DE1154752B

DE1154752B - Verfahren zur Herstellung von glasartigen poroesen Formkoerpern

Info

Publication number: DE1154752B
Application number: DEW27376A
Authority: DE
Inventors: Alois Seidl
Original assignee: Wasag Chemie AG
Current assignee: Wasag Chemie AG
Priority date: 1960-03-03
Filing date: 1960-03-03
Publication date: 1963-09-19
Also published as: GB904509A; US3184371A; CH409751A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von glasartigen porösen Formkörpern aus faserigem silikatischem Material und Alkalisilikaten, die unbrennbar und wasserfest sind, sehr gut gegen Wärme und Schall isolieren und sich ausgezeichnet bearbeiten lassen.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, poröse Massen aus Alkalisilikaten herzustellen, indem man die Alkalisilikate eindickt und dann so erhitzt, daß man infolge des raschen Verdampfens des Wassers ein Aufblähen des Silikates erhält. Die Festigkeit so hergestellter Massen läßt aber sehr zu wünschen übrig. Nach einem weiteren Vorschlag ist es bekannt, zur Erhöhung der Festigkeit solchen porösen Massen Füllstoffe, z. B. Quarz, Magnesia, Glimmer, Asbest u. a., zuzusetzen oder zur Vergrößerung der Porenzahl gasentwickelnde Stoffe, wie z. B. Kaliumchlorat, zuzufügen. Diese Verfahren erfordern aber eine komplizierte Vorbereitung der eingesetzten Lösungen.

Beim Einsatz nicht völlig aufgeschlossener Gemische — wie auch schon bekannt wurde — erhöht sich zwar die Festigkeit, auch die Verfahrensschritte werden einfacher, aber sowohl die Feuchtigkeitsbeständigkeit wie das Festigkeitsverhalten der gebildeten Elemente bei Einwirkung höherer Temperaturen und im Brandfalle sind völlig unbefriedigend geblieben.

Ein weiterer Vorschlag, gealterte Gele in Kugelform zum Binden von faserigem Mineralgut zu verwenden, erfordert wiederum eine komplizierte Vorbehandlung aller eingesetzten Stoffe, ohne zu einem technisch günstigen Isolierkörper zu führen, d. h. gleichzeitig geringes Raumgewicht, gute mechanische Festigkeit und Isolierfähigkeit neben Feuchtigkeitsbeständigkeit zu erreichen.

Alle diese Nachteile werden bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten glasartigen porösen Formkörpern vermieden, die sehr gute statische Festigkeit zeigen, gut schallisolierend sind und sich im Brandfall sehr günstig verhalten. Sie lassen sich in jeder Weise bearbeiten, z. B. durch Schneiden, Schrauben, Nageln, Bohren, Sägen, Fräsen, Schleifen. Außerdem ist die Bindefähigkeit der Formkörper zu Zement, Beton, Gips, Kalk und Mörtel gut.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß faseriges silikatisches Material mit Alkalisilikaten im Verhältnis von 0,02 bis 0,7 :1 in wäßriger Lösung aufgeschlossen und gelöst wird. Das Wasser wird bis auf konstitutionell gebundene Reste bei Temperaturen zwischen 140 und 360⁰C ausgetrieben, die trockene Masse dann auf Korngrößen zwischen 0,1 und 10 mm zerkleinert und da-Verfahren zur Herstellung
von glasartigen porösen Formkörpern

Anmelder:

Wasag-Chemie Aktiengesellschaft,
Essen, Rolandstr. 9

Alois Seidl, Thürnstein, Post Lam (Ndb.),
ist als Erfinder genannt worden

nach in Formen auf Temperaturen zwischen 700 und 900° C erhitzt.

Als Ausgangsmaterial dient vorzugsweise Glaswolle, Steinwolle oder Basaltwolle, aber auch andere faserige silikatische Materialien eignen sich gut. Es ist unbedingt notwendig, die handelsübliche Wasserglaslösung, die etwa 30 bis 33% Feststoffe enthält, zu verdünnen, da sonst die Fasern nicht genügend aufgeschlossen werden und man nicht die gewünschte Porosität erreicht.

Das als Vorprodukt dienende Mischsilikat, das durch Auflösen von Glas- oder Steinwolle oder sonstigem silikatischem Fasermaterial in verdünnten Alkalisilikatlösungen erzeugt wird, enthält nach der Erhitzung auf Temperaturen zwischen 140 und 36O⁰C noch maximal 10% Wasser strukturell gebunden, das erst oberhalb 360° C ausgetrieben werden kann. Oberhalb 700° C beginnt die Masse viskos zu werden.

