DE19536666C2

DE19536666C2 - Verfahren zur Schaumglasherstellung

Info

Publication number: DE19536666C2
Application number: DE1995136666
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl Ing Selig
Original assignee: ABS ANHALTINISCHE BRAUNKOHLE S
Current assignee: Trovotech GmbH
Priority date: 1995-09-30
Filing date: 1995-09-30
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2015-10-01
Also published as: DE19536666A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaumglas in vorzugsweise flächiger Form.

Schaumglas ist ein besonders fester Wärmeisolationsstoff, welcher sich trotz seiner Festigkeit leicht durch Schneiden, Sägen usw. bearbeiten läßt.

Verfahren zur Herstellung von Schaumglas sind seit mehreren Jahren bekannt, es wurde bisher Schaumglas aus feingemahlenem Glas, Mineralien, Mischsilikaten usw. unter Zugabe von Treibmitteln hergestellt.

Bei Anwendung dieser bekannten Verfahren wurde das Glaspulver zuerst fein gemahlen, mit den eingesetzten Treibmitteln homogen vermischt, anschließend gesintert und letztlich solange erwärmt, bis der erwünschte Verschäumungsgrad erreicht war.

Nach den bekannten Verfahren wurde das Sintern und Schäumen des Schaumglases bisher in beheizten Formen sowie in Tunnelöfen bzw. in Kammeröfen durchgeführt.

Die nach diesen bekannten Verfahren gefertigten Schaumglaskörper wurden nach ihrer Abkühlung aus der Form entnommen und weiterbearbeitet.

In der Patentschrift 1771326 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Schaumglas beschrieben, nach welchem eine Mischung von Pulverglas und einem Schäumungsmittel zunächst in nichtoxidierter Atmosphäre auf einem Band versintert und anschließend zum Schäumen gebracht wird.

Dabei muß das Glas vorher fein gemahlen sein und vor Eintritt in den Tunnelofen mit dem Treibmittel homogen vermischt werden. Dieses Vermischen des Glases mit den Treibmitteln geschieht meist mechanisch, was die geforderte Homogenität des Gemisches nicht immer gewährleistet.

Im Tunnelofen wird dem Gemisch die Wärme von außen zugeführt.

Dabei beeinträchtigt das aufschäumende Material in den Randbereichen schon durch die bei der Verschäumung sofort eintretende wärmeisolierende Wirkung in den benannten Randbereichen den eigentlichen Verschäumungsprozeß.

Bei dem in der Patentschrift DE 30 36 516 A1 beschriebenen Verfahren werden die bekannten Grundstoffe mit den gasbildenden Stoffen gemeinsam in ein Druckgefäß eingegeben und solange erhitzt, bis eine homogene Schmelze entsteht und dabei die gasbildenden Stoffe ausgasen.

Die reagierenden Stoffe müssen dabei ständig unter einem Oberdruck gehalten werden, der genügend hoch ist, um ein Austreten des gebildeten Gases aus der Mischung zu verhindern. Unter Erhöhung ihrer Zähigkeit wird die Schmelze abgekühlt und bei Austritt in die Atmosphäre aufgeschäumt.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Schaumglasherstellung unter Verwendung bekannter Grundstoffe und gasbildender Stoffe in der DE-PS 745 773 beschrieben. Dabei ist ein Sinterrohr dargestellt, welches mit einer Förderschnecke ausgerüstet ist. Als technisches Äquivalent zu dieser Förderschnecke 31 kann auch ein Kolben benutzt werden. Das in einem ersten Verfahrensschritt gesinterte Material wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt einem Ofen zugeführt. In diesem Ofen wird die Sintermasse soweit erwärmt, daß die Druckluftblasen sich ausdehnen können und die Sintermasse aufquillt.

Dieses Verfahren arbeitet mit einem Druck von 0,34 bis 0,7 MPa und einer Sintertemperatur von 510°C und bis 980°C im Blähofen.

Nachteilig bei allen bekannten Verfahren zur Schaumglasherstellung ist das erforderliche zusätzliche feine Zermahlen des Glaspulvers als zusätzlich notwendiger Verfahrensschritt in der Vorstufe des eigentlichen Verfahrens, nämlich vor Beginn des Vermischens mit den gasbildenden Stoffen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren besteht darin, daß mit Beginn der Aufschäumung die Wärmezufuhr zum Inneren der Schaumglasmasse sofort gebremst wird, was nur dadurch zu verhindern ist, daß mittels langer Aufheizzeiten, welche wiederum einen hohen Energieaufwand verursachen, Material bis zu seinem Inneren aufgewärmt wird. Einen weiteren entscheidenden Nachteil stellt der hohe Anteil der manuellen Arbeit dar, welcher durch die Schaumglasherstellung in Formen erforderlich wird, da die Schaumglaskörper nach der Abkühlung weitestgehend einzeln und von Hand ausgeformt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Verfahren dahingehend zu verbessern, daß Energie sowie maschinelle Investitionen bei der Anlagentechnik eingespart werden, damit auch eine ökologische Verbesserung des Verfahren einhergeht und in einer geringeren Zeit hochwertiges Schaumglas hergestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird das Verfahren in folgender Weise ausgestaltet:
Die zur Herstellung von Schaumglas eingesetzten bekannten Grundstoffe wie Glaspulver bzw. Glasstücke, Mineralien, Mischsilikate, Glasbildner und anderes aufzuschäumendes Material mit oder ohne Treibmittel werden gebrochen oder pulverisiert einem Extruder zugegeben und in diesem, unabhängig davon, ob das oder die Treibmittel zu Beginn des Aufschmelzvorganges, also vor dem Extruder, oder während des Aufschmelzvorganges getrennt, einzeln oder zusammen an einer oder verschiedenen Stellen des Extruder zugegeben werden, auf- bzw. eingeschmolzen. Das Aufschmelzen wird durch die Addition der durch die Scherkräfte sowie durch Aneinanderreiben und Kneten der eingesetzten Materialpartikel entstehenden Reibungswärme und einer zusätzlich zugeführten Wärme in Höhe des Differenzbereiches zu der Temperatur, welche zum Umwandeln von Glasstücken bzw. -pulver zur Glasschmelze nötig ist, erreicht.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren kommen als Treibmittel dabei alle chemischen Verbindungen bzw. Elemente zum Einsatz, die durch eine chemische Reaktion eine Gasbildung und damit den Blähvorgang auslösen, wie zum Beispiel Natriumsulfat, Kohlenstoff, Manganoxide.

