-geschuimde producten kunnen worden 20 verkregen wanneer dit materiaal als onderstaand beschreven in gepoederde vorm wordt gebruikt. Voor het maken van schuimen is de deeltjesgrootte bij voorkeur voldoende klein, zodat het merendeel van het silicaat een zeef volgens 200-mesh Tyler Standard passeert (maaswijdte 0,074 mm).

25 Een aantal metaaloxiden, zoals aluminiumoxide, mag- nesiumoxide, calciumoxide en zinkoxide, kunnen gebruikt worden voor het verkrijgen van bevredigend keramisch f osf aatmateriaal. Deze oxiden worden gebruikt in poedervorm, waarbij fijner ver-deelde oxiden met een deeltjesgrootte van 0-,043 mm of kleiner 30 (325 mesh Tyler Standaard) in het algemeen superieure resultaten geven. Gehydrateerde vormen van het oxide kunnen ook worden gebruikt en verdienen in veel gevallen de voorkeur.

Voor het geval dat een hydraat wordt gebruikt, moet met het hydratatiewater rekening worden gehouden, teneinde een over-35 maat water voor de reactie te vermijden. Dit kan op eenvoud.ige wijze geschieden door het hydratatiewater mede te betrekken bij de berekening van- het fosforpentoxidegehalte van de fos-forzuuroplossing.

In de praktijk van de onderhavige uitvinding kunnen 40 ca. 11-65 gew.delen metaaloxide, berekend op watervrije basis, 8202362 - 6 - ten opzichte van 100 gew.delen calciumsilicaat worden gebruikt; het verdient echter de voorkeur ca. 13-26 gew.delen metaal-oxide te gebruiken, in het bijzonder ca. 15-20 gew.delen. De hoeveelheid gebruikt oxide zal afhangen van het feit of het 5 in de gehydrateerde vorm is en/of van zijn reactiviteit.

Watervrij magnesiuraoxide reageert aanzienlijk snel-ler met fosforzuur dan watervrij aluminiumoxide. Het eerste zal bijvoorbeeld binnen enige minuten reageren, terwijl het laatste verscheidene uren nodig kan hebben afhankelijk van de 10 temperatuur van de zuuroplossing. Wanneer echter gehydrateerde vormen worden gebruikt, worden de onderlinge afwijkingen in de reactietijden aanzienlijk verminderd. Gehydrateerd magnesium-oxide reageert sneller dan watervrij magnesiumoxide en het reageert ook veel sneller dan gehydrateerd aluminiumoxide.

15 Desalniettemin is gehydrateerd aluminiumoxide aanzienlijk reactiever dan watervrij aluminiumoxide want het reageert met de fosforzuuroplossing binnen een aantal minuten in plaats van uren. De gevolgens van de reactietijden zullen onderstaand verder worden uiteengezet.

20 Geschikte producten kunnen worden verkregen door een van de aangegeven oxiden te gebruiken, alleen of in combinatie, maar watervrij magnesiumoxide (gecalcineerd) en gehydrateerd aluminiumoxide hebben in de praktijk van de onderhavige uit-vinding in het bijzonder de voorkeur. Magnesiumoxide heeft de 25 neiging de sterkte en de vochtweerstand van het eindproduct te verhogen, terwijl aluminiumoxide de neiging heeft te zorgen voor superieure hardingseigenschappen.

Fosforzuur is beschikbaar in allerlei concentraties, waarbij 85% de meest voorkomende concentratie van ortho-fosfor-30 zuur is. Andere samenstellingen, zoals polyfosforzuur, welke bij verdunning met water fosforzuur leveren, kunnen ook be-vredigend zijn voor het uitvoeren van de onderhavige uitvin-ding, onder voorwaarde dat het totale watergehalte van het reactiesysteem niet te hoog is. Te veel water moet vermeden 35 worden omdat anders producten worden verkregen welke, hoewel waterbestendig zwakke sterkte hebben. Aan de.andere kant is ook te weinig. water schadelijk, niet alleen omdat het vermen-gen van de materialen moeilijk te bewerkstelligen is, maar omdat in het geval van geschuimde producten slechts schuimen met 40 hoge dichtheid worden verkregen.

8202362 - 7 - «' “

Als algemene regel zal het fosforzuur geschikt zijn wanneer het het equivalent van ca. 35-75 gew.% fosforpent-oxide op basis van het gewicht van de zuuroplossing bevat.

Bij voorkeur bedraagt het equivalent van fosforpentoxide ca.

5 40-70%/ en meer in het bijzonder ca. 45-65%. Het resterende gedeelte van de zuuroplossing bestaat uit water met inbegrip van eventueel hydratatiewater van het metaaloxide voor de ver-eenvoudiging van de berekening. Van de zuuroplossing kunnen ca. 80-190 gew.delen worden gebruikt bij de uitvoering van de 10 onderhavige uitvinding, maar bij voorkeur zijn dit ca. 90-150 gew.delen, in het bijzonder ca. 100-130 gew.delen zuur.

Hoewel de volgens de praktijk van de uitvinding ge-bruikte bestanddelen reeds lang als zodanig in de stand der techniek bekend zijn, zijn de voordelen die bereikt worden 15 wanneer deze bestanddelen als volgens de uitvinding worden ge-combineerd, nog nooit onderkend. Gevonden werd dat wanneer de manier waarop de bestanddelen worden samengevoegd, wordt ge-regeld en overmaat water wordt vermedeh, een product wordt verkregen dat geen warmteharding nodig heeft en waterbesten-20 dig is. Hoewel generlei theorie met betrekking tot de aard van de betrokken reactiesbepalend mag zijn voor de gevraagde be-schermingsomvang, blijken twee aparte maar toch onderling af-hankelijke fenomenen op te treden? dit zijn de verdamping van het water en de binding van de materialen. Door de reagentia 25 opgewekte warmte doet het meeste water verdampen, waardoor de waterdamp als een schuimmiddel kan dienen. Gedurende ongeveer dezelfde tijdsduur treedt zowel binding als harding op, het-geen leidt tot de vorming van een star keramiekachtig mate-riaal. Deze twee fenomenen zullen onderstaand "verdamping" of 30 de "verdampingstrap" en "harding" of de "hardingstrap" worden genoemd.

Voor het uitvoeren van de onderhavige uitvinding wordt bij voorkeur een reactieoplossing bereid door een ge-wenste hoeveelheid van het metaaloxide toe te voegen aan de 35 fosforzuuroplossing. Bovendien kunnen ook vloeibare additieven zoals oppervlakteactieve middelen opgenomen worden in de reactieoplossing. Het restant van het metaaloxide en de gehele hoeveelheid calciumsilicaat worden vervolgens samengevoegd en vermengd met eventuele vaste additieven, zoals verstevigings- 8202362 - 8 - vezels, verdikkingsmiddelen, kleurstoffen en dergelijke. De temperatuur van de reactieoplossing wordt bij voorkeur ge-bracht op een gewenste waarde en de oplossing wordt evenredig vermengd met de overige droge bestanddelen. Het vermengde 5 materiaal wordt daarop gebracht in een gewenste vormgeving, waarop de bestanddelen van het systeem op elkaar in kunnen werken. De verkregen producten vereisen geen warmteharding en kunnen zonder nadelig effect in kokend water worden geplaatst. Desalniettemin zijn ze niet warmtegevoelig aangezien monsters 10 zijn verwarmd tot 870°C zonder dat een significant verlies van sterkte optrad.

