WO2006069411A1 - Formmasse bestehend aus mit überzugsmasse überzogenen partikeln und deren verwendung zur herstellung von formkörpern - Google Patents

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Definitions

  • Molding composition consisting of coated with coating particles and their use for the production of moldings
  • the invention relates to the field of molding compositions and molding production based on the binding of particles by coating compositions.
  • Coating compositions such as, for example, cement paste, are used for point-wise cementing, in particular of coarse-grained particles, such as gravel or expanded clay particles, e.g. in porous concrete with maximum retention of void volume between the particles.
  • coarse-grained particles such as gravel or expanded clay particles
  • the aim of the use of these coating compositions is usually to produce cost-effective moldings with low specific weight and better insulation behavior.
  • foam compositions are used and if these are added, for example, to coarse-grained particles, then these compositions have all the negative properties of foam compounds. They are difficult to fill in molds without air pockets and also do not have the strength properties of the framework of mutually supporting, coarse-grained, such as pressure-stable particles, such as those present in porous concrete.
  • foam is allowed to form in a mold, it is necessary to provide an excess of foam in order to guarantee complete filling of the mold. This thus requires either pressure-resistant forms or shapes with foam outlet openings, which often leads to contamination and as a result to necessary cleaning processes.
  • inorganic particles such as gravel, pumice, expanded clay, expanded mica, expanded glass, pearlite, etc.
  • organic particles such as polystyrene particles
  • cement and various other materials such as water glass, glue, etc. and used mainly for screeds and plasters (DE 296 23 459 Ul).
  • AT 407526 B for example, in AT 407526 B a very thin coating of particles with clay mineral-containing earths, such as clay, loam, marl, but also cement, lime, gypsum or the like is proposed in order to achieve the lowest possible densities for good insulating properties of screeds.
  • clay mineral-containing earths such as clay, loam, marl, but also cement, lime, gypsum or the like.
  • DE 197 14729 Al the sheathing of fiber materials is described.
  • Organic binders, such as bitumen, are used as binders for foam granules for underbody masses (EP 0 947 480 B).
  • Coating compositions are also used in the pellet production of inorganic building materials.
  • light particles such as perlite or distended vermiculite, either in a melting process with solid shells (JP 7291685 A) or in the case of the use of glass with a foamed crust (JP 61236643 A) are coated.
  • the use of a mixture of phenolic resin and rock flour as a coating composition is described in JP 56160368 A.
  • the object of the invention is, using a coating composition for organic and inorganic particles, in particular coarse particles, to describe a method for the production of moldings in which particles are combined with foam compositions, wherein
  • the foam mass fills the void volume between the particles either completely or at least partially to an adjustable extent
  • the object of this invention can be met by means of special coating compositions.
  • the filling of the void volume between the particles, in particular coarse particles by foam masses is important not only for the strength of the bonding of the particles, but also for the insulation and fire protection properties.
  • the heat transfer is based on heat conduction through the material framework, on convection through the air in the material scaffold and on radiation.
  • the filling of continuous cavities, in particular between coarse-grained particles with a cured foam mass hinders convection and radiant heat conduction and thus improves the insulation and fire protection properties of the molding.
  • coating compositions have been developed for particles, in particular for coarse-particle particles, which are produced from one or more components and which adhere to the particles in the process of filling the particles coated with the coating composition into a mold, into a cavity or their application to a surface without ripping off even with relatively large layer thicknesses and process-related vibration.
  • This process will hereinafter be referred to as a molding process.
  • the coating composition either begins to foam after this shaping process or is made to foam or it has begun to foam and crosslink at high reactivity already during the mixing process and the molding process. In the latter case, the viscosity of the coating composition already increases during the mixing and shaping process compared to the originally used in the individual components viscosity.
  • the foaming mass thus fills the void volume between the particles.
  • a movement of the particle skeleton by the resulting foam is partly due to the weight of the particles and on the other hand by their mutual tension and support, which can be enhanced, for example, by a vibration process or a pressing process, prevented.
  • Even if the coating composition has already begun to foam before or during the molding process this is compared to the void volume slight still uncured foam volume fraction by the weight of the particles and their mutual tension (the pressure applied to the coating composition, which is between the direct contact surfaces of the Particle is, corresponds) pressed into the void volume between the particles and foams and hardens there further.
  • the amount of the coating composition to be used is calculated firstly from the void volume between the particles, secondly from the desired foam density to be set and thirdly from the fill level of the void volume to be set.
  • a space filling (Vj ⁇ u ge i / V Gesa m t ) of 0.74 results purely geometrically in the unit cell - and thus independent of the particle size - and thus a void volume of 26% by volume. If particle size mixtures or strongly irregular particle shapes or fines are used, the void volume must be determined experimentally.
  • the void volume can be calculated from the weight increase of the sample filled with bauxite flour.
  • Foam density, curing and foaming rates can be adjusted for the selected binder according to the prior art by selecting the amount and type of foaming agent and curing agent and the reaction conditions.
  • the flow behavior of the coating composition is important. It is intended, on the one hand, to ensure as light and uniform a distribution of the mass on the surface of the particles as possible during the mixing process and, on the other hand, to guarantee a stable adhesion of the coating mass to the particle surface during the shaping process of the coated particles.
  • the coating composition is thus adjusted to whether a vibration process takes place and how strong and long it must be carried out and in which layer thickness the coating composition is applied to the particles.
  • the layer thickness results from the amount of the coating composition and the specific surface area of the particles.
  • the amount of Coating mass is calculated from the void volume, the foam density to be set and the fill level of the void volume to be set.
  • the initial viscosity shall already be high enough, with a value of at least 100 mPa.s to 500 mPa.s, or more of 500 mPa.s to 5000 mPa.s , or preferably from 5000 mPa.s to 50 000 mPa.s is favorable.
  • the coating composition has the properties of a non-Newtonian liquid, it is preferable to adjust thixotropic (see Example 1), in particular selecting pseudoplastic compositions which have a high apparent viscosity at rest, which decreases with increasing shear rate and increasing stirring time.
  • the reactivity of the coating composition ie its hardening and foaming behavior, can be adjusted so that it already has high viscosity in the molding process due to the incipient crosslinking of the coating composition and / or an incipient foaming process.
  • Example 2 based on the procedure described in AT 400840 B, in which the composition is additionally thixotropic.
  • Supporting this process is that foams themselves have thixotropic properties, which contributes to the rigidity of the foaming coating composition itself.
  • the necessary rheological behavior, ie the sag resistance of the coating composition is thus determined quite substantially by the layer thickness on the filler.
  • a low viscosity is possible because the coating composition is present in very thin layers and does not sink even with strong shaking, while for coarse-grained particles with smooth closed surfaces (eg gravel) the stability of the coating mass layer is essential.
  • a determination of the flow path can be made in accordance with DIN 16916 Part 2.
  • the use of a Brookfield viscometer in accordance with ASTM D 2196 or an assessment of the flow inclination using a level and professionprüfrakels (Erichsen (Germany)) according to DIN 55677 or ASTM D 4400 are further methods. It is, for example, according to DIN 55677 according to point 7.2 relatively easy to set with the aid of finely ground, inexpensive platelet-shaped fillers in coating thicknesses solid layer thicknesses of 1 000 microns to 1 300 microns and above.
  • the coating compositions can be adjusted by their rheological properties (viscosity and in particular thixotropy) and their reactivity to the corresponding process conditions for a person skilled in the art.
  • both inorganic and organic particles or mixtures thereof preferably with a particle size of 1 mm to 24 mm, to 50 mm or a maximum of 100 mm, in particular the industrially available particle size ranges, such as those between 4 mm and 12 mm, or preferably of 2 mm to 4 mm, 4 mm to 8 mm, 8 mm to 12 mm, 8 mm to 16 mm or 12 mm to 20 mm, or mixtures thereof or any other particle size ranges or selected in these areas Einkornzusammen deren be used.
  • inorganic coarse-grained particles for example, particles with compact surfaces, such as glass beads, corundum hollow spheres, gravel, various rock particles, such as gypsum, etc.
  • foamed or porous particles such as expanded clay, expanded glass, expanded, Perlite, expanded mica, distended vermiculite, volcanic rock particles, tuff, pumice, etc. or high-temperature-resistant particles of, for example, corundum, chamotte, molochite, etc.
  • Organic particles may be, for example, cork particles, wood chips, foam particles, particles from various recycling materials, polystyrene particles, etc., ie consist of substances that contribute to Group of organic polymers belong.
  • organic or inorganic microspheres or nanospheres are suitable, such as, for example, polystyrene, PMMA or aluminum oxide, glass or quartz.
  • Microspheres of diameter 0.2 to 0.6 mm, for example of hafnium oxide and zirconium oxide, can also be used for high-temperature applications, for example.
  • Absorbency, porosity and specific surface area of the particles are essential for the adjustment of the coating composition. For example, if you use materials such as expanded clay, slate, or distended vermiculite so specifically the absorbency of the material (in particular the material moisture) and the specific surface to be considered.
  • the coating compositions which may be predominantly inorganic or predominantly organic in nature, consist of: a) a binder.
  • the binders can be both organic, such as polyesters, polyurethane, acrylates, epoxy resins, bituminous materials, etc., as well as inorganic, such as phosphate-based, such as solutions of predominantly primary phosphates of magnesium, calcium, aluminum, preferably A, aluminum monophosphate, such Water glass base, such as solutions of sodium or potassium silicates of various concentrations, cement-based, such as calcium silicate (Portland cement) or Calziumaluminatbasis, or gypsum-based, Sorrelzementbasis, etc. or chemically possible mixtures thereof.
  • phosphate-based such as solutions of predominantly primary phosphates of magnesium, calcium, aluminum, preferably A, aluminum monophosphate, such Water glass base, such as solutions of sodium or potassium silicates of various concentrations
  • cement-based such as calcium silicate (Portland cement) or Calziumaluminatbasis, or gypsum-based, Sorrelzementbasis, etc. or chemically possible mixtures
  • a hardening substance wherein the curing takes place after the foaming process or simultaneously with this;
  • hardening and foaming substance may be identical.
  • organic binders in question for example, isocyanates, peroxides, epoxides, etc. in question
  • inorganic binders substances are used, such as for aluminum monophosphate soluble polyvalent metal oxides, and their carbonates, for water glass in particular acid-splitting hydrolyzing substances or reactive metal oxides , for cement and gypsum water acts as a hardening substance, in sorrel cement magnesium oxide is hardened by magnesium salts, such as their chloride or sulfate.
  • These may be, for example, ammonium carbonates or alkali metal carbonates, polyvalent metal carbonates, water in the case of polyisocyanates, aluminum powder, organic or inorganic peroxides, sodium perborate, hydrogen peroxide, etc. d) optionally inorganic ground fillers, such as kaolin, chalk, slate, mica, quartz, etc. and / or optionally also fine to coarse-grained hydrates, such as gypsum, gypsum, magnesium sulfate hydrate, Aluminiumumsulfathy-, alums, etc. or organic fillers, such as starch, sugar, etc. included. Preference is given to particles with anisotropic form, ie with platelet or needle-shaped structures.
  • thixotropic suspensions Another advantage of platelet fillers is that they stabilize the wall structure of the foam bubbles.
  • flame retardants such as hydrates of salts, for example sulfates, such as gypsum, Epsom salt, various phosphates, such as MgHP ⁇ 4 .3H 2 ⁇ , MgHPO ⁇ VBbO, or pyrophosphates or hydroxides of aluminum, magnesium, calcium, etc.
  • fillers such as inorganic or organic fibers, for example glass fibers, wood fibers, pulp fibers, plastic fibers, or rod-shaped fillers, such as wollastonite.