Aus den sich zuerst bildenden Hohlräumen, die eine Wandstärke von etwa 0,1 bis 1 μ besitzen und die noch durch Kanäle miteinander in Verbindung stehen, bilden sich beim Viskoswerden der Masse Blasen aus, und die Kanalverbindungen verschwinden. Der Blasendurchmesser ist von der Temperatur und der Zeitdauer der Erhitzung abhängig. Bei Temperaturen zwischen 700 und 900° C vergrößern sich zuerst diese Blasen, um bei zu langer Erhitzung auf diese Temperaturen wieder an Volumen zu verlieren, dafür steigt jetzt die Dicke der Blasenwände. Bei einer Plattendicke von etwa 20 mm erreicht man bei

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800° C in 10 bis 15 Minuten die gewünschte Porosität. Je nach Einsatzzweck und Ausgangsmaterial können durch Variation von Zeit, Temperatur und Plattendicke alle gewünschten Durchmesser und Wandstärken der Hohlräume eingestellt werden. Zur Erzielung besserer Schalldämmung wurde als zweckmäßig gefunden, eine breite Variation der Größe der Hohlräume im Formkörper zu erreichen.

Es ist in den meisten Fällen völlig ausreichend, den Formkörper 20 bis 30 mm stark zu machen, um die bei Einsatz im Bauwesen oder an sonstigen Stellen geforderten Bedingungen zu erfüllen. Aber auch Körper mit einer Dicke von 100 mm und mehr lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren leicht herstellen. Auch die Einlagerung von Drahtnetzen oder Streckblechen ist möglich, so daß die Formkörper als Hohl- oder Profilträger verwendet werden können.

Es hat sich gezeigt, daß die Zusammensetzung und Korngröße des als Vorprodukt dienenden Mischsilikates von großem Einfluß auf die Blasengröße ist. Dabei erwies sich als zweckmäßig, Korngrößen zwischen 0,1 und 10 mm zu verwenden. So ist z. B. eine Mischung von 50 Gewichtsprozent der Teilchen mit einer Korngröße zwischen 0,1 und 1 mm, 40 Gewichtsprozent Teilchen einer Korngröße von 1 bis 5 mm und 10 Gewichtsprozent der Teilchen mit einer Korngröße von 5 bis 10 mm besonders vorteilhaft.

Ein Zusatz geringer Mengen, z. B. 0,1 bis 3 Gewichtsprozent von Erdalkalicarbonaten, wie CaCO₃, zum Vorprodukt hat sich als vorteilhaft erwiesen, da die Oberflächenspannung bei dem oben beschriebenen Verfahren bei Temperaturen oberhalb 700⁰C verringert wird und sich Blasen mit dünnerer Wandstärke ausbilden. Der fertige glasartige und poröse Formkörper erhält dadurch auch noch ein geringeres Raumgewicht. Die Dichte der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formkörper beträgt im allgemeinen etwa 0,25 g/cm³.

Auch ein Zusatz von färbenden Metallsalzen zur Ausgangslösung in Mengen von 0,01 bis 1 Gewichtsprozent erweist sich als vorteilhaft, wenn man den glasartigen porösen Formkörper für Dekorationszwecke einsetzen will oder sonst Gründe hat, eine farbige Kennzeichnung zu bezwecken. Je nach Wahl der Salze (z. B. Kobaltsulfat, Kaliumchromat, Cadmiumsulfid, Kupfer- oder Eisensalze) kann man jede beliebige Färbung erreichen. Durch Mischung verschiedenfarbiger Mischsilikate kann man auch Körper mit Farbmustern herstellen.

Mischt man den Ausgangsmaterialien oder dem bereits gekörnten Mischsilikat gesteinsartige Stoffe bei, die sich nicht völlig in der Alkalisilikatlösung auflösen, z. B. Bimsstein in Körnungen von 1 bis 3 mm, so wirken sich diese, wenn durch die gewählte Dosierung der Abstand der festen Körnchen im Formkörper eine Entfernung von etwa 10 mm voneinander nicht überschreitet, vorteilhaft auf die Verkürzung der Kühlzeit des fertigen porösen Körpers aus, ohne die sonstigen Eigenschaften ungünstig zu beeinflussen.

Das Ankleben des glasartigen porösen Körpers an metallische Unterlagen kann in bekannter Weise durch CaO-haltige Schichten verhindert werden. Man überzieht daher zweckmäßig die Oberflächen der Formen, in denen die Körper hergestellt werden und aushärten, mit derartigen Schichten.