Gevonden werd, dat de relatieve tijdstippen, waarop verdamping en harding optreden, de aard van het verkregen product dwingend bepalen. Wanneer bijvoorbeeld de verdampingstrap 15 bereikt wordt voor de hardingstrap zal de waterdamp het meng-sel doen schuimen voordat de massa star wordt. Wanneer daaren-tegen harding eerst optreedt, kan het materiaal niet meer schuimen en ontsnapt de waterdamp via de tussenporien. De ge-volgenvan de laatstgenoemde volgorde van gebeurtenissen zullen 20 onderstaand nader worden uiteengezet, maar in beide gevallen kan een product worden verkregen dat enerzijds geen warmteharding nodig heeft maar anderzijds bestendig tegen water is.

Twee factoren die bijdragen tot het bovenstaande zijn de hoeveelheid metaaloxide die in de voorreactie met het fos-25 forzuur wordt gebruikt en de temperatuur van de reactieoplossing op het moment dat deze samen wordt gevoegd met de overige droge bestanddelen. Wanneer slechts e§n van deze factoren wordt geregeld, kan toch nog een keramiekachtig materiaal worden bereid. Toch verdient het de voorkeur beide parameters te 30 regelen teneinde de behandeling eenvoudiger te doen verlopen en een superieur product te verkrijgen.

Uit het volgende kan worden gezien hoe deze factoren kunnen worden gevarieerd. In het algemeen gesproken zal, wanneer relatief minder metaaloxide in de voorreactie met het 35 fosforzuur wordt gebruikt, relatief meer schuiming optreden gedurende de daarop volgende mengtrap voordat de materiaal-massa star wordt, onder voorwaarde dat de temperatuur van de zuuroplossing niet te laag is. Wanneer daarentegen meer metaaloxide in de voorreactie met fosforzuur wordt gebruikt, zal 8202362 * ' - 9 - minder schuiming optreden voordat de massa star wordt. Wan-neer voldoende metaaloxide voor de voorreactie wordt gebruikt, zal vrijwel geen schuiming optreden. Dit resultaat wordt blijkbaar verkregen omdat de toevoeging vooraf van het metaal-5 oxide de neiging heeft de duur van de exotherme reactie of reacties welke het water doen verdampen, te verlengen.

De temperatuur van de reactieoplossing gedurende de daaropvolgende mengbehandeling kan ook in significante mate het te verkrijgen product beinvloeden. Hoe hoger de tempera-10 tuur van deze oplossing, hoe heftiger de ontwikkeling van waterdamp en hoe sneller waterverdamping optreedt wanneer de reactieoplossing gemengd wordt met de overige droge bestand-delen. Zo is, wanneer de temperatuur te hoog is, de waar-schijnlijkheid groter dat schuimen worden verkregen welke lege 15 plekken bevatten of welke snel opschuimen en vervolgens inzak-ken. Dit effect kan enigszins worden gematigd door een opper-vlakteactieve stof in de reactieoplossing op te nemen.

Wanneer de temperatuur te laag is, kan de exotherme reactie zozeer worden onderdrukt dat geen schuiming zal op-20 treden. Verder kan een te lage temperatuur schadelijk zijn omdat het materiaal, dat verkregen wordt, een relatief. zwakke bindingssterkte kan hebben. De optimale temperatuur van de reactieoplossing kan afwisselen afhankelijk van de reagentia, maar in het algemeen is gebleken dat een temperatuurgebied van 25 ca. 2-27°C tot bevredigende resultaten zal leiden. Wanneer schuimen worden gemaakt is het voorkeurstemperatuurgebied ca.

3-7°C, in het bijzonder 4,5°C, tenzij een schuimmiddel wordt toegevoegd als onderstaand beschreven.

In de praktijk moeten andere factoren, afgezien van 30 de hoeveelheid voor te reageren materiaal en de temperatuur van de zuuroplossing, in aanmerking worden genomen, waarvan vele afhankelijk zijn van de aard van het te bereiden product. Wanneer schuimen worden gemaakt, is het doel het schuim een gewenste hoogte te laten bereiken op het moment dat harding 35 optreedt. In wezen moet de waterverdamping, welke het schuimen veroorzaakt, betreffende de tijdsduur zodanig worden geregeld dat het een uniforme celgrootte oplevert in een product dat de juiste hoogte en dichtheid heeft bereikt bij het voltooien van de harding. De celgrootte wordt belnvloed door de snelheid 8202362 - 10 - waarmee de waterdamp vrijkomt en door de viscositeit van de zuuroplossing. De viscositeit hangt op zijn beurt weer af van het gebruikte soort oxide of oxiden, de deeltjesgrootte van het oxide, en de temperatuur van de zuuroplossing.

5 Oplossingen met verschiliende viscositeiten worden verkregen wanneer de verschiliende oxiden opgelost worden in fosforzuur. Wanneer bijvoorbeeld toenemende hoeveelheden mag-nesiumoxide toegevoegd worden aan een afgepaste hoeveelheid van een zuuroplossing met standaardsterkte (bijv. 85%) worden 10 viscositeiten waargenomen die varieren van ca. 0,05-1,00 Pa.s bij 22,2°C. Wanneer echter vergelijkbare molaire hoeveelheden aluminiumoxide toegevoegd worden aan een tweede portie van de-zelfde zuuroplossing bij 22,2°C worden viscositeiten vanaf ca. 0,05 Pa.s tot slechts 0,40 Pa.s waargenomen. Voor het 15 maken van superieure schuimen.verdient het de voorkeur dat de viscositeit van de zuuroplossing op het moment van mengen met de overige bestanddelen niet 0,40 Pa.s te boven gaat. Zo blijkt dat een tweede beperking van de toepasbaarheid van magnesium-oxide, afgezien van zijn neiging tot het heftig veroorzaken 20 van schuimen, de viscositeit van de reactieoplossing is die bij gebruik ervan wordt verkregen.

Hoe hoger de viscositeit van de reactieoplossing, hoe slechter het mengen van de bestanddelen en hoe slechter de schuimkwaliteit van het verkregen product. Daarom is het dik-25 wijls wenselijk meer dan §en oxide te gebruiken. Zo zou een oxide gebruikt kunnen worden voor het bereiden van de reactieoplossing en een andere samengevoegd worden met het calcium-silicaat. Anderzijds kan het oxide gebruikt worden in de vorm van een mengsel zowel voor het vormen van de reactieoplossing 30 als voor het mengen met het calciumsilicaat. Talloze mogelijk-heden bestaan, welke dan ook alle tot de omvang van de onder-havige uitvinding moeten worden gerekend, en de onderhavige uitvinding moet niet beperkt worden tot deze twee toegelichte voorbeelden.

35 De dichtheid van het eindproduct zal in grote mate afhangen van de hoeveelheid metaaloxide die gebruikt wordt voor het vormen van de reactieoplossing, want hoe meer metaaloxide gebruikt wordt hoe groter de dichtheid is. Als algemene regel wordt in afwezigheid van toegevoegde schuimmiddelen bij 40 gebruik van ca. 0-0,3 gew.deel metaaloxide per deel P2O5 in 8202362 Λ ' - 11 - * de zuuroplossing voor de vorming van de reactieoplossing, schuimen met dichtheden van 640 kg/m en lager tot aan 240 kg/ *3 m verkregen. Wanneer echter meer dan 0,3 delen metaaloxide wordt gebruikt, kan een niet geschuimd keramisch materiaal 5 worden verwacht. Desalniettemin beinvloeden praktische over-wegingen, zoals viscositeit, de bovengrens van het voor te reageren materiaal? zo kan doorgaans niet meer dan 50% van het metaaloxide eenvoudig in de voorreactie worden gebruikt.