  • optionally thixotropic substances such as hydrophilic or hydrophobic colloidal or fumed silica, synthetic polymers having ionic and / or other associating groups, such as homopolymers and copolymers of acrylic acid, their alkali and ammonium salts, smectites, organically modified bentonites, Montmorillonites, carboxymethylcellulose and water-soluble melamine-formaldehyde resins or urea derivative resins, gelatin, hydroxypropylmethylcellulose, ethylene oxides and propylene oxide copolymers, etc., h) optionally various additives, such as wetting agents, flow aids, retarders (retarders for cement, etc) i) and optionally water-binding substances, in particular when using aqueous binders such as calcium sulfate, magnesium sulfate, aluminum sulfate, various phosphates or pyrophosphates of alkali metals, magnesium and calcium which form hydrates (as
  • the process consists essentially of three stages:
  • the coating composition can either be prepared in advance in a separate vessel and be applied as such in a mixer to the particles, or alternatively it is applied to the particles by stepwise application of the individual components to the particle surface. surfaces produced in the mixer.
  • slow or fast-running mixers can be used in continuous or discontinuous mixing processes. In general, it is sufficient if the coating composition covers the surface of the particles almost completely or at least partially. In practice, there are hardly any completely round particles with uniform outer surfaces. Since the coating composition in the mixing process is primarily distributed only on the mutual contact surfaces of the particles, in some cases sub-surfaces of the particles remain uncoated. However, this is irrelevant to the overall process. It is essential that a virtually homogeneous distribution of the coating composition takes place during the foaming and curing process in the molding.
  • the stepwise application of the coating composition is recommended with a high reactivity of the coating composition, wherein only in the last step, shortly before the shaping process, the reactive hardener and foaming component is applied to the particles.
  • the setting and foaming process already begins during the mixing and shaping process, the reactivity of the mixture, ie holding time, rise time, setting time, compression time, being tuned to the overall process, as described, for example, in patent AT 400 840 B is described.
  • This is particularly favorable for the timing of a production process, since it keeps stand times and curing times as short as possible.
  • the overall foaming process must be calculated so that the mechanical breakdown of the foam during the mixing process by the particles proceeds as a precrosslinking process of the coating composition, in which the binder is partially crosslinked to larger molecular units, and by the remaining unreacted hardener / foamer quantity to the desired degree of filling of the void volume between the particles comes. This procedure requires exact adherence to well-defined mixing times (See Example 2).
  • oxides such as cements (tricalcium silicate, calcium aluminates, etc.), CaO, etc.
  • Sulphates such as the sulphates of calcium, aluminum, and the vitriol-forming sulphates of copper, manganese, magnesium, zinc, iron, cobalt and nickel, or double salts of these sulphates with potassium or ammonium sulphate or alum
  • the foaming masses produced on the basis of phosphate are characterized in that the inorganic foam product which is produced by the mixing together of two or more components, of which at least one is liquid and acidic and water, phosphates or phosphoric acid as a binder and at least one second component containing polyvalent cations in an acid-reactive form, characterized in that it contains a water-binding substance in a substantial amount for binding the water contained in the foam mass ,
  • drying rate must be matched to the curing and foaming behavior of the coating composition. Drying may therefore only take place after foaming and hardening.
  • compositions which subsequently contain water of hydration in bound form, are particularly suitable for use in closed molds or composites, such as fire doors or panels with metallic outer layers, since the chemically bound water, unlike the physically bound, in the long term to the fire protection property the hardened mass contributes. It is also advisable to add such hydrates as fillers to the coating compositions and thus to adjust any fire resistance classes via the chemically bound water content.
  • the dosage of the coating composition takes place in such a way that the void volume between the fillers is filled either substantially completely (to a maximum of 100%) in order to avoid possible coating mass leakage (lathering) from the mold or cavity in the course of curing and foaming, or at a lower adjusted percentage such as 10%, 20%, 50%, 75% or 90% of the void volume.
  • a foam amount which is greater than that required for the filling of the entire void volume is also possible.
  • the mold is to be filled with the coated particles and it must be provided for the resulting, the void volume exceeding foam amount, foam outlet openings in the mold or pressure-resistant forms are used. It is thus possible to adapt the properties of the molded article produced in a wide range to the requirements in terms of strength, elasticity, thermal insulation, fire protection, etc. Naturally, the selection of raw materials is essential for the properties of the final product.
  • the molding process of the coating composition coated particles by filling into a mold, into a cavity, or by applying to a surface can be done rapidly within seconds or slowly within minutes.
  • a densification process for example by vibration or by a pressing process, can be used to achieve a uniform dense arrangement of the particles, for example in the cubic closest packing.
  • the coating composition After the forming process of the coated particles, the coating composition is at rest. It can now be brought to a predetermined extent for foaming and either at the same time or shortly thereafter for curing.
  • the foaming and curing process can either take place automatically at room temperature, usually under exothermic conditions or can be started and carried out by heating, for example, with thermal energy with heating devices or with microwave or high-frequency energy.
  • the porous structure of the hardened and foamed mass present here permits accelerated drying in the form of a separate process stage by sucking air through the shaped body, in particular with heating of the shaped body.
  • This method of sucking air is particularly advantageous in closed by outer surfaces moldings, such as fire doors, as this their uniform flow can be achieved. In this case, this is nothing more than a simulation of slowly changing air by a change of temperature (day / night) in a physically bonded moisture-containing fire door from which when heated with water vapor saturated air is transported through the air expansion to the outside and cooling from the outside unsaturated fresh air is sucked in.
  • significant quantities of physically bound water can be transported outwards over the course of years.
  • a filled with the cured and foamed mass mold, a filled cavity or a demolded body which has homogeneous properties even at large dimensions and filling heights and consists of particles and foam masses that at least partially fill the void volume between the particles.
  • the main application areas include the Areas of thermal insulation and sound insulation as insulating material and the areas of fire protection and high-temperature applications.
  • the mass for filling cavities there are a variety of applications of the mass for filling cavities.
  • the coated with coating mass particles can be blown into a cavity, where they are then connected by the foam to a long-term stable vibration insensitive molding. It is advantageous, for example, if the particles in this use are already coated with a part of the coating composition, are transported as such to a construction site and, on the spot, quantity-related subcomponents for curing and foaming are admixed continuously or discontinuously. In analogous form, such compositions can be used, for example, for screeds.
  • moldings in the construction industry may take the form of insulation or fire protection panels and any other molded parts or part of composite elements.
  • Such composite elements can by connecting to other components of mineral materials, such as element in precast chimneys, as insulation in prefabricated house walls and ceiling elements, or in combination with other example thin-walled, such as metallic outer layers, such as in fire doors, panels, door frames, and the like be formed.
  • the moldings remain parts of the composite element.
  • it is to be regarded as a considerable advantage that you can produce from silos and, for example, for fire doors no plate storage and no plate blanks needed.
  • Such materials can be used for example as insulation in household appliances, such as refrigerators, dishwashers or insulation in ovens and heating systems for industry, commerce and household.
  • high-temperature-resistant particles such as corundum hollow spheres
  • high-temperature-resistant binders for example based on aluminum phosphate such materials and moldings for the high temperature range from 600 0 C to 2200 0 C, preferably in the range of 900 0 C to 1450 0 C and from 1450 0 C to 1750 0 C, can be used.
  • Spezialan- Punctures result from the use of organic or inorganic microspheres or nanospheres. They can be bound together by coating compositions to hardened masses with defined cavities, which can be used for example as a filter or carrier material.
  • packaging materials for example on a purely organic basis, can thus be produced inexpensively.
  • the invention thus relates to the particles coated with the coating composition, the method of foaming, curing and shaping, furthermore the cured and foamed composition, for example a shaped body which is obtainable by the curing of the composition according to the invention, and an article or component, in particular composite elements with, for example, metallic outer layers, such as panels, metal doors, fire doors, etc., which contain a filling of the moldings obtainable with the composition according to the invention.
  • Coating composition The cement slurry used as the coating composition was adjusted to a layer thickness of more than 1 300 ⁇ m with highly dispersed silica HDK N 20 (Wacker-Chemie GmbH, Germany) with respect to its drainage tendency according to DIN 55677 according to 7.2.
  • SB3 Heidelberger Zementwerke
  • the foamer used was standard aluminum powder Slurry N30 No. 53199 / G from Eckart GmbH & Co. KG, (Germany).
  • the following coating mass components are added in steps 1 to 3 with mixing times of 10 seconds and a mixing tool speed of 50 rpm.
  • Hardener / foaming mixture consisting of 147 g of magnesium oxide and 100 g Omyacarb 15 (Omya, Germany). The addition of the hardener / foaming ergemisches takes place with a mixing time of 5 seconds and a speed of the mixing tool of 100 rev / min.
  • the coarse-grained expanded clay particles coated with the coating composition are filled into a sheet-metal mold under vibration for 10 seconds.
  • the foamed and cured clay based on expanded clay has a density of 0.61 g / cm 3 .
  • the alternative example with expanded glass particles gave a density of 0.356 g / cm 3 .
  • Particles As particles, expanded clay particles with a bulk density of 320 kg / m 3 and an experimentally determined void volume of 51 volume percent are used. Due to the absorbency of the expanded clay, it is recommended to set a defined material moisture content by adding 10% water by weight. [Alternatively: non-absorbent expanded glass particles with a bulk density of 140 kg / m 3 and an experimentally determined void volume of 45% by volume.]
  • Coating composition This example describes the preparation of a hardened and foamed composition suitable for fire protection and follows the stoichiometric theory of almost complete neutralization of the secondary hydrogen atoms of the phosphoric acid groups described in AT 400 840 B / EP 0741 677.
  • the method of internal water binding by anhydrous magnesium sulfate is described in patent AT 408 347 B.
  • the amount of bound water (water of hydration) can be widely controlled by the addition of other hydrated fillers (e.g., gypsum, epsom salt) and contributes significantly to the fire protection properties.
  • the addition of various additives, e.g. Wetting agent occasionally recommended.
  • the process parameters are particularly important because of the reactivity of the coating composition.
  • Example of coarse particles with high specific surface area expanded vermiculite.
  • the coating composition is applied. Foaming and hardening are started by microwave heating.
  • Particles are blown vermiculite (from KramerProgetha GmbH) with a particle size of 3 mm to 15 mm, a bulk density of 100 g / liter and an experimentally determined void volume of about 60% by volume.
  • Coating composition used is a 50% strength by weight sodium waterglass solution (Henkel) (viscosity: 500-830 mPa.s), in which finely ground sodium perborate and the waterglass hardener Fabutit 277 (Chemische Fabrik Budenheim, Germany) are mixed.
  • 3 g of polystyrene particles are mixed with a mixture of 3 g of component 1 (polyester) and 4.2 g of component 2 (isocyanate) for 30 seconds and cured under slight pressure.
  • the polystyrene beads have a size of 3 mm to 5 mm, a bulk volume of 100 cm 3 / g and a void volume of 72 volume percent.
  • the volume of the shaped body is essentially given by the bulk volume of the polystyrene particles.
  • the void volume is about 2/3 full.
  • the density of the shaped body is 0.04 g / cm 3 .

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Abstract

Eine schäumbare, härtbare und formbare Masse, die aus mit einer Überzugsmasse überzogenen Partikeln besteht, wird beschrieben. In dem daraus hergestellten Formkörper stehen die Partikel miteinander mechanisch im Kontakt und das Leervolumen zwischen den Partikeln wird in einem einstellbaren Ausmaß durch Schaum gefüllt. Dadurch werden die mechanischen und isolierenden Eigenschaften des Partikelgerüstes mit den mechanischen und isolierenden Eigenschaften der gehärteten Schaummasse kombiniert. Die gehärtete und geschäumte Masse eignet sich insbesondere für Dämmstoff-, Brandschutz- und Hochtemperaturanwendungen.