Soll der poröse Körper dagegen fest auf Metall aufgebracht werden, so entspannt man dieses durch sogenannte »Temperaturschnitte«, um ein Abplatzen des porösen Überzuges zu verhindern.
Sehr günstig ist das ein- oder beidseitige Aufschmelzen des porösen Stoffes auf Glas. Dabei wirkt sich die nur punktweise nichtflächige Haftung sehr vorteilhaft aus, und die Dilatationskurven der verschiedenen Gläser müssen nicht übereinstimmen, man

ίο vermeide jedoch trotzdem die Anwendung von Gläsern, deren Dilatationskurven zwischen oberem und unterem Transformationspunkt extreme Werte zum Überzugsmaterial zeigen. Als vorteilhaft wurden Gläser gefunden, deren Zusammensetzung etwa der des üblichen Fensterglases entspricht. Auch ein ein- oder beidseitiges Überfangen des fertigen porösen Formkörpers mit Glas ist unter Umständen zweckmäßig. In anderen Fällen können auch sonstige Überzugsmittel für die porösen Formkörper verwendet werden, die man entweder aufklebt, aufstreicht oder aufspritzt. So ist das Bekleben mit festen organischen oder anorganischen flächigen Gebilden vorgesehen, da gerade für die Anwendung im Bauwesen dadurch ausgezeichnete dekorative Wirkungen erreicht werden können.

Im Brandfall erleidet der glasartige poröse Körper bei langsamer Erhitzung, z. B. in 30 Minuten auf 700° C, keine Veränderung. Bei plötzlich einwirkenden Stichflammen entstehen in dem Körper nicht sichtbare Haarrisse, die jedoch bei längerer Einwirkung höherer Temperaturen (800° C und darüber) wieder verschmelzen.

Die Wärmeleitung ist im Brandfall bei ungefähren Temperaturen von 800° C schon bei einer 3 cm dicken Platte aus dem porösen Körper so gering, daß ζ. B. die Rückseite dieser Platte erst nach 15 Minuten eine Temperatur von etwa 100° C aufweist.

Die erfindungsgemäß hergestellten porösen Formkörper können im Bauwesen als verlorene Schalung Verwendung finden, d. h., die beim Bau eingesetzte Platte bleibt gleich als Bestandteil der Wand stehen und bieten einen guten Schall- und Wärmeschutz. Man kann so das Gewicht der Zwischenwände bedeutend herabsetzen, denn das spezifische Gewicht der Platten liegt zwischen 0,15 und 0,3 g/cm³. Gleichzeitig kann sogar das Verputzen der Wände eingespart werden, wenn die glasartige poröse Platte eine glatte Oberfläche aufweist. Auch als Dachplattenelemente eignen sich die erfindungsgemäßen Körper vorzüglich. Die leichte Bauweise ermöglicht auch einen Einsatz in Erdbebengebieten oder an Stellen, wo lange Transportwege eine Rolle spielen.

Sowohl in nördlichen kalten, wie in warmen tropischen Gebieten ist die gute Isolierfähigkeit der porösen Körper gegen Wärme von großer Bedeutung. Zur Erhöhung der Stabilität der Formkörper, insbesondere hinsichtlich von Durchbiegebelastungen, hat sich der Einbau von Drahtnetzen oder Streckblech als vorteilhaft gezeigt. Auf diese Weise wird auch die Herstellung leichter, mechanisch gut zu bearbeitender Träger in Profilform, ζ. B. Doppel-T-, Rechteck- oder Rohrform möglich. Bei Betondecken erweist sich ein Aufbringen des Betons auf die porösen Platten zur besseren Trittschalldämmung als günstig. Allgemein können auch die glasartigen porösen Formteile im Schiff-, Flugzeug- oder Fahrzeugbau mit guter Wirkung eingesetzt werden. Auch als Schwimmkörper bewähren sich speziell geformte

Teile. Beim Bau von Kühl- und Klimaanlagen sind Körper und Platten aus dem Stoff gemäß der Erfindung hervorragend einzusetzen.

In den folgenden Beispielen sei das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Diese sind jedoch nur als Erläuterungen zu verstehen und nicht als Begrenzung der Erfindung in irgendeiner Weise.