Andere overwegingen welke de schuimen beinvloeden, 10 zijn deeltjesgrootte, oppervlakte-eigenschappen en versterken-de materialen. Een geringe en gelijkmatige deeltjesgrootte verdient in aanzienlijke mate de voorkeur in de praktijk van de onderhavige uitvinding vanwege de tendens van dergelijk materiaal fijne celstructuur te bevorderen. Zoals reeds opge-15 merkt, verdient metaaloxide met een deeltjesgrootte kleiner dan 0,043 mm en calciumsilicaat met een deeltjesgrootte van kleiner dan 0,074 mm de voorkeur.

Celformaat hangt tevens af van de oppervlakte-eigenschappen van het materiaal en het helpt dikwijls den of 20 meer oppervlakteactieve middelen op te nemen voor het bevorderen van de celstabiliteit. Vrijwel ieder oppervlakteactief middel, dat niet met het fosforzuur reageert, kan worden gebruikt. Een oppervlakteactief middel, dat bijzonder geschikt is gebleken, is dimethylcocamineoxide dat door Armak onder de 25 naam Aramox DMC op de markt wordt gebracht. Bij de hantering van dit materiaal moet echter zorgvuldig worden opgetreden om-dat het een irriterende werking op huid en ogen heeft.

Omdat schuimen een poreuze natuur hebben, hebben deze de neiging een geringere treksterkte te vertonen dan niet-ge-30 schuimde materialen. Dienovereenkomstig verdient het dikwijls aanbeveling vezelachtige verstevigingsmaterialen toe te voegen ter versterking van het schuim. Polyester, glas, polypropyleen, . en nylon zijn onder andere met succes gebruikt, hoewel de omstandigheden, waaronder het eindproduct gebruikt zal worden, 35 de keuze van vezel kan beinvloeden. Voor een toepassing bij hoge temperatuur zijn bijvoorbeeld glasvezels aanzienlijk stabieler dan organische vezels. In het algemeen zullen vezel-lengten van 3-25 mm geschikt zijn, met een zekere voorkeur voor vezels van ongeveer 12 mm.

8202362 - 12 -

Bij de bereiding van niet-geschuimde fosfaatkera-mieken worden factoren, zoals deeltjesgrootte, viscositeit, temperatuur en oppervlakte-eigenschappen veel minder belang-rijk omdat de celstructuur niet een te overwegen factor vormt.

5 Dienovereenkomstig kunnen materialen met grovere deeltjesgrootte en een hogere viscositeit van de reactieoplossing ge-bruikt worden, welke slechts zijn beperkt door voorwaarden als gevolg van de hanteerbaarheid van de reagentia. Een veel hogere temperatuur voor de reactieoplossing kan ook gebruikt 10 worden omdat het niet-geschuimde materiaal niet zal inzakken. Verder zal geeri oppervlakteactieve stof nodig zijn omdat er geen probleem met betrekking tot de celstabiliteit bestaat.

Afgezien van deze overwegingen is het doel bij het bereiden van een niet-geschuimd keramiek te vergelijken met 15 dat van de bereiding van een geschuimd materiaal, waarbij het belangrijkste verschil het feit is, dat bij niet-geschuimde materialen het noodzakelijk is de verdampingstrap uit te stel-len totdat de massa star geworden is, waardoor expansie van het fosfaatmateriaal verhinderd wordt. Dit wordt eenvoudig 20 bereikt door een grotere hoeveelheid van het metaaloxide in de voorreactie te gebruiken. Er moet echter voor worden gezorgd, dat verzekerd wordt- dat het water uit het niet-geschuimde materiaal kan ontsnappen. Wanneer de interne druk van de struc-tuur te. hoog wordt vanwege waterdruk, kan het starre keramiek 25 barsten. Daarom verdient het bij de bereiding van niet-geschuimde fosfaatkeramieken dikwijls de voorkeur poreuze vul-middelen op te nemen welke kunnen zorgen voor doorgangen waardoor de waterdamp kan ontsnappen. Voorbeelden van dergelijke geschikte vulmiddelen zijn vermiculiet en perliet.

30 Verrassenderwijze werd tevens ontdekt dat bevredigen- de geschuimde producten verkregen kunnen worden door de tech-nieken volgens de onderhavige uitvinding te combineren met reeds bekende schuimmiddelen. In de stand der techniek wordt verwezen naar de toepassing van kooldioxide of kooldioxide 35 producerende materialen en waterstof of waterstof producerende materialen, alsmede andere organische of anorganische gas producerende materialen bij de bereiding van fosfaatproducten. Dergelijke middelen kunnen ook met voordeel gebruikt worden bij de bereiding van de starre, waterbestendige fosfaatkera-40 mieken volgens de onderhavige uitvinding.

8202362 < 4 - 13 - * *

Hoewel vrijwel elk bekend schuimmiddel gebruikt kan worden, worden bij wijze van voorbeeld de resultaten verkregen bij het gebruik van verschillende carbonaten weergegeven. Car-bonaten zoals MgCOg, CaCO^, ZnCO^, Li2COg en dergelijke, of 5 mengsels daarvan, welke relatief onoplosbare fosfaten opleve-ren, verdienen de voorkeur; MgCO^ is echter in het bijzonder te prefereren omdat het bij uitstek een schuim oplevert met een relatief gelijkmatige celgrootte en een in het algemeen geschikte dichtheid. Andere carbonaten, zoals Na2C(>2 en KjCO^ 10 zullen relatief oplosbare fosfaatzouten leveren, maar kunnen ook worden gebruikt wanneer het uitlogen van het fosfaat uit het verkregen fosfaatkeramiek, wanneer dit wordt blootgesteld aan water, niet schadelijk zal zijn.

Bij het gebruik van droge schuimmiddelen is het dik-15 wijls gewenst deze te mengen met de andere droge be'standdelen omvattende het calciumsilicaat en een gedeelte van het metaal-oxide; deze schuimmiddelen kunnen echter ook gescheiden worden toegevoegd. Omdat de in aanwezigheid van dergelijke middelen verkregen schuiming niet veroorzaakt wordt door waterverdam-20 ping, is het ongewenst de exotherme reactie te laten optreden voorafgaande aan de harding. Daarom is het dikwijls noodzake-lijk een groter gedeelte van het metaaloxide in de voorreactie met de fosforzuuroplossing te gebruiken. Dikwijls leidt dit tot een ongewenste toename van de viscositeit van de zuurop-25 lossing. Dienovereenkomstig kan het bij gebruik van een toegevoegd schuimmiddel noodzakelijk zijn de zuuroplossing enigs-zins te verdunnen teneinde de viscositeit te regelen. Er moet daarbij echter voor worden gezorgd, dat het gebruik van over-maat water wordt vermeden omdat de combinatie van het gebruik 30 van extra water en de voorreactie van meer van het metaaloxide de neiging heeft de temperatuur van de exotherme reactie te verlagen, waardoor de kans van het verkrijgen van een fosfaatkeramiek met onbevredigende kwaliteit toeneemt.

Als bijkomende overweging kan de temperatuur van de 35 reactieoplossing op het moment van het vermengen met de droge bestanddelen dikwijls hoger’ zijn wanneer het schuimen wordt bereikt door toepassing van droge schuimmiddelen in plaats van het gebruik van waterverdamping, omdat de harding zal optreden voor het optreden van de exotherme reactie. Zo is het bij ge- 8202362 - i4 - bruik van droge schuimmiddelen dikwijls gewenst, dat de reactieoplossing een temperatuur heeft in het gebied van ca. 10-15°C in plaats van de eerder vermelde 3-7°C in samenhang met de door waterverdamping veroorzaakte schuiming.