Description

Formmasse bestehend aus mit Überzugsmasse überzogenen Partikeln und deren Verwendung zur Herstellung von Formkörpern
Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Formmassen und der Formkörperherstellung basierend auf der Bindung von Partikeln durch Überzugsmassen.
Überzugsmassen, wie zum Beispiel Zementleim, werden zur punktweisen Verkittung von vor allem grobkörnigen Partikeln, wie Kies oder Blähtonpartikel, z.B. bei haufwerksporigem Beton, unter maximalem Erhalt des Leervolumens zwischen den Partikeln, verwendet. Ziel des Einsatzes dieser Überzugsmassen ist es in der Regel kostensparend Formkörper mit niedrigem spezifischen Gewicht und besserem Dämmverhalten herzustellen.
Diese Art der Verklebung gestattet jedoch weder die hohen Festigkeiten von Normalbeton noch die mit Schäumen vergleichbaren niedrigen Dichten, wie sie für optimale Dämmstoffoder für Brandschutzeigenschaften notwendig sind, zu erreichen. Das teilweise Füllen des Leervolumens zwischen den beispielsweise grobkörnigen Partikeln mit Schäumen - um höhere Festigkeiten durch Vergrößerung der Verkittungsfläche der grobkörnigen Partikel zu erzielen - scheitert an der geringen Grünfestigkeit der Schäume. Der oft durch einen Rüttelprozeß unterstützte Füllprozeß von Formen oder Hohlräumen verursacht ein Entmischen der aus Partikel und Überzugsmasse bestehenden Gesamtmasse, sodaß in unterschiedlichen Höhen befindliche Füllstoffe ungleich ummantelt und somit inhomogen gebunden sind.
Verwendet man Schaummassen und setzt diesen beispielsweise grobkörnige Partikel zu, so besitzen diese Massen alle negativen Eigenschaften von Schaummassen. Sie sind schwer ohne Lufteinschlüsse in Formen zu füllen und besitzen auch nicht die Festigkeitseigenschaften des Gerüstes von sich gegenseitig abstützenden, grobkörnigen, beispielsweise druckstabilen Partikeln, wie sie beim haufwerksporigen Beton vorliegen. Läßt man andererseits Schaum in einer Form entstehen, so ist um ein vollständiges Füllen der Form zu garantieren, ein Schaumüberschuß notwendig. Dieser bedingt somit entweder druckfeste Formen oder Formen mit Schaumaustrittsöffnungen, wodurch es oft zu Verschmutzungen und in der Folge zu notwendigen Reinigungsprozessen kommt. Weiters erhält man bei Formen mit großen Höhen durch den unterschiedlichen hydrostatischen Druck der Schaummasse oft beträchtliche Dichteunterschiede und somit inhomogene Eigenschaften im Formkörper. Neben anorganischen Partikeln, wie Schotter, Bims, Blähton, Blähglimmer, Blähglas, Per- lite, usw, werden auch organische Partikel, wie Polystyrolpartikel, verwendet. Sie werden mit Zement und diversen anderen Stoffen wie Wasserglas, Leim, etc. überzogen und vorwiegend für Estriche und Putze eingesetzt (DE 296 23 459 Ul).
Um möglichst niedrige Dichten für gute Dämmeigenschaften von Estrichen zu erzielen wird beispielsweise in AT 407526 B eine sehr dünne Beschichtung von Partikeln mit tonmineral- hältigen Erden, wie Ton, Lehm, Mergel aber auch Zement, Kalk, Gips oder dergleichen vorgeschlagen. In der DE 197 14729 Al wird die Ummantelung von Fasermaterialien beschrieben. Auch organische Bindemittel, wie beispielsweise Bitumen werden als Bindemittel für Schaumstoffgranulate für Unterbodenmassen verwendet (EP 0 947 480 B).
Überzugsmassen sind weiters bei der Pelletherstellung von anorganischen Baumaterialien in Verwendung. Hier werden leichte Partikel, wie Perlit oder geblähter Vermiculit, entweder in einem Schmelzprozeß mit festen Schalen (JP 7291685 A) oder im Falle des Einsatzes von Glas mit einer geschäumten Kruste (JP 61236643 A) überzogen. Der Einsatz einer Mischung aus Phenolharz und Gesteinsmehl als Überzugsmasse ist in JP 56160368 A beschrieben.
Beschreibung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es mit Hilfe einer Überzugsmasse für organische und anorganische Partikel, insbesondere grobkörnige Partikel eine Methode für die Herstellung von Formkörpern, in welchen Partikel mit Schaummassen kombiniert sind, zu beschreiben, wobei
1) das in gegenseitigem mechanischem Kontakt stehende Gerüst der Partikel erhalten bleibt,
2) die Schaummasse das Leervolumen zwischen den Partikeln entweder vollständig oder zumindest teilweise in einem einstellbaren Ausmaß ausfüllt,
3) auch bei großen Füllhöhen gleichmäßig dichte Formkörper erhalten werden, und
4) im Falle eines prozeßbedingten Rüttelprozesses keine Entmischung von Überzugsmasse und Partikel stattfindet, also die Überzugsmasse auf die prozeßbedingten Anforderungen einstellbar ist.
1. Allgemeines Prinzip
Überraschenderweise wurde gefunden, dass die Aufgabestellung dieser Erfindung mit Hilfe von speziellen Überzugsmassen erfüllt werden kann. Das Ausfüllen des Leervolumens zwischen den Partikeln, insbesondere grobkörnigen Partikeln durch Schaummassen ist nicht nur für die Stärke der Verklebung der Partikel wichtig, sondern auch für die Dämmstoff- und Brandschutzeigenschaften. Der Wärmetransport beruht auf Wärmeleitung durch das Materialgerüst, auf Konvektion durch die im Materialgerüst befindliche Luft und auf Strahlung. Das Ausfüllen durchgehender Hohlräume, insbesondere zwischen grobkörnigen Partikeln mit einer ausgehärteten Schaummasse, behindert Konvektion und Strahlungswärmeleitung und verbessert somit die Dämm- und Brandschutzeigenschaften des Formkörpers.
Erfindungsgemäß wurden Überzugsmassen für Partikel, insbesondere für grobkörnige Partikel entwickelt, die aus einer oder mehreren Komponenten hergestellt werden und die im Prozeß des Einfüllens der mit der Überzugsmasse überzogenen Partikel in eine Form, in einen Hohlraum oder deren Aufbringens auf eine Oberfläche auf den Partikeln haften bleibt, ohne auch bei relativ großen Schichtdicken und prozeßbedingter Vibration abzurinnen. Dieser Prozeß wird im folgenden als Formgebungsprozeß bezeichnet. Die Überzugsmasse beginnt entweder nach diesem Formgebungsprozeß zu schäumen oder sie wird zum Schäumen gebracht oder sie hat bei hoher Reaktivität bereits während des Mischprozesses und des Formgebungsprozesses zu schäumen und zu vernetzen begonnen. Im letzteren Fall steigt die Viskosität der Überzugsmasse bereits während des Misch- und Formgebungsprozesses gegenüber der ursprünglich in den einzelnen Komponenten eingesetzten Viskosität.
Die schäumende Masse füllt somit das Leervolumen zwischen den Partikeln. Eine Bewegung des Partikelgerüstes durch den entstehenden Schaum wird einesteils durch das Gewicht der Partikel und andererseits durch deren gegenseitige Verspannung und Abstützung, die beispielsweise durch einen Vibrationsprozeß oder einen Preßprozeß noch verstärkt werden kann, verhindert. Selbst wenn bereits vor oder während des Formgebungsprozesses die Überzugsmasse zu schäumen begonnen hat, wird dieser im Vergleich zum Leervolumen geringfügige noch ungehärtete Schaumvolumsanteil durch das Gewicht der Partikel und durch deren gegenseitige Verspannung (die einer Druckausübung auf die Überzugsmasse, die sich zwischen den direkten Kontaktflächen der Partikel befindet, entspricht) in das Leervolumen zwischen den Partikeln gedrückt und schäumt und härtet dort weiter aus. Zwischen den Partikelkontaktflächen bleibt somit eine feste, im wesentlichen ungeschäumte Überzugsmassenschicht, aus der das entstandene Gas in das Leervolumen entwichen ist. Es ist daher möglich auch wesentlich leichtere Partikel zu verwenden, als der Dichte der gehärteten und geschäumten Überzugsmasse entspricht, beispielsweise Polystyrolpartikel mit Zementschlempe oder geblähte Vermiculilparükel mit Wasserglas als Überzugsmassen zu kombinieren. In diesen Fällen ist es erfindungsgemäß möglich, daß im wesentlichen die geschäumte und gehärtete Überzugsmasse die mechanische Festigkeit des Formteiles übernimmt und die Partikel die Isolationseigenschaften verbessern.
2. Menge und Eigenschaften der Überzugsmasse
Die Menge der zu verwendenden Überzugsmasse bezogen auf eine definierte Menge oder ein definiertes Volumen an Partikeln berechnet sich erstens aus dem Leervolumen zwischen den Partikeln, zweitens aus der gewünschten einzustellenden Schaumdichte und drittens dem einzustellenden Füllungsgrad des Leervolumens. Im Fall einer Einkorn Verteilung von Partikeln - idealisiert als kubisch dichteste Packung - ergibt sich rein geometrisch in der Elementarzelle - und somit unabhängig von der Partikelgröße - eine Raumerfüllung (Vjςugei/ VGesamt) von 0,74 und somit ein Leervolumen von 26 Volumsprozent. Verwendet man Korngrößengemische, oder stark unregelmäßige Kornformen oder sind Feinanteile vorhanden, so ist das Leervolumen experimentell zu bestimmen. Dies geschieht zum Beispiel durch Anfüllen des Leervolumens eines definierten Volumens einer Probe der Partikeln mit feinem Bauxitmehl. Unter Berücksichtigung der Schüttdichte des Bauxitmehles läßt sich aus der Gewichtszunahme der mit Bauxitmehl gefüllten Probe das Leervolumen berechnen.
Schaumdichte, Härtungs- und Schäumungsgeschwindigkeit lassen sich für das gewählte Bindemittel entsprechend dem Stand der Technik durch Wahl von Menge und Art des Schäumers und des Härters und der Reaktionsbedingungen einstellen.
Weiters ist das Fließverhalten der Überzugsmasse von Bedeutung. Es soll einesteils während des Mischprozesses eine möglichst leichte und gleichmäßige Verteilung der Masse auf der Oberfläche der Partikel gewährleisten und andererseits während des Formgebungsprozesses der überzogenen Partikel ein stabiles Haften der Überzugsmasse auf der Partikeloberfläche garantieren. Die Überzugsmasse ist somit darauf einzustellen, ob ein Vibrationsprozeß stattfindet und wie stark und lang dieser durchgeführt werden muß und in welcher Schichtdicke die Überzugsmasse auf den Partikeln aufgebracht wird. Die Schichtdicke ergibt sich aus der Menge der Überzugsmasse und der spezifischen Oberfläche der Partikel. Die Menge der Überzugsmasse wiederum berechnet sich aus dem Leervolumen, der einzustellenden Schaumdichte und dem einzustellenden Füllungsgrad des Leervolumens.