Beispiel 1

IO

150 g Steinwolle und 11 wäßriger Alkalisilikatlösung (Trockensubstanz 310 g) werden mit 11 einer 0,3gewichtsprozentigen Kobaltsulfatlösung versetzt, die Steinwolle durch Erhitzung völlig gelöst und dann 6 Stunden lang bei 300° C in einem eisernen Kessel eingedampft. Der feste Rückstand wird nach Abkühlung herausgebrochen und in einem üblichen Grobbrecher auf eine Korngröße von maximal 10 mm zerkleinert. Die mit einer Schlichte ausgekleideten Metallformen werden dann mit dem Vorprodukt gefüllt, 15 Minuten auf 800⁰C erhitzt und innerhalb von 2 Stunden langsam abgekühlt.

Beispiel 2

Nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren werden 100 g Steinwolle, 11 der Alkalisilikatlösung wie dort, 20 g Calciumcarbonat bei 200° C 10 Stunden lang erhitzt. Nach einer Zerkleinerung auf Korngrößen von maximal 3 mm erfolgt eine Erhitzung des Vorproduktes auf 820⁰C, die nach 11 Minuten abgebrochen wird und der sich eine langsame Abkühlungszeit von 4 Stunden auf Zimmertemperatur herab anschließt. Man erhält einen feinblasigen Körper mit einer maximalen Porengröße von 5 mm Durchmesser.

35 Beispiel 3

Wie im Beispiel 1 beschrieben, werden 150 g Steinwolle und 20 g Bimsstein mit 11 Natronwasserglas und 11 Wasser, in dem 20 g CaO gelöst sind, versetzt. Nach dem Eindampfen bei 200° C wird das Material bis zu einer Korngröße von 5 mm gebrochen. Dann wird das Vorprodukt in mit Ca(OH)., bestrichenen Metallformen während 15 Minuten auf 85O⁰C erhitzt. Nach IV2 Stunden Kühlung lösen sich die porösen Körper mühelos aus den Metallformen.

Beispiel 4

Ähnlich, wie im Beispiel 1 beschrieben, werden 80 g Glaswolle, 1 1 der im Beispiel 1 genannten Wasserglaslösung und 11 0,2gewichtsprozentige wäßrige Eisenchloridlösung bei 250° C während 4 Stunden zur Trockne eingedampft. Nach Zerkleinerung des Vorprodukts auf Korngrößen unter 5 mm erfolgt die Erhitzung auf 790⁰C für 10 Minuten in Formen, in die vorher eine Glasscheibe und ein Drahtnetz eingelegt wurde. Der gebildete Formkörper eignet sich ausgezeichnet als Wandverkleidung, auch zum Einsatz als verlorene Schalung beim Bau.

Beispiel 5

Eine nach Beispiel 2 hergestellte poröse Platte wird an einer Seite mit einer pastellfarbigen, unbrennbaren Polyvinylchloridfolie von 0,2 mm Stärke beklebt. Die Platte zeigt gute Dekorationswirkung.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von glasartigen porösen Formkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß faseriges silikatisches Material mit Alkalisilikaten im Verhältnis von 0,02 bis 0,7:1 in wäßriger Lösung aufgeschlossen und gelöst, getrocknet, auf Korngrößen zwischen 0,1 und 10 mm zerkleinert und auf Temperaturen zwischen 700 und 900° C erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als faseriges silikatisches Material Steinwolle, Glaswolle oder Basaltwolle verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis von faserigem silikatischem Material zu Alkalisilikat zwischen 0,15 bis 0,5:1 eingehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangsmaterial färbende Metallsalze in Mengen bis zu 1 Gewichtsprozent zugesetzt werden.

5. Verfahren nach Ansprach 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangsmaterial Erdalkalicarbonate in Pulverform in Mengen bis zu 10 Gewichtsprozent zugefügt werden.

6. Verfahren nach Ansprach 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangsmaterial nichtfaseriges silikatisches Material mit einer Korngröße von 1 bis 3 mm in Mengen bis zu 5 Gewichtsprozent zugesetzt wird.

7. Verfahren nach Ansprach 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der glasartige poröse Formkörper ein- oder beidseitig mit Glas überfangen wird.

8. Verfahren nach Ansprach 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper durch Bekleben mit festen organischen oder anorganischen flächigen Gebilden versehen wird.

9. Verfahren nach Ansprach 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper mit üblichen Überzugsmitteln in flüssiger Form überzogen wird.

10. Verfahren nach Ansprach 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im porösen Körper zur Erhöhung der Stabilität Metall in Netzform oder Streckblech eingelegt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 387 747;
»Glastechnische Berichte«, 1943, S. 213 bis 228.