5 Het is natuurlijk ook mogelijk een vloeibaar schuim- middel te gebruiken, zoals een gefluoreerde koolwaterstof met een kookpunt lager dan de temperatuur waarbij de harding van het schuim optreedt. Voorbeelden van dergelijke koolwaterstof-fen zijn Freon-11 of Freon-113 welke verkocht worden door 10 duPont. Koolwaterstoffen van dit type kunnen toegevoegd worden aan en vermengd worden met de zuuroplossing, of deze kunnen gescheiden worden toegevoegd op het moment van het vermen-gen met de vaste bestanddelen. Niet-gefluoreerde koolwaterstof-fen met een geschikt kookpunt kunnen ook worden gebruikt, maar 15 deze zijn minder gewenst vanwege het ermee gepaard gaande risico van brand.

De manier van toevoeging van deze schuimmiddelen in hetzij droge of natte vorm, kan een kwestie van keuze van de vakman zijn of kan afhangen van allerlei factoren zoals de 20 aard van het gewenste product en/of de aard van de gebruikte uitrusting. Onder bepaalde omstandigheden kan de te gebruiken methode bepaald worden door de aard van het schuimmiddel. De carbonaten reageren bijvoorbeeld chemisch met de zuuroplossing; deze kunnen dus niet toegevoegd worden aan de zuuroplossing op 25 een te vroeg moment in de reactievolgorde. Daarentegen veroor-zaken de gefluoreerde koolwaterstoffen schuiming door overgang van een vloeibare in een gasvormige toestand; deze kunnen dus in contact worden gehouden met de zuuroplossing wanneer d'e temperatuur van het mengsel voldoende laag blijft. In het 30 laatste geval echter moet worden beseft dat de gefluoreerde koolwaterstoffen een twee-fasesysteem met de zuuroplossing vormen. Daarom moet ervoor worden gezorgd dat wordt verzekerd dat het twee-fasesysteem gelijkmatig wordt gemengd voordat de vaste bestanddelen worden bijgemengd.

35 Omdat in de stand der techniek allerlei materialen worden beschreven die op verschillende wijzen kunnen worden gebruikt voor het verkrijgen van de fosfaatkeramieken volgens de onderhavige uitvinding, wordt de uitdrukking "schuimmidde-len", zoals hier gebruikt, bedoeld al dergelijke materialen te 40 omvatten, onder voorwaarde dat deze leiden tot fosfaatkera- 8202362 ♦ - 15 - mieken met de bovenstaand uiteengezette eigenschappen.

De volgende voorbeelden, waarin alle delen als ge-wichtsdelen zijn vermeld, dienen ter toelichting van de voor-delen van de onderhavige uitvinding.

5 . VOORBEELDEN

Voorbeeld 1

Een fosfaatschuim werd bereid uit de volgende be-standdelen:

Delen per 10 Bestanddeel Gewicht (g) 100 delen CaSiOg A1203.3H20 14,42 36,04 85% H3P04 41,58 104,0 (61,6% P2°tj)

CaSiOg 40,0 100 15 Oppervlakteactieve stof 0,04 0,1

Indien deze verhoudingen omgerekend worden door het metaaloxide op een watervrije basis mee te nemen en het hy-dratatiewater als deel van de zuuroplossing mee te tellen, 20 wordt het volgende beeld verkregen:

Delen per

Bestanddeel 100 delen CaSiOg

AlgOg 23,56 75,9% HgP04 116,5 25 (55% P205)

CaSiOg 100

Oppervlakteactieve stof 0,1

De reactieoplossing werd bereid door 1,04 delen Al20g.3H20 toe te voegen aan 104 delen fosforzuur en het 30 mengsel onder matige beroering gedurende 15 min te roeren tot-dat een heldere oplossing was verkregen. De oppervlakteactieve stof (0,1 deel) werd toegevoegd aan de reactieoplossing welke daarop gekoeld werd tot 4°C. De overige droge bestanddelen (100 delen calciumsilicaat en 35 delen aluminiumoxidetrihy-35 draat) werden samen gemengd en gebracht in een continue Readco-processor. De reactieoplossing werd ook in de Readco-meng- 8202362 - 16 - inrichting gebracht via een andere invoeropening. De bestand- delen werden evenredig erin vermengd, gestort op een lopende band welke bedekt was met een bekledingsmateriaal en afge- vlakt. Schuimen begon op te treden in ca. 1,5 min en de ma- 5 teriaalmassa werd star in ca. 2 min. Een continu blok ge- schuimd materiaal met een dikte van 25 mm en een breedte van 125 mm werd op deze manier verkregen. Het geschuimde materiaal 3 had een fijne celstructuur en een dichtheid van 288 kg/cm .

De druksterkte van dit materiaal was volgens ASTM D1621 10 4,2 kg/cm . De breukmodulus was volgens ASTM C209 4,9 kg/cm . Geen aanwijzingen van het optreden van barsten werden waarge-nomen wanneer blokjes van 20 g van het product hetzij geduren-de een half uur in kokend water werden geplaatst en daarna ge-droogd, hetzij met 50 g water bij kamertemperatuur werden be-15 nat en vervolgens gedroogd.

Voorbeeld 2

Een •fosfaatschuim werd bereid uit dezelfde bestand- delen als gebruikt in voorbeeld 1. De reactieoplossing werd bereid door 1,04 delen AljOg.S^O toe te voegen aan 104 delen 20 fosforzuur en het mengsel onder matige beroering te roeren ge- durende 15 min totdat een heldere oplossing was verkregen. De oppervlakteactieve stof (0,1 deel) werd vervolgens toegevoegd aan de reactieoplossing. De overige droge bestanddelen (100 delen calciumsilicaat en 35 delen aluminiumoxidetrihydraat) 25 werden samen gemengd en gebracht in een continue Readco-pro- cessor. De reactieoplossing met een temperatuur van 22°C werd ook via een andere toevoeropening gebracht in de Readco-mixer.

De bestanddelen werden evenredig gemengd daarin, gestort op een lopende band die bedekt was met een bekledingsmateriaal 30 en afgevlakt. Het schuimen begon op te treden in ca. 42 s en de materiaalmassa werd in ca. 50 s star. Een continu blok ge- schuimd materiaal met een dikte van 25 mm en een breedte van 125 mm werd op deze manier verkregen. Het geschuimde materiaal had een ruwe, onregelmatige celstructuur en een dichtheid van

35 272 kg/m . De druksterkte van dit materiaal was volgens ASTM

D1621 3,5 kg/cm^. De drukmodulus was volgens ASTM C209 3,5 kg/ 2 cm . Geen aanwijzingen voor barstvorming werden waargenomen wanneer blokjes van 20 g van het product hetzij gedurende een 8202362 ♦ ' - 17 - half uur in kokend water werden geplaatst en gedroogd, hetzij met 50 g water bij kamertemperatuur werden benat en vervolgens gedroogd.

Voorbeeld 3 5 Een fosfaatschuim werd bereid uit de volgende be- standdelen:

Delen per

Bestanddeel Gewicht (g) 100 delen CaSiO^

Al203.3H20 , 11,44 30,1 10 MgO (gecalcineerd) 3,0 7,9 80% H3P04 43,56 114,63 (58,0% P2°5)

CaSi03 38 100

Oppervlakteactieve 15 stof 0,3 0,79 12 mm lang polyester vezel 0,2 0,53

Indien deze verhoudingen werden omgerekend door het metaaloxide op een watervrije basis mee te nemen en het hy-20 dratatiewater als deel van de zuuroplossing op te nemen, werd het volgende beeld verkregen:

Delen per

Bestanddeel 100 delen CaSi03 A1203 19,7 25 MgO (gecalcineerd) 7,9 73,3% H3P04 125,05 (53,2% P205)

CaSi03 100

Oppervlakteactieve stof 0,79 30 12 mm polyestervezel 0,53

De reactieoplossing werd bereid door 1,15 delen Al203.3H20 toe te voegen aan 114,63 delen fosforzuur en het mengsel onder matige beroering gedurende ongeveer 15 min te roeren totdat een heldere oplossing was verkregen. De opper-35 vlakteactieve stof (0,79 deel) werd toegevoegd aan de reactieoplossing die daarop werd gekoeld tot 4°C. De overige droge 8202362