Man kann folgende vier Fälle unterscheiden:
1. Besitzt die Überzugsmasse die Eigenschaften einer Newton 'sehen Flüssigkeit, so ist die Ausgangsviskosität bereits entsprechend hoch zu wählen, wobei ein Wert von mindestens 100 mPa.s bis 500 mPa.s, oder darüber von 500 mPa.s bis 5000 mPa.s, oder bevorzugt von 5000 mPa.s bis 50 000 mPa.s günstig ist.
2. Besitzt die Überzugsmasse die Eigenschaften einer Nicht-Newton 'sehen Flüssigkeit ist sie bevorzugt thixotrop einzustellen (siehe Beispiel 1), wobei man insbesondere pseudoplastische Massen auswählt, die im Ruhezustand eine hohe scheinbare Viskosität besitzen, welche mit steigendem Schergefälle und zunehmender Rührzeit sinkt.
3. Drittens kann die Reaktivität der Überzugsmasse, also ihr Härtungs- und Schäu- mungsverhalten so eingestellt werden, dass sie im Prozeß der Formgebung bereits hohe Viskosität durch die beginnende Vernetzung der Überzugsmasse und/oder einen beginnenden Schäumungsprozeß besitzt. (Siehe Beispiel 2, aufbauend auf der in AT 400840 B beschriebenen Vorgangsweise, wobei zusätzlich die Masse thixotrop eingestellt ist.) Unterstützend für diesen Prozeß wirkt, daß Schäume selbst thixotrope Eigenschaften besitzen, was zur Steifigkeit der schäumenden Überzugsmasse selbst beiträgt.
4. Beliebige mögliche Kombinationen der drei Fälle 1, 2, und 3.
Das notwendige rheologische Verhalten, also das Standvermögen der Überzugsmasse wird somit ganz wesentlich von der Schichtdicke auf dem Füllstoff bestimmt. So ist bei grobkörnigen Partikeln mit großen spezifischen Oberflächen oder bei Partikeln mit sehr kleiner Korngröße, eine niedrige Viskosität möglich, da die Überzugsmasse in sehr dünnen Schichten vorliegt und auch bei starkem Rütteln nicht absinkt, während bei grobkörnigen Partikeln mit glatten geschlossenen Oberflächen (z.B. Schotter) das Standvermögen der Überzugsmassenschicht wesentlich ist.
Die Bestimmung der Theologischen Eigenschaften von Flüssigkeiten ist Stand der Technik und es soll nur auszugsweise auf einige Methoden verwiesen werden. Eine Bestimmung der Fließstrecke kann in Anlehnung an DIN 16916 Teil 2 erfolgen. Der Einsatz eines Brookfield Viscometers gemäß ASTM D 2196 oder eine Beurteilung der Ablauf neigung mit Hilfe eines Verlauf- und Ablaufprüfrakels (Firma Erichsen (Deutschland)) nach DIN 55677 oder ASTM D 4400 sind weitere Methoden. Es ist beispielsweise gemäß DIN 55677 nach Punkt 7.2 relativ einfach mit Hilfe von feingemahlenen kostengünstigen plättchenförmigen Füllstoffen bei Überzugsmassen ablauffeste Schichtdicken von 1 000 μm bis 1 300 μm und darüber einzustellen.
Da die Produktionsbedingungen, die Arten an herstellbaren Formkörpern und an füllbaren Hohlräumen vielartig sind, kann nur festgehalten werden, dass die Überzugsmassen durch ihre Theologischen Eigenschaften (Viskosität und insbesondere Thixotropie) und ihre Reaktivität auf die entsprechenden Prozeßbedingungen für einen Fachmann einstellbar sind.
3. Verwendete Rohstoffe
Als Partikel können sowohl anorganische als auch organische Partikel oder Mischungen derselben bevorzugt mit der Korngröße 1 mm bis 24 mm, bis 50 mm oder maximal 100 mm, insbesondere die industriell erhältlichen Korngrößenbereiche, wie beispielsweise solche zwischen 4 mm und 12 mm, oder vorzugsweise von 2 mm bis 4 mm, 4 mm bis 8 mm, 8mm bis 12 mm, 8 mm bis 16 mm oder 12 mm bis 20 mm, oder auch deren Mischungen oder beliebige andere Korngrößenbereiche oder in diesen Bereichen ausgewählte Einkornzusammensetzungen verwendet werden. Als anorganische grobkörnige Partikel können beispielsweise Partikel mit kompakten Oberflächen, wie Glaskugeln, Korundhohlkugeln, Schotter, diverse Gesteinspartikel, wie Gipsstein, etc., verwendet werden, als auch geschäumte oder poröse Partikel wie Blähton, Blähglas, Blähschiefer, Perlite, Blähglimmer, geblähten Vermiculit, vulkanische Gesteinspartikel, Tuff, Bims, etc. oder hochtemperaturfeste Partikel aus beispielsweise Korund, Schamotte, Molochite, etc. Organische Partikel können beispielsweise Korkpartikel, Holzspäne, Schaumstoffpartikel, Partikel aus diversen Recyclingstoffen, Styroporpartikel, etc. sein, also aus Substanzen bestehen, die zur Gruppe der organischen Polymeren gehören. Desweiteren kommen organische oder anorganische Microspheres oder Nanospheres in Frage, wie beispielsweise solche aus Polystyrol, PMMA oder aus Aluminiumoxid, Glas oder Quarz. Für Hochtemperaturanwendungen können beispielsweise auch Microspheres vom Durchmesser 0,2 bis 0,6 mm, beispielsweise aus Hafniumoxid und Zirkonoxid, Verwendung finden.
Saugfähigkeit, Porosität und spezifische Oberfläche der Partikel sind wesentlich für die Einstellung der Überzugsmasse. Verwendet man beispielsweise Materialien wie Blähton, Bläh- schiefer, oder geblähten Vermiculit so ist spezifisch die Saugfähigkeit des Materials (insbesondere die Materialfeuchte) und die spezifische Oberfläche zu berücksichtigen.
Die Überzugsmassen, die überwiegend anorganischer oder überwiegend organischer Natur sein können bestehen aus: a) Einem Bindemittel.
Die Bindemittel können sowohl organisch, wie Polyester, Polyurethan, Acrylate, Epoxy- harze, Bitumenmassen, usw., als auch anorganisch, wie beispielsweise solche auf Phosphatbasis, wie Lösungen von überwiegend primären Phosphaten von Magnesium, Calzium, Aluminium, bevorzugt AJuminiummonophosphat, solche auf Wasserglasbasis, wie Lösungen von Natrium- oder Kaliumsilikaten unterschiedlichster Konzentration, auf Zementbasis, wie beispielsweise auf Calziumsilikat (Portlandzement) oder Calziumaluminatbasis, oder auf Gipsbasis, auf Sorrelzementbasis, usw. oder chemisch mögliche Mischungen derselben sein. b) Einer härtend wirkenden Substanz, wobei die Härtung nach dem Schäumprozeß oder gleichzeitig mit diesem stattfindet; auch können beispielsweise härtende und schäumende Substanz ident sein. Als solche kommen für die betreffenden organischen Bindemittel beispielsweise Isocyanate, Peroxide, Epoxide, etc. in Frage, für anorganische Bindemittel werden Substanzen verwendet, wie beispielsweise für Aluminiummonophosphat lösliche mehrwertige Metalloxide, sowie deren Carbo- nate, für Wasserglas insbesondere säureabspaltende hydrolysierende Stoffe oder reagierende Metalloxide, für Zement und Gips dient Wasser als härtend wirkende Substanz, bei Sorrelze- ment wird Magnesiumoxid durch Magnesiumsalze, wie deren Chlorid oder Sulfat gehärtet. c) Einer gasentwickelnden Schaum bildenden Substanz.
Dies können beispielsweise Ammoniumcarbonate oder Alkalicarbonate, mehrwertige Me- tallcarbonate, Wasser bei Polyisocyanaten, Aluminiumpulver, organische oder anorganische Peroxide, Natriumperborat, Wasserstoffsuperoxid, etc sein. d) Gegebenenfalls anorganische gemahlene Füllstoffe, wie Kaolin, Kreide, Schiefermehl, Glimmer, Quarz, etc. und/oder auch gegebenenfalls feine bis grobkörnige Hydrate, wie Gips, Gipsstein, Magnesiumsulfathydrat, Aluminumsulfathy- drat, Alaune, etc. oder auch organische Füllstoffe, wie Stärke, Zucker, etc. enthalten. Bevorzugt werden Teilchen mit anisotroper Form, also mit plättchen- oder nadeiförmigen Struktu- ren, verwendet, die selbst thixotrope Suspensionen bilden. Ein weiterer Vorteil von blättchenförmigen Füllstoffen ist, dass sie die Wandstruktur der Schaumbläschen stabilisieren. e) Gegebenenfalls Flammschutzmittel, wie beispielsweise Hydrate von Salzen, zum Beispiel Sulfate, wie Gips, Bittersalz, diverse Phosphate, wie MgHPθ4.3H2θ, MgHPOφVBbO, oder Pyrophosphate oder Hydroxyde von Aluminium, Magnesium, Calzium, etc. (Diese können sowohl fein gemahlen oder auch als grobkörnige Füllstoffe eingesetzt werden.) f) Gegebenenfalls verstärkend wirkende Füllstoffe, wie anorganische oder organische Fasern, beispielsweise Glasfasern, Holzfasern, Zellstofffasern, Kunststofffasern, oder stäbchenförmige Füllstoffe, wie Wollastonit. g) Gegebenenfalls thixotropierend wirkende Substanzen, wie hydrophile oder hydrophobe kolloidale oder pyrogene Kieselsäure, synthetische Polymere mit ionischen und/oder anderen assoziierenden Gruppen, wie zum Beispiel Homopoly- mere und Copoplymere von Acrylsäure, ihre Alkali- und Ammoniumsalze, Smectite, organisch modifizierte Bentonite, Montmorrilonite, Carboxymethylzellulose und wasserlösliche Melaminformaldehydharze oder Harnstoffderivatharze, Gelatine, Hydroxypropylmethyl- zellulose, Ethylenoxide und Propylenoxide Copolymere, etc., h) Gegebenenfalls verschiedene Additive, wie Netzmittel, Fließhilfsmittel, Aushärtungsverzögerer (Retarder für Zement, etc) i) und gegebenenfalls wasserbindende Substanzen vor allem bei Verwendung wässriger Bindemittel, wie Calziumsulfat, Magnesiumsulfat, Aluminiumsulfat, diverse Phosphate oder Pyrophosphate von Alkalimetallen, Magnesium und Calzium, die Hydrate bilden, (wie in AT 408347 B beschrieben) oder mit Wasser reagierende Substanzen.
4. Das Verfahren und die Prozeßparameter
Das Verfahren besteht im wesentlichen aus drei Stufen:
4.1. Herstellung der Überzugsmasse und Überziehen der Partikel damit
Die Überzugsmasse kann entweder vorab in einem eigenen Gefäß hergestellt werden und als solche in einem Mischer auf die Partikel aufgebracht werden, oder sie wird alternativ auf den Partikeln durch schrittweises Auftragen der einzelnen Komponenten auf den Partikelober- flächen im Mischer hergestellt. Je nach Reaktivität der Überzugsmasse und Art der Partikel können langsam oder schnell laufende Mischer in kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Mischprozessen eingesetzt werden. Im allgemeinen ist es ausreichend, wenn die Überzugsmasse die Oberfläche der Partikel fast vollständig oder zumindest teilweise bedeckt. In der Praxis existieren kaum vollständig runde Partikel mit gleichmäßigen Außenflächen. Da sich die Überzugsmasse im Mischprozeß in erster Linie nur auf den gegenseitigen Berührungsflächen der Partikel verteilt, bleiben fallweise Teiloberflächen der Partikel unüberzogen. Dies ist für den Gesamtprozeß jedoch ohne Bedeutung. Wesentlich ist, dass eine praktisch homogene Verteilung der Überzugsmasse während des Schäum- und Härtungsprozesses im Formkörper erfolgt.
Der schrittweise Auftrag der Überzugsmasse empfiehlt sich bei einer hohen Reaktivität der Überzugsmasse, wobei erst im letzten Schritt, kurz vor dem Formgebungsprozeß die reaktive Härter- und Schäumerkomponente auf den Partikeln aufgebracht wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Abbinde- und Schäumprozeß bereits während des Misch- und Formgebungsprozesses beginnt, wobei die Reaktivität der Mischung, also Haltezeit, Steigzeit, Abbindezeit, Druckfestzeit, auf den Gesamtprozeß abgestimmt sind, wie dies beispielsweise in Patent AT 400 840 B beschrieben ist. Dies ist besonders günstig für den zeitlichen Ablauf eines Produktionsverfahrens, da es Stand- und Härtungszeiten so kurz wie möglich hält. Allerdings muß der gesamte Schäumungsprozeß so berechnet sein, dass die mechanische Zerschlagung des Schaumes während des Mischprozesses durch die Partikel als Vorvernetzungsprozeß der Überzugsmasse, in welchem das Bindemittel teilweise zu größeren molekularen Einheiten vernetzt wird, abläuft und es durch die verbleibende unre- agierte Härter/Schäumermenge zum gewünschten Füllgrad des Leervolumens zwischen den Partikeln kommt. Diese Vorgangsweise erfordert die exakte Einhaltung von genau definierten Mischzeiten (Siehe Beispiel 2).
Es ist weiters vorteilhaft bei Verwendung wäßriger Bindemittelsysteme, wie beispielsweise bei wäßrigen Phosphatlösungen, wie in AT 408347 B beschrieben, wasserbindende Substanzen einzusetzen, die eine interne Trocknung bewirken. Als solche kommen beispielsweise in Frage:
• Oxide, wie Zemente (Tricalciumsilikat, Calziumaluminate, etc.), CaO, etc.
• Sulfate, wie die Sulfate von Calzium, Aluminium, sowie die Vitriole bildenden Sulfate von Kupfer, Mangan, Magnesium, Zink, Eisen, Cobalt und Nickel, oder Doppelsalze dieser Sulfate mit Kalium- oder Ammoniumsulfat oder Alaune
• Phosphate und Pyrophosphate von Alkalimetallen, Magnesium und Calzium
• Diverse andere wasserbindende Substanzen, wie Metalle, die unter Wasserstoffbildung reagieren oder anorganische oder organische Ester und andere Hydrate bildende oder wasserbindende Substanzen, beispielsweise physikalisch Wasser absorbierende Substanzen, wie Schichtsilikate oder ähnliches.
In diesem Zusammenhang soll ganz explizit auf die in AT 408347 B beschriebene Lehre verwiesen werden, wo die auf Phosphatbasis hergestellten Schaummassen dadurch gekennzeichnet sind, dass das anorganische Schaumprodukt, welches hergestellt wird durch das Zusammenmischen von zwei oder mehr Komponenten wovon mindestens eine flüssig und sauer ist und Wasser, Phosphate oder Phosphorsäure als Bindemittel enthält und zumindest eine zweite Komponente, welche mehrwertige Kationen in einer mit Säure reaktiven Form enthält, dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine wasserbindende Substanz in einer zur Bindung des in der Schaummasse enthaltenen Wassers in einer wesentlichen Menge enthält.
Dieses Prinzip kann in der Folge auch auf andere wäßrige Systeme, beispielsweise solche auf Wasserglasbasis angewandt werden, da bei den hier oft vorzugsweise empfohlenen kurzen Reaktionszeiten etwaige reaktive als Feststoffe zugesetzte wasserbindende Substanzen keine Zeit besitzen in nennenswertem Maß mit dem unreagierten Bindemittel zu reagieren.
Naturgemäß muß die Trocknungsgeschwindigkeit auf das Härtungs- und Schäumungsver- halten der Überzugsmasse abgestimmt sein. Die Trocknung darf also erst nach der Schaumbildung und der Härtung erfolgen.
Derartige Massen, die in der Folge Hydratwasser in gebundener Form enthalten, sind ganz besonders für den Einsatz in geschlossenen Formen oder Verbundkörpern, wie zum Beispiel Brandschutztüren oder Paneelen mit metallischen Außenschichten geeignet, da das chemisch gebundene Wasser im Unterschied zum physikalisch gebundenen auf Dauer zur Brandschutzeigenschaft der ausgehärteten Masse beiträgt. Es ist auch empfehlenswert derartige Hydrate als Füllstoffe den Überzugsmassen zuzusetzen und damit etwaige Brandwiderstandsklassen über den chemisch gebundenen Wassergehalt einzustellen.
Die Dosierung der Überzugsmasse erfolgt dabei derart, dass das Leervolumen zwischen den Füllstoffen entweder im wesentlichen gerade vollständig (zu maximal 100%) ausgefüllt wird, damit möglichst kein Überzugsmassenaustritt (Schaumaustritl) aus der Form oder dem Hohlraum im Zuge des Aushärtens und Schäumens erfolgt, oder zu einem geringer eingestellten Prozentsatz, wie beispielsweise von 10%, 20%, 50%, 75% oder 90% des Leervolumens.
Wird unter Erhalt des Kontaktes der Partikel zueinander eine gesicherte vollständige (100 %ige) Füllung des Leervolumens durch Schaum angestrebt, so ist auch eine Schaummenge möglich, die größer ist als jene die für die Füllung des gesamten Leervolumens nötig ist. In diesem Fall ist die Form mit den überzogenen Partikeln zu füllen und es sind für die danach entstehende, das Leervolumen übersteigende Schaummenge, Schaumaustrittsöffnungen in der Form vorzusehen oder es sind druckfeste Formen einzusetzen. Es ist somit möglich, die Eigenschaften des produzierten Formkörpers in einem weiten Rahmen den Anforderungen in Bezug auf Festigkeit, Elastizität, Wärmedämmung, Brandschutz, etc. anzupassen. Naturgemäß ist die Auswahl der Rohstoffe wesentlich für die Eigenschaften des Endproduktes.
4.2. Formgebungsprozeß der mit der Überzugsmasse überzogenen Partikel
Der Formgebungsprozeß der mit der Überzugsmasse überzogenen Partikel durch Einfüllen in eine Form, in einen Hohlraum oder durch Auftragen auf eine Oberfläche kann rasch innerhalb von Sekunden oder langsam innerhalb von Minuten erfolgen. Es kann während oder nach diesem Prozeß ein Verdichtungsprozeß, zum Beispiel durch Vibration oder durch einen Preßprozeß, zur Erzielung einer gleichförmigen dichten Anordnung der Partikel, beispielsweise in der kubisch dichtesten Packung, erfolgen.
4.3. Schäumung, Aushärtung und gegebenenfalls Trocknung der geschäumten und ausgehärteten Masse
Nach dem Formgebungsprozess der überzogenen Partikel befindet sich die Überzugsmasse in Ruhe. Sie kann nun im vorherbestimmten Ausmaß zum Schäumen und entweder gleichzeitig oder kurz danach zum Aushärten gebracht werden. Der Schäumungs- und Aushärtungsprozeß kann entweder selbsttätig bei Raumtemperatur meist unter Exothermie ablaufen oder durch Erwärmen beispielsweise mit thermischer Energie mit Heizeinrichtungen oder mit Microwellen- oder Hochfrequenzenergie gestartet und durchgeführt werden.
Bei Verwendung wässriger Bindemittel ist in der Regel, wie für Beton und Gips bekannt, eine Trocknung zur Erzielung der Endfestigkeit unerläßlich. Neben der bereits beschriebenen Methode der internen Trocknung durch Hydratbildung ist die wohl kostengünstigste Me¬
li thode diejenige durch Verdunsten des physikalisch gebundenen Wassers. Die poröse Struktur der hier vorliegenden gehärteten und geschäumten Masse erlaubt eine beschleunigte Trocknung in Form einer eigenen Prozeßstufe durch Durchsaugen von Luft durch den Formkörper, insbesondere mit Erwärmung des Formkörpers. Diese Methode des Durchsaugens von Luft ist besonders vorteilhaft bei durch Außenflächen abgeschlossenen Formkörpern, wie beispielsweise bei Brandschutztüren, da dadurch deren gleichmäßige Durchströmung erzielt werden kann. In diesem Fall ist dies nichts anderes als eine Simulation des langsam durch einen Temperaturwechsel (Tag/Nacht) bedingten Luftwechsels in einer physikalisch gebundene Feuchte enthaltenden Brandschutztüre, aus welcher bei Erwärmung mit Wasserdampf gesättigte Luft durch die Luftausdehnung nach außen transportiert wird und bei Abkühlung von außen ungesättigte Frischluft angesaugt wird. Je nach Umweltbedingungen können im Verlauf von Jahren erhebliche Mengen an physikalisch gebundenem Wasser (unter Änderung der Brandschutzeigenschaft der Brandschutztüre) nach außen transportiert werden.
Verwendet man diese Massen zum Beispiel für dämmende Unterbodenmassen an Ort und Stelle in Gebäuden, so kann man sie durch übliche Microwellen -Bautrocknung zum Schäumen und Trocknen bringen. Alternativ sind für diese Fälle auch selbstschäumende und selbsthärtende Überzugsmassen, etwa nach Beispiel 2 möglich, wobei ein nachträglicher langsamer Trocknungsprozeß durch Lufttrocknung erfolgen kann.
Es ist daher in der Regel vorteilhaft, wenn der Prozeß der Schäumung und Härtung fallweise durch einen gleichzeitig oder anschließend ablaufenden Trocknungsprozeß, entweder durch Hydratbildung entweder bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur, wobei ein Temperaturbereich von 30 0C bis 90 0C, bevorzugt bei 40 0C bis 75 0C, eingehalten wird, oder durch Luftdurchsaugen durch den Formkörper oder durch Stehen an der Luft langsam selbsttätig ablaufend ergänzt wird.
Als Ergebnis wird eine mit der gehärteten und geschäumten Masse gefüllte Form, ein gefüllter Hohlraum oder ein entformter Körper erhalten, der auch bei großen Dimensionen und Füllhöhen homogene Eigenschaften besitzt und aus Partikeln und Schaummassen, die zumindest teilweise das Leervolumen zwischen den Partikeln füllen, besteht.
5. Anwendungsgebiete
Man kann unterscheiden zwischen der Anwendung der Masse und der Anwendung der daraus produzierten Formkörper. Die Hauptanwendungsgebiete sind unter anderem die Gebiete der thermischen und schallschutzmäßigen Isolierung als Dämmstoff und die Bereiche des Brandschutzes sowie Hochtemperaturanwendungen.
In der Bauindustrie gibt es eine Vielzahl von Anwendungen der Masse zur Füllung von Hohlräumen. So ist es beispielsweise möglich vibrationsfeste Dämmstoffisolierungen mit sehr niedrigen Dichten, beispielsweise aus Polystyrol, herzustellen. Die mit Überzugsmasse überzogenen Partikel können in einen Hohlraum eingeblasen werden, wo sie dann durch den Schaum zu einem langzeitstabilen erschütterungsunempfindlichen Formkörper verbunden werden. Es ist beispielsweise vorteilhaft, wenn die Partikel bei dieser Verwendung bereits mit einem Teil der Überzugsmasse überzogen sind, als solche zu einer Baustelle transportiert werden und an Ort und Stelle darauf mengenmäßig bezogene Teilkomponenten zur Härtung und Schäumung kontinuierlich oder diskontinuierlich zugemischt werden. In analoger Form können derartige Massen beispielsweise für Estriche verwendet werden.