1 V

♦ v - 18 - bestanddelen (100 delen calciumsilicaat, 28,95 delen alumi-niumoxidetrihydraat, 7,9 delen magnesiumoxide en 0,53 delen polyestervezel) werden samen gemengd en in een continue Readco-processor gebracht. De reactieoplossing werd ook via een an-5 dere toevoeropening gebracht in de Readco-menginrichting. De bestanddelen werden evenredig erin vermengd, gestort op een lopende band die was bedekt met een bekledingsmateriaal en gelijk gemaakt. Het schuimen begon in ca. 57 s en de materiaal-massa werd in ca. 1 min 51 s star. Een continu blok geschuimd 10 materiaal met een dikte van 25 mm en een breedte van 125 mm werd op deze manier verkregen. Het geschuimde materiaal had 3 een fijne celstructuur en een dichtheid van 304 kg/m . De 2 druksterkte van dit materiaal volgens ASTM D1621 was 7 kg/cm .

2

De breukmodulus volgens ASTM C209 was 5,6 kg/cm . Geen aan- 15 wijzingen van barstvorming werden waargenomen wanneer blokjes • van 20 g van het product hetzij gedurende een half uur in kokend water werden geplaatst en vervolgens gedroogd, hetzij met 50 g bij kamertemperatuur werden benat en daarna gedroogd.

Voorbeeld 4 20 Een fosfaatschuim werd bereid uit de volgende be standdelen:

Delen per

Bestanddeel Gewicht (g) 100 delen CaSiOg

Al203.3H20 16,0 40,0 25 85% HgP04 40,0 100,0 (61,6% P205)

CaSiOg 40,0 100,0

Oppervlakteactieve stof 0,04 0,1

Wanneer deze verhoudingen werden omgerekend door het 30 metaaloxide op een watervrije basis te nemen en het hydrata-tiewater als deel van de zuuroplossing te rekenen, werd het volgende beeld verkregen: 8202362 I \ ’ - 19 - ’ ' Delen per

Bestanddeel 100 delen. CaSi03 A1203 26,15 74,7% H3P04 113,85 5 (54,1% P205)

CaSi03 100

Oppervlakteactieve stof 0,1

De reactieoplossing werd bereid door 5 delen 10 Al203.3H20 toe te voegen aan 100 delen fosforzuur en het meng-*sel onder matige beroering gedurende ca. 15 min te roeren totdat een heldere oplossing werd verkregen. De oppervlakteactieve stof (0,1 deel) werd toegevoegd aan de reactieoplossing, die daarop werd gekoeld tot 4°C. De overige droge be-' 15 standdelen (100 delen calciumsilicaat en 35 delen aluminium- oxidetrihydraat) werden samen*gemengd en in een continue Readco-processor gebracht. De reactieoplossing werd ook via een andere toevoeropening in de Readco-menginrichting gebracht. De bestanddelen werden evenredig erin vermengd, ge-.

20 stort op een lopende band die was bedekt met een bekledings-materiaal en afgevlakt. Het schuimen begon in ca. 1 min 45 s en de materiaalmassa werd in ca. 2 min 5 s star. Een continu blok schuimmateriaal met een dikte van 25 mm en een breedte van 125 mm werd op deze manier verkregen. Het schuimmateriaal 25 had een fijne celstructuur en een dichtheid van 464 kg/cm .

De druksterkte van dit materiaal volgens ASTM D1621 was 8,4 kg/ 2 2 cm . De breukmodulus volgens ASTM C209 was 8,4 kg/cm . Geen aanwijzingen voor barstvorming werden waargenomen wanneer blokjes van 20 g van het product hetzij gedurende een half 30 uur in kokend water werden geplaatst, hetzij met 50 g water bij kamertemperatuur werden benat en vervolgens gedroogd.

Voorbeeld 5

Een niet-geschuimd fosfaatkeramiek werd bereid uit de volgende bestanddelen; 35 8202362 * ' - 20 -

Delen per

Bestanddeel Gewicht (g) 100 delen CSi03

Al203.3H20 18,4 40,89 85% H3P04 39,6 88,0 5 (61,6% P205)

CaSi03 45,0 100

Wanneer deze verhoudingen werden omgerekend door het metaaloxide op een watervrije basis mee te nemen en het hy-dratatiewater als deel van de zuuroplossing te tellen, werd 10 het volgende beeld verkregen:

Delen per

Bestanddeel 100 delen CaSiC>3 A1203 26,73 73,2% H3P04 102,16 15 (53,1% P205)

CaSiC>3 100

De reactieoplossing werd bereid door 9,78 delen Α1203·3Η20 toe te voegen aan 88 delen fosforzuur en het meng-sel onder matige beroering gedurende ca. 15 min te roeren tot-20 dat een heldere oplossing werd verkregen. De overige droge bestanddelen (100 delen calciumsilicaat en 31,1 delen alumi-niumoxidetrihydraat) werden samen gemengd en in een continue Readco-processor gebracht. De reactieoplossing bij kamertem-peratuur werd ook via een andere toevoeropening in de Readco-25 menginrichting gebracht. De bestanddelen werden evenredig erin vermengd, gestort op een lopende band die bedekt was met een bekledingsmateriaal en afgevlakt. Geen schuiming trad op en het mengsel hardde tot een vaste massa in 2 min 10 s. Het harde, keramiekachtige materiaal had een dichtheid van 30 960 kg/m3.

Voorbeeld 6

Een fosfaatkeramiek werd bereid uit de volgende bestanddelen ; ; 8202362 - 21 -

Delen per

Bestanddelen Gewicht (g) 100 delen CaSiO^ A1203.3H20 17,44 38,76 72% H3P04 40,56 90,13 5 (52,18% P205)

CaSi03 45 100

Vermiculiet 4 8,89

Wanneer deze verhoudingen worden omgerekend door het metaaloxide op een watervrije basis mee te nemen en het hydra-10 tatiewater als deel van de zuuroplossing te tellen, werd het volgende beeld verkregen:

Delen per

Bestanddeel 100 delen CaSi03 A1203 25,34 15 63% H3P04 103,55 (45,4% P205)

CaSi03 100

Vermiculiet 8,89

De reactieoplossing werd bereid door 7,65 delen 20 A1203.3H20 toe te voegen aan 90,13 delen fosforzuur en het mengsel onder matige beroering gedurende 15 min te roeren tot-dat een heldere oplossing werd verkregen. De overige droge bestanddelen (100 delen calciumsilicaat, 31,11 delen aluminium-oxidetrihydraat en 8,89 delen vermiculiet) werden samen ge-25 mengd en in een continue Readco-processor gebracht. De reactieoplossing bij kamertemperatuur (22°C) werd ook via een andere toevoeropening in de Readco-menginrichting gebracht. De bestanddelen werden evenredig erin vermengd, gestort op een lopende band bedekt met een bekledingsmateriaal en afgevlakt.

30 Geen schuiming trad op en het mengsel hardde tot een vaste massa in 2 min 30 s. Het harde, keramiekachtige materiaal had een dichtheid van 944 kg/m .