Die Verwendung von Formteilen im Baugewerbe kann in Form von Dämmstoff- oder Brandschutzplatten und beliebig geformten anderen Formteilen oder als Teil von Verbundelementen erfolgen. Derartige Verbundelemente können durch die Verbindung mit anderen Bauteilen aus mineralischen Werkstoffen, beispielsweise als Element in Fertigteilkaminen, als Isolationsmaterial in Fertigteilhauswänden und Deckenelementen, oder in Kombination mit anderen beispielsweise dünnwandigen, etwa metallischen Außenschichten, wie zum Beispiel in Brandschutztüren, Paneelen, Türzargen, und dergleichen gebildet werden. In diesem Fall bleiben die Formkörper Teile des Verbundelementes. In diesem Zusammenhang ist es als erheblicher Vorteil anzusehen, dass man aus Silos produzieren kann und zum Beispiel für Brandschutztüren keine Plattenlager und keine Plattenzuschnitte benötigt.
Derartige Materialien können beispielsweise als Dämmstoff in Haushaltsgeräten, wie Kühlschränken, Geschirrspülern oder zur Isolation bei Öfen und Heizanlagen für Industrie, Gewerbe und Haushalt eingesetzt werden. Bei Einsatz entsprechender hochtempera- turfester Partikel, wie beispielsweise Korundhohlkugeln, und Auswahl von hochtempera- turfesten Bindemitteln, beispielsweise auf Aluminumphosphatbasis sind derartige Massen und Formteile auch für den Hochtemperaturbereich von 600 0C bis 2200 0C, bevorzugt im Bereich von 900 0C bis 1450 0C und von 1450 0C bis 1750 0C, einsetzbar. Spezialan- Wendungen ergeben sich durch den Einsatz organischer oder anorganischer Microspheres oder Nanospheres. Sie können durch Überzugsmassen zu ausgehärteten Massen mit definierten Hohlräumen zusammengebunden werden, die beispielsweise als Filter- oder Trägermaterial eingesetzt werden können. Desweiteren können auch Verpackungsmaterialien, etwa auf rein organischer Basis, damit kostengünstig hergestellt werden.
Die Erfindung betrifft somit die mit der Überzugsmasse überzogenen Partikel, das Verfahren der Schäumung, Härtung und Formgebung, weiters die gehärtete und geschäumte Masse, beispielsweise einen Formkörper, welcher durch die Aushärtung des erfindungsgemäßen Stoffgemenges erhältlich ist, sowie einen Gegenstand bzw. Bauteil, insbesondere Verbundelemente mit beispielsweise metallischen Außenschichten, wie Paneelen, Metalltüren, Brandschutztüren, etc., die eine Füllung aus dem mit dem erfindungsgemäßen Stoffgemenge erhältlichen Formkörper enthalten.
Die Erfindung soll an folgenden Beispielen, ohne einschränkend zu wirken, auszugsweise erläutert werden. Es ist für einen Fachmann jederzeit möglich irgendeine Substanz seiner Wahl gemäß den erfindungsgemäßen Angaben einzusetzen.
6. Beispiele
Beispiel 1.
Schotter und als Überzugsmasse thixotropierte Zementschlempe mit Aluminumpulver als Schäumer
Beispiel für eine bei Raumtemperatur langsam härtende und schäumende thixotrope Überzugsmasse, die auf grobkörnige Partikeln mit glatter Oberfläche aufgetragen wird.
Versuchsdurchführung:
5 000 g Schotter der Korngröße von 4 mm bis 20 mm werden mit einer Überzugsmasse, die aus 520 g Portlandzement + 380 g Wasser + 2 g Netzmittel/Schaumstabilisator + 7,5 g HDK N20 + 7 g Standart Aluminumpulver besteht, überzogen.- Die überzogenen Partikel werden unter Rütteln in eine Form gefüllt. Zementhärtung und Schäumung erfolgen bei Raumtemperatur. Der Formkörper besitzt in trockenem Zustand eine Dichte von etwa 1,8 kg/1.
Bemerkungen:
• Partikel: Der als Partikel eingesetzte Schotter besitzt eine Schüttdichte von 1,6 kg/1 und ein experimentell bestimmtes Leervolumen von 40 Volumsprozent. Um angenähert eine 50%ige Füllung des Leervolumens zu erzielen [(5000 g/1600 g/l) . 0,4 . 0,5 = 0;625 I)] werden etwa 600 g einer Schaummasse, die im ausgehärteten Zustand eine Dichte von 0,97 g/cm3 besitzt, benötigt (0,97g/cm3 . 625 cm3 = 606 g).
• Überzugsmasse: Die als Überzugsmasse eingesetzte Zementschlempe wurde mit hochdisperser Kieselsäure HDK N 20 (Wacker-Chemie GmbH, Deutschland) in bezug auf ihre Ablaufneigung nach DIN 55677 nach 7.2 auf eine Schichtdicke von über 1 300 μm eingestellt. Als Netzmittel/Schaumstabilisator wurde beispielsweise SB3 (Heidelberger Zementwerke) verwendet. Als Schäumer wurde Standart Aluminumpulver Slurry N30 Nr.53199/G der Firma Eckart GmbH & Co. KG, (Deutschland), eingesetzt.
• Verfahren: Die Masse wurde etwa 5 Sekunden in eine Form eingerüttelt. Der gesamte Schäumprozeß findet aufgrund der trägen Reaktion des eingesetzten Aluminumpulvers in der in der Form befindlichen eingerüttelten Masse statt.
Beispiel 2
Blähton und rasch reagierende Überzugsmasse auf Basis Aluminiuummonophosphat mit internen Trocknung
Dies ist ein Beispiel für grobkörnige poröse Partikel mit einer rasch reagierenden, thixotrop eingestellten Überzugsmasse mit interner Trocknung.
Versuchsdurchführung:
18 Liter (5,9 kg) Blähton der Partikelgröße 8 mm bis 12 mm (Leca 8/12 der Firma Leca- Liapore Baustoffe GmbH, Deutschland) werden mit 590 g Wasser in einem rasch laufenden Mischer (10 Sekunden mit einer Mischwerkzeugdrehzahl von 50 U/min) vor Versuchsbeginn gleichmäßig befeuchtet.
[Alternativ 18 Liter (2,5 kg) Blähglas der Partikelgröße 8 - 16 mm der Firma Dennert/Po- raver GmbH (Deutschland).]
Anschließend werden folgende Überzugsmassenbestandteile in den Schritten 1 bis 3 mit Mischzeiten von 10 Sekunden und einer Mischwerkzeugdrehzahl von 50 U/min zugegeben.
1. Zugabe: 620 g Aluminiummonophosphatlösung (Fabutit705 der Firma Chemische Fabrik Budenheim, Deutschland)
2. Zugabe: 1570 g wasserfreies Magnesiumsulfat (Firma K&S, Deutschland) 3. Zugabe: 1340 g Aluminiummonophosphat mit 700 g Schiefermehl der Teilchengröße 90 μm vorgemischt
4. Zugabe: Härter/Schäumermischung bestehend aus 147 g Magnesiumoxid und 100 g Omyacarb 15 (Firma Omya, Deutschland). Die Zugabe des Härter/Schäum ergemisches erfolgt mit einer Mischzeit von 5 Sekunden und einer Drehzahl des Mischwerkzeuges von 100 U/min.
Die mit der Überzugsmasse überzogenen grobkörnigen Blähtonpartikel werden 10 Sekunden lang unter Vibration in eine Blechform gefüllt. Die geschäumte und gehärtete Masse auf Blähtonbasis besitzt eine Dichte von 0,61 g/cm3. Das alternative Beispiel mit Blähglaspartikeln ergab eine Dichte von 0,356 g/cm3.
Bemerkungen:
• Partikel: Als Partikel werden Blähtonpartikel mit einer Schüttdichte von 320 kg/m3 und einem experimentell bestimmten Leervolumen von 51 Volumsprozent eingesetzt. Aufgrund der Saugfähigkeit des Blähtones ist die Einstellung einer definierten Materialfeuchte durch die Zugabe von 10 Gewichtsprozent Wasser, empfehlenswert. [Alternativ: Nicht saugende Blähglaspartikel mit einer Schüttdichte von 140 kg/m3 und einem experimentell bestimmten Leervolumen von 45 Volumsprozent.]
• Überzugsmasse: Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung einer für Brandschutz geeigneten gehärteten und geschäumten Masse und folgt der in AT 400 840 B / EP 0741 677 beschriebenen stöchiometrischen Lehre der fast vollständigen Neutralisation der sekundären Wasserstoffatome der Phosphorsäuregruppen. Die Methode der internen Wasserbindung durch wasserfreies Magnesiumsulfat ist im Patent AT 408 347 B beschrieben. Die Menge an gebundenem Wasser (Hydratwasser) kann durch Zugabe weiterer hydrathältiger Füllstoffe (z.B. Gips, Bittersalz) in weitem Rahmen gesteuert werden und trägt wesentlich zu den Brandschutzeigenschaften bei. Weiters ist die Zugabe diverser Additive, z.B. Netzmittel, fallweise empfehlenswert.
• Verfahren: Die Verfahrensparameter sind wegen der Reaktivität der Überzugsmasse besonders wichtig. In der Mischzeit von 5 Sekunden der letzten Zugabestufe werden etwa 2/3 des verwendeten Härter/Schäumergemisches umgesetzt. Der in dieser Mischzeit entstandene Schaum wird im wesentlichen zerschlagen. Die reagierten Teile des Härter/Schäumergemisches bewirken vor allem eine Vorvernetzung der Überzugsmasse und damit einen Anstieg in der Viskosität, sodaß selbst eine starke Vibration von 10 Sekunden im Formgebungsprozeß zu keiner Entmischung zwischen Überzugsmasse und Partikel führt. Bei einem geschätzten Füllungsgrad des Leervolumens (20 Liter . 0,51 = 10,2 Liter) von 2/3 und einem Überzugsmassengewicht von 4477 g erhält man eine geschätzte Schaumdichte von (4477 g/ ((2/3) . 10,2 Liter) = 0,66 g/cm3. Die erhaltene ausgehärtete Masse eignet sich wegen der ausgezeichneten Haftung zu Metallober dächen und ihrer hohen mechanischen Festigkeit gut zur Füllung von Verbundelementen mit metallischen Außenschichten.
Beispiel 3. Vermiculit und Wasserglas als Überzugsmasse
Beispiel für grobkörnige Partikel mit großer spezifischer Oberfläche (geblähter Vermiculit). In einem schonenden, langsam laufenden Mischprozeß wird die Überzugsmasse aufgetragen. Schäumung und Härtung werden durch Microwellenerwärmung gestartet.
Versuchsdurchführung:
20 g geblähter Vermiculit werden mit einer Mischung von 30 g Wasserglas 50/49 (50 Gew.-%) + 1,2 g Natriumperborat (gemahlen) + 7 g Fabutit 277 innig gemischt. Die überzogenen Partikel werden von Hand aus in eine Form gegeben, leicht zusammengedrückt und anschließend mit Microwellenenergie auf etwa 90 0C erhitzt. Man erhält eine Formkörperdichte von 0,25 g/cm3 bis 0,27 g/cm3.