Voorbeeld 7

Dit voorbeeld licht het gebruik van een bekend droog schuimmiddelin combinatie met de onderhavige uitvinding toe 35 voor de bereiding van een keramisch fosfaatmateriaal. Een fos- 8202362 - 22 - faatschuim werd bereid uit de volgende bestanddelen:

Delen per

Bestanddelen Gewicht (g) 100 delen CaSiOg A1203.3H20 8,97 17,94 5 68% H3P04 (49,3% P205) 56,03 112,06

CaSi03 50,00 100,0

MgC03 2,0 4,0

MgO (gecalcineerd) 7,0 14,0 10 Talkvulmiddel 10,0 20,0

Wanneer deze verhondingen werden omgerekend door het metaaloxide op een watervrije basis mee te nemen en het hydra-tatiewater als deel van de zuuroplossing te rekenen, werd het volgende beeld verkregen: - 15 Delen per

Bestanddeel 100 delen CaSiOg A1203 11,72 64,4% H3P04 (46,7% PgOg) 118,27 20 CaSiOg 100

MgCOg 4,0

MgO (gecalcineerd) 14,0

Talkvulmiddel 20,0

De reactieoplossing werd bereid bij kamertemperatuur 25 door 17,94 delen Al20g.3H20 toetevoegen onder roeren aan 112,06 delen fosforzuuroplossing. De verkregen heldere oplos-sing werd gekoeld tot 13°C. De overige droge bestanddelen (100 delen calciumsilicaat, 4,0 delen magnesiumcarbonaat, 14,0 delen magnesiumoxide en 20,0 delen vulmiddel) werden 30 samen gemengd en in een continue Readco-processor gebracht. De reactieoplossing met een temperatuur van 13°C werd tevens via een andere toevoeropening gebracht in de Readco-menginrichting. De bestanddelen werden erin evenredig vermengd, en vervolgens uitgestort op een lopende band die was bedekt met een bekle-35 dingsmateriaal. Vanwege de aanwezigheid van het zuur in het mengsel trad het schuimen op zodra het materiaal de mengin-richting had verlaten. Het opschuimende materiaal werd gelijk- 8202362 « s; - 23 - gemaakt en het werd in ca. 1 min 30 s vast, waarna nog een exotheme reactie gedurende 30 s optrad hetgeen bleek uit het vrijkomen van stoom. Het starre geschuimde materiaal had een fijne celstructuur en een dichtheid van 192 kg/m . De druk- 2 5 sterkte van dit materiaal volgens ASTM D1621 was 6,3 kg/cm 2 en de drukmodulus volgens ASTM C209 was 2,8 kg/cm . Dit materiaal dreef op water, hetgeen aangeeft dat het water niet zo-raaar de schuimmatrix kon binnendringen.

Voorbeeld 8 10 Dit voorbeeld illustreert het gebruik van een bekend vloeibaar schuimmiddel voor de bereiding van het fosfaatkera-miek volgens de onderhavige uitvinding. Een fosfaatkeramiek werd bereid uit de volgende bestanddelen:

Delen per 15 Bestanddeel Gewicht (g) 100 delen GaSiOg.

A1203 9,0 18,0 80,2% H3P04 (58,2% P205) 53,0 106,0

CaSiO3 50,0 100,0 20 Freon-11® 4,0 ' 8,0

MgO (gecalcineerd) 5,0 10,0

Talkvulmiddel 10,0 20,0

Wanneer deze verhoudingen werden omgerekend door het metaaloxide op een watervrije basis mee te nemen en het hydra-25 tatiewater als deel van de zuuroplossing te nemen, werd het volgende beeld verkregen:

Delen per

Bestanddeel 100 delen CaSi03 A1203 11,8 30 75,8% H3P04 112,2 (55% P205)

CaSi03 . 100,0

Freon-11® 8,0

MgO (gecalcineerd) 10,0 35 Talkvulmiddel 20,0

De reactieoplossing werd bereid bij kamertemperatuur 8202362 « ' - 24 - door 10 delen A^Og.S^O onder roeren te mengen met 106,0 delen fosforzuuroplossing, waarna de reactie werd gekoeld tot 13°C. De overige droge bestanddelen (100 delen calciumsili-caat, 8,0 delen aluminiumoxidetrihydraat, 10,0 delen magne-5 siumoxide en 20,0 delen vulmiddel) werden samen gemengd en in een continue Readco-processor gebracht. De bestanddelen werden evenredig vermengd, waarbij het Freon-11 via een aparte directe menginrichting werd toegevoegd teneinde een goede dispersie te verkrijgen. Het gemengde materiaal werd 10 uit de menginrichting gehaald en schuiming trad langzaam op over een periode van 3 min. Vastworden trad op in 4 min, en de exotherme reactie trad op in 4,5 min. Het verkregen schuim met grove celstructuur had een dichtheid van 304 kg/m .

* i 8202362

Claims

1. Werkwijze voor de bereiding van star, waterbestendig keramisch fosfaatmateriaal, met het kenmerk, dat een metaaloxide wordt bereid bevattende 11-65 gew.-delen, berekend op watervrije basis, van tenminste een metaal-5 oxide uit de groep bestaande uit A1203, MgO, CaO, ZnO en de hydraten ervan, dat een reactieoplossing wordt bereid bevattende een gedeelte van het metaaloxide en 80-190 gew.delen van een fos-forzuuroplossing met het equivalent op basis van het gewicht 10 van de zuuroplossing van 35-75 gew.% fosforpentoxide, waarbij het hydratatiewater van het metaaloxide inbegrepen is bij de berekening van het fosforpentoxidegehalte, dat een mengsel wordt bereid bevattende het restant van het metaaloxide en 100 gew.delen calciumsilicaat, 15 dat de temperatuur van de reactieoplossing op een ge- wenste waarde wordt gesteld, dat evenredig het mengsel met de reactieoplossing wordt vermengd, en dat het verkregen gemengde materiaal in een gewenste 20 vormgeving wordt gebracht en de componenten ervan worden toe-gestaan te reageren, waarbij de hoeveelheid metaaloxide die gebruikt wordt voor de bereiding van de reactieoplossing, en de temperatuur van de reactieoplossing zodanig worden gekozen dat bij benadering vooraf het tijdstip wordt bepaald waarop 25 het gemengde materiaal star wordt ten opzichte van het tijdstip waarop verdamping van het water optreedt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 13-26 delen metaaloxide, 100 delen calciumsilicaat en 90-150 delen fosforzuuroplossing met het equivalent 30 van 40-70 % fosforpentoxide, worden gebruikt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 15-22 delen metaaloxide, 100 delen calciumsilicaat en 100-130 delen fosforzuuroplossing met het equivalent van 45-65% fosforpentoxide, worden gebruikt.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de temperatuur van de reactieoplossing 2-27°C bedraagt.

5. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de temperatuur van de reactieoplossing 8202362 - 26 - 3-7°C bedraagt.

6. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met h e t k e n m e r k, dat de temperatuur van de reactieoplossing 4,5°C bedraagt.

7. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met h e t k e n m e r k, dat de deeltjesgrootte van het metaaloxide niet groter is dan 0,043 mm (325 mesh Tyler Standaard) en de deeltjesgrootte van het calciumsilicaat niet groter is dan 0,074 mm (200 mesh Tyler Standaard).

8. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het k e n m e r k, dat het metaaloxide aluminiumoxidetrihydraat is.

9. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het metaaloxide magnesiumoxide is. ' 15 10. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het metaaloxide een mengsel van aluminiumoxidetrihydraat en magnesiumoxide bevat.

11. Waterbestendig keramisch fosfaatproduct verkregen onder toepassing van de werkwijze volgens een der conclusies 20 1-10.

12. Product volgens conclusie 11, met het ken merk, dat het product een schuimstructuur heeft.

13. Product volgens conclusie 11, met het ken merk, dat het product een niet-geschuimde structuur heeft.

14. Product volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het product een vulmiddel omvat.

15. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de reactieoplossing een oppervlakteactief middel bevat. 30 16. , Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het mengsel vezelachtig versterkingsmate-riaal bevat.

17. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het vermengde materiaal een schuimmiddel 35 bevat.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, met het ken merk, dat het schuimmiddel een carbonaat is uit de groep van MgCOg, CaCOg, ZnCOg en Li2COg.

19. Werkwijze volgens conclusie 17, met het ken- 8202362 - 27 - m e r k, dat het schuimmiddel een gefluoreerde koolwaterstof met een kookpunt lager dan de temperatuur waarbij het ver-mengde materiaal star wordt, is.

20. Werkwijze voor de bereiding van star, waterbestendig 5 keramisch fosfaatmateriaal, met het kenmerk, dat een mengsel wordt bereid bevattende 11-6.5 gew.delen berekend op watervrije basis van tenminste £§n metaaloxide uit de groep bestaande uit A^Og, MgO, CaO, ZnO en de hydra-ten ervan, en 100 gew.delen calciumsilicaat, 10 een reactieoplossing wordt bereid bevattende 80-190 gew.delen van een fosforzuuroplossing met het equivalent op basis van het gewicht van de zuuroplossing van 35-75 gew.% fosforpentoxide, waarbij het hydratatiewater van het metaaloxide inbegrepen is bij de berekening van het fosforpentoxide-15 gehalte, dat de temperatuur van de reactieoplossing op een ge-wenste waarde wordt gesteld, dat het mengsel evenredig met de reactieoplossing wordt vermengd, en dat 20 het verkregen gemengde materiaal in een gewenste vormgeving wordt gebracht en de verbindingen ervan wordt toe-gestaan te interageren, waarbij de temperatuur van de reactieoplossing zo-danig wordt gekozen dat bij benadering vooraf het tijdstip 25 wordt bepaald waarop het gemengde materiaal star wordt ten opzichte van het tijdstip waarop verdamping van het water op-treedt.

21. Werkwijze volgens conclusie 20, met het ken- . m e r k, dat 13-26 gew.delen metaaloxide, 100 gew.delen cal- 30 ciumsilicaat, en 90-150 gew.delen fosforzuuroplossing met het equivalent van 40-70% fosforpentoxide worden gebruikt.

22. Werkwijze volgens conclusie 20, met het ken merk, dat 15-22 delen metaaloxide, 100 delen calciumsilicaat, en 100-130 delen fosforzuuroplossing met het equivalent 35 van 45-65% fosforpentoxide worden gebruikt.

23. Werkwijze volgens conclusies 20-22, met het kenmerk, dat de temperatuur van de reactieoplossing 2-26°C bedraagt.

24. Werkwijze volgens conclusies 20-22, met het 40 kenmerk, dat de temperatuur van de reactieoplossing 3-7°C 8202362 - 28 -4 bedraagt.

25. Werkwijze volgens conclusies 20-22, met h e t k e n m e r k, dat de temperatuur van de reactieoplossing 4,5°C bedraagt.

26. Werkwijze volgens conclusies 20-22, met h e t kenmerk, dat de deeltjesgrootte van het metaaloxide niet groter is dan 0,043 mm (325 mesh Tyler Standard) en de deeltjesgrootte van het calciumsilicaat niet groter is dan 0,074 mm (200 mesh Tyler Standard).

27. Werkwijze volgens conclusies 20-22, met het kenmerk, dat het metaaloxide aluminiumoxidetrihydraat is.

28. Werkwijze volgens conclusies 20-22, met het kenmerk, dat het metaaloxide magnesiumoxide is.

29. Werkwijze volgens conclusies 20-22, met het kenmerk, dat het metaaloxide een mengsel van aluminiumoxidetrihydraat en magnesiumoxide bevat.

30. Waterbestendig keramisch fosfaatproduct verkregen onder toepassing van de werkwijze volgens een der conclusies 20 20-29. -31. Product volgens conclusie 30, met het ken merk, dat het product een schuimstructuur heeft.

32. Product volgens conclusie 30, met het kenmerk, dat het product een niet-geschuimde structuur heeft.

33. Product volgens conclusie 32, .met het ken merk, dat het product een vulmiddel omvat.

34. Werkwijze volgens conclusies 20-29, met het kenmerk, dat de reactieoplossing een oppervlakactieve stof bevat.

35. Werkwijze volgens conclusies 20-29, met het kenmerk, dat het mengsel een vezelachtig versterkings-materiaal bevat.

36. Werkwijze volgens conclusies 20-29, met het kenmerk, dat het gemengde materiaal een schuimmiddel 35 bevat.

37. Werkwijze volgens conclusie 36,m et het ken merk, dat het schuimmiddel een carbonaat uit de groep van MgC03, CaC03, ZnC03 en Li2C03 is.

38. Werkwijze volgens conclusie 36, met het ken- 8202362 * - 29 - λ m e r k, dat het schuimmiddel een -gefluoreerde koolwaterstof met een kookpunt lager dan de temperatuur waarbij het gemengde materiaal star wordt, is.

39. Werkwijze voor de bereiding van star, waterbestendig 5keramisch fosfaatmateriaal, met het kenmerk, dat een metaaloxide wordt bereid bevattende 11-65 gew.-delen berekend op watervrije basis van tenminste een metaaloxide uit de groep bestaande uit A^O^, MgO, CaO, ZnO en de hydraten ervan, 10 een reactieoplossing wordt bereid bevattende een ge- deelte van het metaaloxide en 80-190 gew.delen van een fosfor-zu'uroplossing met het equivalent op basis van het gewicht van de zuuroplossing van 35-75 gew.% fosforpentoxide, waarbij het hydratatiewater van het metaaloxide inbegrepen is bij de be-15 rekening van het fosforpentoxidegehalte, dat een mengsel wordt bereid bevattende het restant van het metaaloxide en 100 gew.delen calciumsilicaat, dat het mengsel evenredig wordt vermengd met de reactieoplossing, en 20 dat het verkregen gemengde materiaal in een gewenste vormgeving wordt gebracht en de bestanddelen ervan wordt toe-gestaan te interageren, waarbij de hoeveelheid metaaloxide, die gebruikt wordt voor de bereiding van de reactieoplossing, zodanig 25 wordt gekozen dat bij benadering vooraf het tijdstip wordt be-paald waarop het vermengde materiaal star wordt ten opzichte van het tijdstip waarop verdamping van het water optreedt.

40. Werkwijze volgens conclusie 39, met het kenmerk, dat 13-26 delen metaaloxide, 100 delen calciumsili- 30 caat, en 90-150 delen fosforzuuroplossing met het equivalent van 45-70% fosforpentoxide, worden gebruikt.

41. Werkwijze volgens conclusie 39, met het kenmerk, dat 15-22 delen metaaloxide, 100 delen calciumsilicaat, en 100-130 delen fosforzuuroplossing met het equivalent 35 van 45-65% fosforpentoxide, worden gebruikt.

42. Werkwijze volgens conclusies 39-41, met het kenmerk, dat de deeltjesgrootte van het metaaloxide niet groter is dan 0,043 mm (325 mesh Tyler Standard) en de deel-tjesgrootte van het calciumsilicaat niet groter is dan 0,074 mm 40 (200 mesh Tyler Standard). 8202362 • c- 4 -30' -

43. Werkwijze. volgens conclusies 39-41, met h e t k e n m e r k, dat het metaaloxide aluminiumoxidetrihydraat is.

44. Werkwijze volgens conclusies 39-41, met het Skenmerk, dat het metaaloxide magnesiumoxide is.

45. Werkwijze volgens conclusies 39-41, met het k e n m e r k, dat het metaaloxide een mengsel van aluminiumoxidetrihydraat en magnesiumoxide omvat.

46. Waterbestendig keramisch fosfaatproduct verkregen 10 onder toepassing van de werkwijze volgens een der conclusies 39-45.