Bemerkungen:
• Partikel: Als Partikel wird geblähter Vermiculit (Fa. KramerProgetha Deutschland) der Korngröße von 3 mm bis 15 mm, mit einer Schüttdichte von 100 g/Liter und einem experimentell bestimmten Leervolumen von etwa 60 Volumsprozent eingesetzt.
• Überzugsmasse: Als Überzugsmasse wird eine 50 gewichlsprozentige Natriumwasserglaslösung (Fa. Henkel) (Viskosität: 500-830 mPa.s), in welcher fein gemahlenes Natriumperborat und der Wasserglashärter Fabutit 277 (Chemische Fabrik Budenheim, Deutschland) eingemischt sind, verwendet.
• Verfahren: Wegen der großen spezifischen Oberfläche des geblähten Vermiculits kann direkt mit der ungefüllten 50 gewichtsprozentigen Wasserglaslösung, der nur Schäumer und Härter zugegeben werden, gearbeitet werden. Die Härtung und Schäumung erfolgt mit einem bei Raumtemperatur langsamen Wasserglashärter und mit Natriumperborat durch rasche Microwellenerhitzung. Man erhält eine Füllung des Leervolumens von etwa 50 Volumsprozent. Obwohl man nur eine Volumsreduktion von etwa 12 % gegenüber dem ursprünglichen Schüttvolumen des geblähten Vermiculites erhält und trotz der im Vergleich zu den Brandschutzplatten aus wasserglasgebundenem Vermiculit (0,35-0,50 g/cm3) erhaltenen niedrigen Dichte von 0,27 g/cm3 werden aufgrund der Schaumstruktur des Silikat- und Quarzgerüstes sehr feste Formkörper erhalten.
Beispiel 4.
Styroporpartikel und Polyurethanschaum
Im Folgenden wird die Verklebung von grobkörnigen Polystyrolpartikeln mit einer schäumenden Polyurethanmasse als Überzugsmasse.
Versuchsdurchführung :
3 g Polystyrolpartikel werden mit einer Mischung aus 3 g Komponente 1 (Polyester) und 4,2 g Komponente 2 (Isocyanat) 30 Sekunden gemischt und unter leichtem Druck ausgehärtet.
Bemerkungen:
• Partikel: Die Polystyrolkügelchen besitzen eine Größe von 3 mm bis 5 mm, ein Schüttvolumen von 100 cm3/g und ein Leervolumen von 72 Volumsprozent.
• Überzugsmasse: Als Überzugsmasse wurde die ungeschäumte Polyurethanmasse, die durch Vormischen aus den Komponenten 1 ((EWIDUR PU-Schaum h 1716, Firma Ing.E.Wildschek & Co., Österreich) und der Komponente 2 (Diphenylmethandiisocyanat) im Mischungsverhältnis von Komponente 1 : Komponente 2 = 100 : 140 hergestellt wurde und die einen Schaum mit dem Raumgewicht frei geschäumt von 0,05 kg/m3 bei einer Startzeit von ca 60 Sekunden und einer Steigzeit von ca. 2,5 Minuten erzeugt, verwendet.
• Verfahren: Der gesamte Schäumprozeß war nach etwa 5 Minuten abgeschlossen.
Das Formkörpervolumen ist im wesentlichen durch das Schüttvolumen der Polystyrolpartikel gegeben. Das Leervolumen ist zu ungefähr 2/3 gefüllt. Die Dichte des Formkörpers beträgt 0,04 g/cm3.

Claims

Patentansprüche Patentanspruch 1
Schäumbare, formbare und härtende Masse enthaltend anorganische Partikel, deren Oberflächen zumindest teilweise mit einer schäumbaren und härtbaren Überzugsmasse überzogen sind.
Patentanspruch 2
Schäumbare, formbare und härtende Masse enthaltend organische Partikel, deren Oberflächen zumindest teilweise mit einer schäumbaren und härtbaren Überzugsmasse überzogen sind.
Patentanspruch 3
Schäumbare, formbare und härtende Masse enthaltend Mischungen von anorganischen und organischen Partikeln, deren Oberflächen zumindest teilweise mit einer schäumbaren und härtbaren Überzugsmasse überzogen sind.
Patentanspruch 4
Masse nach den Ansprüchen 1 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse anorganische dichte Partikel, beispielsweise bestehend aus Schotter, Gipsstein oder anderen Gesteinen, oder Gemenge daraus enthält.
Patentanspruch 5
Masse nach den Ansprüchen 1 und/oder 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse anorganische Partikel mit niedriger Dichte, beispielsweise poröse Partikel oder Hohlkugeln, wie zum Beispiel Blähton, Blähglas, Blähschiefer, Perlite, Blähglimmer, geblähter Vermicu- lit, vulkanische Gesteine, Tuff, Bims, oder Korund, Schamotte, Molochite, oder Glaskugeln, Korundhohlkugeln oder Gemenge daraus enthält.
Patentanspruch 6
Masse nach den Ansprüchen 2 und/oder 3 und 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse organische Partikel aus der Gruppe der organischen Polymeren, beispielsweise Polystyrol, Kork, Holzspäne, Schaumstoffpartikel, Styroporpartikel oder Gemenge daraus enthält. Patentanspruch 7
Masse nach den Ansprüchen 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse organische Partikel diverser Recyclingstoffe, die zur Gruppe der organischen Polymeren gehören, beispielsweise Styroporpartikel, enthält.
Patentanspruch 8
Masse nach den Ansprüchen 1 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse als Partikel anorganische Microspheres, beispielsweise aus Aluminiumoxid, Quarz, Hafniumoxid, Zirkonoxid oder Glas oder organische Microspheres, wie z.B. aus Polystyrol, PMMA, bevorzugt mit der Partikel große von 0,2 bis 0,6 mm, oder Gemenge daraus enthält.
Patentanspruch 9
Masse nach den Ansprüchen 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse anorganische Nanospheres, beispielsweise aus Aluminiumoxid, Quarz, Hafniumoxid, Zirkonoxid oder organische Nanospheres, wie z.B. aus Polystyrol, PMMA, oder Gemenge daraus enthält.
Patentanspruch 10
Masse nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel bevorzugt die Korngrößen von 1 mm bis 24 mm, bis 50 mm oder bis maximal 100 mm, insbesondere Korngrößenbereiche, wie beispielsweise solche zwischen 4 mm und 12 mm, oder vorzugsweise von 2 mm bis 4 mm, 4 mm bis 8 mm, 8 mm bis 16 mm oder 12 mm bis 20 mm, als auch deren Mischungen oder beliebig andere Korngrößenbereiche oder in diesen Bereichen ausgewählte Einkornzusammensetzungen oder dass sie Durchmesser unter 1 mm, beispielsweise Durchmesser von 0,2 mm bis 0,6 mm oder Durchmesser im Nanobereich oder Microbereich besitzen.
Patentanspruch 11
Masse nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überzugsmasse überwiegend anorganisch ist, und a) ein Bindemittel, wie beispielsweise solche auf Phosphatbasis, bevorzugt Aluminiummonophosphat oder Magnesiumphosphat, solche auf Wasserglasbasis, auf Zementbasis, auf Gipsbasis, auf Sorrelze- mentbasis, usw. oder gegebenenfalls Mischungen derselben und b) eine härtend wirkende Substanz für anorganische Bindemittel, wie beispielsweise für Aluminiummonophosphat lösliche mehrwertige Metalloxide, deren Carbonate, für Wasserglas insbesondere säureabspaltende hydrolysierende Stoffe, für Zement und Gips dient Wasser als härtend wirkende Substanz, bei Sorrelzement wird Magnesiuoxid durch Magnesiumsalze, wie beispielsweise deren Chlorid oder Sulfat gehärtet und c) eine gasentwickelnde Substanz, wie beispielsweise Ammoniumcarbonate oder Alkalicarbonate, mehrwertige Metallcarbo- nate, Aluminiumpulver, organische oder anorganische Peroxide, Natriumperborat, Wasserstoffsuperoxid, etc. und d) gegebenenfalls anorganische gemahlene Füllstoffe, wie beispielsweise Kaolin, Kreide, Schiefermehl, Glimmer, Quarz und/oder auch gegebenenfalls feine bis grobkörnige Hydrate, wie Gips, Gipsstein, Magnesiumsulfathydrat, AIu- minumsulfathydrat, etc oder auch organische Füllstoffe, wie Stärke, Zucker, etc., und e) gegebenenfalls Flammschutzmittel, wie beispielsweise Hydrate von Salzen, bevorzugt Sulfate, Phosphate oder Pyrophosphate oder Hydroxyden von Aluminium, Magnesium, Calzium, und f) gegebenenfalls verstärkend wirkende Füllstoffe, wie anorganische oder organische Fasern, beispielsweise Glasfasern, Holzfasern, Zellstofffasern, Kunststofffasern, oder stäbchenförmige Füllstoffe, wie Wollastonit und g) gegebenenfalls thixotropierend wirkende Substanzen, wie hydrophile oder hydrophobe kolloidale oder pyrogene Kieselsäure, synthetische Polymere mit ionischen und/oder anderen assoziierenden Gruppen, wie zum Beispiel Homopoly- mere und Copoplymere von Acrylsäure, ihre Alkali- und Ammoniumsalze, Smectite, organisch modifizierte Bentonite, Montmorrilonite, Carboxymethylzellulose und wasserlösliche Melaminformaldehydharze oder Harnstoffderivatharze, Gelatine, Hydroxypropylmethyl- zellulose, Ethylenoxide und Propylenoxide Copolymere, und h) gegebenenfalls verschiedene Additive, wie Netzmittel, Fließhilfsmittel, Aushärtungsverzögerer und i) gegebenenfalls wasserbindende Substanzen, bevorzugt bei Verwendung wässriger Bindemittel, wie Calziumsulfat, Magnesiumsulfat, Aluminiumsulfat, diverse Phosphate oder Pyrophosphate von Alkalimetallen, Magnesium und Calzium, die Hydrate bilden oder mit Wasser reagierende Substanzen enthält. Patentanspruch 12
Masse nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überzugsmasse überwiegend organisch ist, und a) ein Bindemittel, wie Polyester, Polyurethan, Acrylate, Epoxyharze, Bitumenmassen, und b) eine härtend wirkende Substanz, beispielsweise Isocyanate, Peroxide, Epoxide, etc. und c) eine gasentwickelnde Substanz, wie Wasser bei Polyisocyanaten, Aluminiumpulver, organische oder anorganische Peroxide, Natriumperborat, Wasserstoffsuperoxid, etc. und d) gegebenenfalls anorganische gemahlene Füllstoffe, wie Kaolin, Kreide, Schiefermehl, Glimmer, Quarz, etc. und/oder auch gegebenenfalls feine bis grobkörnige Hydrate, wie Gips, Gipsstein, Magnesiumsulfathydrat, Aluminumsulfathy- drat, etc. oder auch organische Füllstoffe, wie Stärke, Zucker, etc. und e) gegebenenfalls Flammschutzmittel, wie beispielsweise Hydrate von Salzen oder Hydroxyden von Aluminium, Magnesium, CaI- zium, etc. sowohl fein gemahlen oder auch als grobkörnige Füllstoffe eingesetzt, und f) gegebenenfalls verstärkend wirkende Füllstoffe, wie anorganische oder organische Fasern, beispielsweise Glasfasern, Holzfasern, Zellstofffasern, Kunststofffasern, oder stäbchenförmige Füllstoffe, wie Wollastonit und g) gegebenenfalls thixotropierend wirkende Substanzen, wie hydrophile oder hydrophobe kolloidale oder pyrogene Kieselsäure, synthetische Polymere mit ionischen und/oder anderen assoziierenden Gruppen, wie zum Beispiel Homopoly- mere und Copoplymere von Acrylsäure, ihre Alkali- und Ammoniumsalze, Smectite, organisch modifizierte Bentonite, Montmorrilonite, Carboxymethylzellulose und wasserlösliche Melaminformaldehydharze oder Harnstoffderivatharze, Gelatine, Hydroxypropylmethyl- zellulose, Ethylenoxide und Propylenoxide Copolymere, und h) gegebenenfalls verschiedene Additive, wie Netzmittel, Fließhilfsmittel, Aushärtungsverzögerer und i) gegebenenfalls wasserbindende Substanzen wie Calziumsulfat, Magnesiumsulfat, Aluminiumsulfat, diverse Phosphate oder Pyrophosp- hate von Alkalimetallen, Magnesium und Calzium, die Hydrate bilden oder mit Wasser reagierende Substanzen enthält. Patentanspruch 13
Gehärtete und geschäumte Masse nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Leervolumen zwischen den Partikeln durch die geschäumte Masse im wesentlichen vollständig gefüllt ist.
Patentanspruch 14
Gehärtete und geschäumte Masse nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Leervolumen zwischen den Partikeln durch die geschäumte Masse in einem einstellbaren Prozentsatz, beispielsweise von 10%, 20%, 50%, 75% oder 90% des Leervolumens, gefüllt ist.
Patentanspruch 15
Gehärtete und geschäumte Masse erhältlich durch Schäumen und Härten der Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Partikel im wesentlichen miteinander im mechanischen Kontakt stehen.
Patentanspruch 16
Verfahren zur Herstellung einer gehärteten, geschäumten Masse, dadurch gekennzeichnet, dass man die Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 12 härtet und schäumt.
Patentanspruch 17
Verfahren zur Herstellung einer gehärteten, geschäumten Masse, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auf eine Oberfläche aufgetragen oder in Hohlräume gefüllt oder zur Füllung von Verbundelementen verwendet wird und fallweise eine Verdichtung unter Rütteln angeschlossen wird.
Patentanspruch 18
Verfahren zur Herstellung einer gehärteten, geschäumten Masse, dadurch gekennzeichnet, dass organische oder anorganische Partikel oder deren Mischungen zumindest teilweise mit einer schäumbaren und härtbaren Überzugsmasse überzogen werden, wobei in der schäumbaren und härtbaren Masse ein Leervolumen zwischen den Partikeln erhalten bleibt und die Überzugsmasse ein Bindemittel, eine härtend wirkende Substanz, eine gasentwickelnde Substanz und gegebenenfalls Füllstoffe, Flammschutzmittel, verstärkend wirkende Substanzen, thixotropierend wirkende Substanzen, verschiedene Additive und wasserbindende Substanzen enthält, und in dem ersten Verfahrensschritt - der Herstellung der Überzugsmasse und dem Überziehen der Partikel damit - die Überzugsmasse entweder vorab in einem eigenen Gefäß hergestellt wird und als solche den Partikeln in einem Mischer zugesetzt wird oder dass sie durch schrittweises Auftragen der einzelnen Komponenten auf den Partikeloberflächen in einem Mischer hergestellt wird, wobei die Dosierung der Überzugsmasse derart erfolgt, dass nach dem Härtungs- und Schäumungsprozeß das Leervolumen zwischen den Partikeln in einem bestimmbaren Ausmaß gefüllt ist, und im Mischprozeß schnell oder langsam laufende Mischer in kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Mischprozessen eingesetzt werden und im zweiten Verfahrensschritt - einen Formgebungsprozeß -, der sofort an den Mischprozeß anschließt oder zu einem späteren Zeitpunkt erfolgt, diese mit der Überzugsmasse überzogene Partikel enthaltende Masse, bevorzugt unter Rütteln, in eine Form, in einen Hohlraum oder in Verbundelemente mit beispielsweise metallischen Außenschichten, wie Paneelen oder Brandschutztüren, gefüllt wird, oder auf eine Oberfläche gebracht wird, wo sie in einem dritten Verfahrensschritt - einem Schäumungs- und Härtungsprozeß - in Ruhe in einem vorbestimmten Ausmaß schäumt und aushärtet oder zum Schäumen und Härten gebracht wird, und in einem fallweise durchgeführten vierten Verfahrensschritt - einem Trocknungsprozeß - entweder mit Hilfe von der Masse zugesetzten wasserbindenden Substanzen oder durch Durchsaugen von Luft durch den Formkörper oder durch Stehen an der Luft, einer Trocknung unterworfen wird und anschließend der erhaltene Formkörper entweder entformt wird oder in dem Hohlraum, in der Form, im Verbundelement oder auf der Oberfläche verbleibt.
Patentanspruch 19
Verfahren zur Herstellung einer gehärteten, geschäumten Masse, dadurch gekennzeichnet, dass organische oder anorganische Partikel oder deren Mischungen zumindest teilweise mit einer schäumbaren und härtbaren Überzugsmasse auf Phosphatbasis überzogen werden, wobei in der schäumbaren und härtbaren Masse ein Leervolumen zwischen den Partikeln erhalten bleibt und die Masse verfahrensgemäß so hergestellt wird, dass sie aus mindestens zwei Komponenten besteht, wobei eine Komponente das Bindemittel enthält, wobei bevorzugt als Bindemittel mehrwertige Metallphosphatlösungen, bevorzugt Aluminiummonophosphatlösungen, verwendet werden, und nach erfolgter Verteilung der Bindemittelkomponente auf den Partikeloberflächen eine weitere Komponente, die die härtende Substanz, in Form von reaktiven Salzen mehrwertiger Kationen, wie beispielsweise Magnesiumoxid, und in bevorzugter Weise auch die gasabspaltende Substanz, wie beispielsweise Carbonate oder Wasserstoffsuperoxid, enthält, im Mischprozeß in flüssiger oder fester Form zugegeben wird, wobei die Komponenten verfahrensgemäß so aufeinander abgestimmt sind, dass die Härtung der Überzugsmasse durch die fast vollständige Neutralisation der sekundären Wasserstoffatome der Phosphorsäuregruppen erfolgt, und als nächster Verfahrensschritt diese härtbare und schäumbare Masse, nach ihrer Herstellung, in Formen, Hohlräume oder Verbundelemente gefüllt wird, wo sie schäumt und härtet, wobei bevorzugt eine nachträgliche Trocknung der erhärteten und geschäumten Masse durch in der Masse zugesetzte wasserbindende Substanzen oder durch Durchsaugen von Luft durch den Formkörper oder durch Stehen an der Luft, erfolgt und dass fallweise eine nachträgliche Entformung erfolgt, oder der erhaltene Formkörper im Hohlraum, in der Form, im Verbundelement oder auf der Oberfläche verbleibt.
Patentanspruch 20
Verfahren nach den Ansprüchen 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schäumung und Härtung entweder selbsttätig bei Raumtemperatur abläuft oder durch Erwärmen beispielsweise mit thermischer Energie mit Heizeinrichtungen oder mit Microwellen- oder Hochfrequenzenergie gestartet und durchgeführt wird und dass dieser Prozeß fallweise durch einen gleichzeitig oder anschließend ablaufenden Trocknungsprozeß, entweder durch Hydratbildung entweder bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur, wobei ein Temperaturbereich von 300C bis 900C, bevorzugt bei 400C bis 750C, eingehalten wird, oder durch Luftdurchsaugen durch den Formkörper oder durch Stehen an der Luft langsam selbsttätig ablaufend, ergänzt wird.
Patentanspruch 21
Verwendung der Masse nach den Ansprüchen 1 bis 12 und der gehärteten und geschäumten Masse nach den Ansprüchen 13 bis 15 und der gemäß den in den Ansprüchen 16 bis 20 beschriebenen Verfahren produzierten gehärteten Massen zur Herstellung von Dämmmaterial oder Brandschutzmaterial in Form von Platten oder beliebig geformten anderen Formkörpern oder als Füllmaterial in Hohlräumen. Patentanspruch 22
Verwendung der Masse nach den Ansprüchen 1 bis 12 und der gehärteten und geschäumten Masse nach den Ansprüchen 13 bis 15 und der gemäß den in den Ansprüchen 16 bis 20 beschriebenen Verfahren produzierten gehärteten und geschäumten Massen, unter Verwendung anorganischer Partikel, wie beispielsweise Blähglas, Blähton, Blähschiefer, geblähtem Vermiculit und anorganischer Bindemittel, bevorzugt auf Phosphatbasis oder Silikatbasis, fallweise unter Einsatz von wasserbindenden Substanzen, bevorzugt durch Hydratbildung, oder mit Zusatz von Hydraten zur Erhöhung der Brandbeständigkeit, beispielsweise Gips oder Bittersalz, als Formteile und als Gießmassen zur Füllung von Verbundelementen, wie Brandschutztüren und Paneelen, sowie als Hinterfüllungsmaterial für Zargen.
Patentanspruch 23
Verwendung der Masse nach den Ansprüchen 1 bis 12 und der gehärteten und geschäumten Masse nach den Ansprüchen 13 bis 15 und der gemäß den in den Ansprüchen 16 bis 20 beschriebenen Verfahren produzierten gehärteten und geschäumten Massen, unter Verwendung entsprechend leichter anorganischer oder organischer Partikel, wie beispielsweise auf Basis von Blähglas, geblähtem Vermiculit oder auf Basis organischer Polymere, beispielsweise Polystyrolpartikel, und Bindemittel, bevorzugt auf Phosphat- oder Silikatbasis oder auf Basis organischer Polymere, beispielsweise Polyurethanbasis, als Massen und als Formkörper für den Dämmstoffbereich in Form von Platten oder anderen Formteilen und als Füllmaterial in Hohlräumen, beispielsweise in der Bauindustrie für Wand- und Deckenbauteile oder zur Füllung von Verbundelementen, wie beispielsweise in Paneelen und Türen.
Patentanspruch 24
Verwendung der Masse nach den Ansprüchen 1 bis 12 und der gehärteten und geschäumten Masse nach den Ansprüchen 13 bis 15 und der gemäß den in den Ansprüchen 16 bis 20 beschriebenen Verfahren produzierten gehärteten und geschäumten Massen, unter Verwendung leichter anorganischer oder organischer Partikel, wie beispielsweise Blähglas oder Sty- roporpartikel und anorganischer oder organischer Bindemittel, beispielsweise auf Polyurethanbasis oder Aluminiumphosphatbasis, als Massen und als Formkörper in Haushaltsgeräten. Patentanspruch 25
Verwendung der Masse nach den Ansprüchen 1 bis 12 und der gehärteten und geschäumten Masse nach Ansprüchen 13 bis 15 und der gemäß den in den Ansprüchen 16 bis 20 beschriebenen Verfahren produzierten gehärteten und geschäumten Massen, unter Verwendung entsprechend hochtemperaturf ester Partikel, wie beispielsweise Korundpartikel, Hohlkugelkorund oder Aluminumoxidmicrospheres und hochtemperaturfester Bindemittel, bevorzugt auf Aluminiumphosphatbasis, als Massen und als Formkörper für den Hochtemperaturbereich von 600 0C bis 22000C, bevorzugt im Bereich von 9000C bis 14500C und von 1450 0C bis 1750 0C einsetzbar, beispielsweise in Öfen und Heizanlagen für Industrie, Gewerbe und Haushalt.
Patentanspruch 26
Verwendung der Masse nach den Ansprüchen 1 bis 12 und der gehärteten und geschäumten Masse nach Ansprüchen 13 bis 15 und der gemäß den in den Ansprüchen 16 bis 20 beschriebenen Verfahren produzierten gehärteten und geschäumten Massen als Verpackungsmaterial.
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