47. Product volgens conclusie 46, met het ken- m e r k, dat het een schuimstructuur heeft.

48. Product volgens conclusie 46, met het ken- 15. e r k, dat het.product een ongeschuimde structuur heeft.

49. Product volgens conclusie 48, met het ken- m e r k, dat het product een vulstof omvat.

50. Werkwijze volgens conclusies 39-45, met het k e n m e r k, dat de reactieoplossing een oppervlakteactieve 20 stof bevat.

51. Werkwijze volgens conclusies 39-45, met het k e n m e r k, dat het mengsel vezelachtig verstevigingsmate-riaal omvat.

52. Werkwijze volgens conclusies 39-45, met het 25kenmerk, dat het gemengde materiaal een schuimmiddel omvat.

53. Werkwijze volgens conclusie 52, met het ken- m e r k, dat het schuimmiddel een carbonaat is uit de groep van MgCOg, CaC03, ZnC03 en Li2C03·

54. Werkwijze volgens conclusie 52, methet ken- m e r k, dat het schuimmiddel een gefluoreerde koolwaterstof is met een kookpunt lager dan de temperatuur waarbij het gemengde materiaal star wordt.

55. Samenstelling voor het verschaffen van een star, 35 waterbestendig keramisch fosfaatmateriaal, met het k e n m e r k, dat de samenstelling omvat: 11-65 gew.delen berekend op watervrije basis van ten-minste een metaaloxide uit de groep bestaande uit Al203, MgO, CaO, ZnO en de hydraten ervan; 40 80-190 gew.delen fosforzuuroplossing met het equiva- 8202362 - 31 - lent op basis van het gewicht van de zuuroplossing van 35-75 gew.% fosforpentoxide, waarbij het hydratatiewater van het metaaloxide inbegrepen is bi j de berekening van het fosforpent-oxidegehalte, en 5 100 gew.delen calciumsilicaat.

56. Samenstelling volgens conclusie 55, met het k e n m e r k, dat deze 13-26 delen metaaloxide, 100 delen calciumsilicaat, en 90-150 delen fosforzuuroplossing met het equivalent van 40-70% fosforpentoxide, bevat.

57. Samenstelling volgens conclusie 55, met het k e n m e r k, dat deze 15-22 delen metaaloxide, 100 delen calciumsilicaat, en 100-130 delen fosforzuuroplossing met het equivalent van 45-65% fosforpentoxide, bevat.

58. Samenstelling volgens conclusies 55-57, met 15. e t kenmerk, dat de deeltjesgrootte van het metaaloxide niet groter is dan 0,043 mm (325 mesh Tyler Standard) en de deeltjesgrootte van het calciumsilicaat niet groter is dan 0,074 mm (200 mesh Tyler Standard).

59. Samenstelling volgens conclusies 55-57, met 20 het kenmerk, dat het metaaloxide aluminiumoxidetri-hydraat is.

60. Samenstelling volgens conclusies 55-57, met het kenmerk, dat het metaaloxide magnesiumoxide is.

61. Samenstelling volgens conclusies 55-57, met 25 het kenmerk, dat de samenstelling een mengsel van aluminiumoxidetrihydraat en magnesiumoxide omvat.

62. Samenstelling volgens conclusies 55-57, met het kenmerk, dat de samenstelling een oppervlakte-actieve stof omvat.

63. Samenstelling volgens conclusies 55-57, met het kenmerk, dat deze een vezelachtig versterkings-materiaal omvat.

64. Samenstelling volgens conclusies 55-57, met het kenmerk, dat deze een schuimmiddel omvat.

65. Samenstelling volgens conclusie 64, met het kenmerk, dat het schuimmiddel een carbonaat is uit de groep van MgCO^, CaCO^, ZnCO^ en I^CO-j.

66. Samenstelling volgens conclusie 64, met het kenmerk, dat het schuimmiddel een gefluoreerde kool-40 waterstof is met een kookpunt lager dan de temperatuur waar- 8202362 * · * - 32 - * bij het vermengde materiaal star wordt.

67. Star, waterbestendig keramisch fosfaatmateriaal, verkregen door reactie van (1) 11-65 gew.delen berekend op watervrije basis van 5 tenminste een metaaloxide gekozen uit de groep bestaande uit A1203, MgO, CaO, ZnO en de hydraten ervan; (2) 80-190 gew.delen van een fosforzuuroplossing met het equivalent op basis van het gewicht van de zuuroplossing van 35-75 gew.% fosforpentoxide, waarbij het hydratatiewater 10 van het metaaloxide inbegrepen is bij de berekening van het fosforpentoxidegehalte; en (3) 100 gew.delen calciumsilicaat.

68. Fosfaatmateriaal volgens conclusie 67, met het k e n m e r k, dat 13-26 delen metaaloxide, 100 delen calcium-15 silicaat en 90-150 delen fosforzuuroplossing met het equivalent van 40-70% fosforpentoxide zijn gebruikt.

69. Fosfaatmateriaal volgens conclusie 67, met het k e n m e r k, dat 15-22 delen metaaloxide, 100 delen calciumsilicaat en 100-130 delen fosforzuuroplossing met het equiva- 20 lent van 45-65% fosforpentoxide, zijn gebruikt.

70. Fosfaatmateriaal volgens conclusies 67-69, met het kenmerk, dat het keramische materiaal verkregen is door reactie van een reactieoplossing en een componenten-mengsel, waarbij de reactieoplossing de fosforzuuroplossing 25 en tenminste een gedeelte van het metaaloxide bevat en het componentenmengsel het calciumsilicaat en de rest van het metaaloxide bevat.

71. Fosfaatmateriaal volgens conclusies 67-69, met het kenmerk, dat de hoeveelheid metaaloxide, die is 30 gebruikt voor de bereiding van de reactieoplossing, en de tem-peratuur van de reactieoplossing zodanig gekozen zijn dat bij benadering vooraf het tijdstip wordt bepaald waarop het vermengde materiaal star wordt ten opzichte van het tijdstip waarop verdamping van het water optreedt.

72. Fosfaatmateriaal volgens conclusie 71, met het kenmerk, dat de deeltjesgrootte van het metaaloxide niet groter is dan 0,043 mm (325 mesh Tyler Standard) en de deeltjesgrootte van het calciumsilicaat niet groter is dan 0,074mm (200 mesh Tyler Standard). 8202362 *· - 33 - *·

73. Fosfaatmateriaal volgens conclusie 71, met het k e n m e r k, dat het metaaloxide aluminiumoxidetrihydraat is.

74. Fosfaatmateriaal volgens conclusie 71, met het Skenmerk, dat het metaaloxide magnesiumoxide is.

75. Fosfaatmateriaal volgens conclusie 71, met het k e n m e r k, dat het metaaloxide een mengsel van aluminiumoxidetrihydraat en magnesiumoxide omvat.

76. Fosfaatmateriaal volgens conclusie 71, met het lOkenmerk, dat het keramische materiaal een oppervlakte- actieve stof omvat.

77. Fosfaatmateriaal volgens conclusie 71, met het kenmer k, dat het keramiek een vezelachtig verstevigings-materiaal omvat.

78. Fosfaatmateriaal volgens conclusie 71, met het k e n m e r k, dat het een schuimmiddel omvat.

79. Fosfaatmateriaal volgens conclusie 78, met het. k e n m e r k, dat het schuimmiddel een carbonaat is uit de groep bestaande uit MgCOg, CaCOg, ZnCOg, en Id^COg.

80. Fosfaatmateriaal volgens conclusie 78, met het k e n m e r k, dat het schuimmiddel een gefluoreerde kool-waterstof is met een kookpunt lager dan de temperatuur waarbij het gemengde materiaal star wordt. 25 8202362