Des weiteren werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren elektrisch leitende Elemente bzw. Verbindungen wie z. B. Graphit zugegeben.

In dem Extruder wird das Glas bzw. das zu schäumende Material soweit erwärmt, daß die Glasmasse eine fließende, breiige Konsistenz annimmt.

Dabei werden die zugegebenen Materialien geschmolzen, gelöst oder miteinander vermischt und zum Teil oder völlig verschäumt.

Nach vollständiger Vermischung der Komponenten wird das Schaumglas einer Form oder einem Transportband aufgegeben. In der Zuführeinrichtung vom Extruder zur Form bzw. dem Transportband wird mittels induktiver Erwärmung unter Ausnutzung der elektrischen Leitfähigkeit der Glasschmelze bzw. der ihr zugegebenen leitenden Substanzen diese Glasschmelze soweit erwärmt, daß die chemische Reaktion der Treibmittel das Schaumglas kontinuierlich bilden.

Durch das Aufschäumen der Glasschmelze und die Reaktion des bspw. beigegebenen Graphits der anderer elektrisch leitender Materialien erhöht sich der elektrische Widerstand der Schmelze bzw. des Schaumglases.

Durch diesen steigenden elektrischen Widerstand ist eine weitere Erhitzung des entstandenen Schaumglases nicht möglich, d. h. ein Überhitzen des Schaumglases und damit ein Platzen der eingeschlossenen Gasbläschen ist weitgehend ausgeschlossen.

Die im entstehenden Schaumglas vorhandenen kühleren Zonen, also Bereiche des Gemisches, in denen die chemische Reaktion oder die Verschäumung der Schmelze, Lösung, Emulsion oder des Gemisches noch nicht abgelaufen sind, werden durch den Induktionsstrom wesentlich stärker erwärmt als die umliegenden Felder. Dadurch wird eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten Masse erreicht.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Einem Extruder wird kontinuierlich gemahlenes, gebrochenes oder pulverisiertes Glas mit Treibmitteln zugeführt. Als Treibmittel kommen alle chemischen Verbindungen in Frage, die bei höheren Temperaturen sich zersetzen bzw. gasförmige Stoffe freigeben.

So z. B. Natriumkarbonat: Na₂CO₃ → Na₂O + CO₂
oder Kaliumkarbonat: K₂CO₃ → K₂O + CO₂
oder Kalziumkarbonat: CaCO₃ → CCO + CO₂.

Die genannten Treibmittel sind Rohstoffe in der Glasindustrie und als Flußmittel bekannt, wobei die entstehenden Zwischenverbindungen (Na₂O, K₂O, CaO) gleichzeitig glasbildend wirken.

SiO₂ + Na₂O → Na₂SiO₃ oder
SiO₂ + K₂O → K₂SiO₃ oder
SiO₂ + CaO → CaSiO₃.

Die Treibmittel können ebenfalls aus Stoffen, die im höheren Temperaturbereich untereinander reagieren, ersetzt werden.

So z. B. Natriumsulfat und Kohlenstoff (Ruß, Holzkohle usw.) oder kohlenstoff-abgebende Substanzen, z. B. Siliziumkarbid (SiC) usw. Weiterhin ist es möglich, die einzelnen Treibmittel an unterschiedlichen Stellen des Extruders einzuschmelzen und zur Reaktion zu bringen.

2Na₂SO₄ + C → 2Na₂SO₃ + CO₂
Na₂SO₃ → Na₂O + SO₂ oder
Na₂SO₄ + 2C → Na₂S + 2CO₂ oder
Na₂SO₄ → Na₂O + SO₃.

Das Gemisch von Glas und Treibmitteln wird im Extruder erwärmt, wobei das Glas in eine zähfließende Schmelze übergeht.

Das Aufschmelzen des Glases geschieht durch Zuführen von Wärme, als auch durch Addition der Scherkräfte, sowie durch Aneinanderreiben und Kneten der Materialpartikel entstehenden Reibungswärme. Während des genannten Vorganges werden die Ausgangsstoffe weiterhin gemischt bzw. homogenisiert.

Gleichzeitig, sowie bei weiterer Erwärmung laufen die o. g. chemischen Vorgänge ab, wobei die gasförmigen Bestandteile, z. B. CO₂, durch den hohen Druck im Extruder in der Glasschmelze verbleiben.

Die hier einsetzende Verschäumung wird durch den hohen Druck weitgehend vermieden, wobei sich ein großer Teil der gasförmigen Bestandteile, z. B. CO₂, im geschmolzenen Glas löst.

Eine anschließende kontinuierliche Entspannung der Glasschmelze bringt die eigentliche Verschäumung des Glases.

Da die Glasschmelze elektrisch leitfähig ist, kann durch induktive Erwärmung (direkt) die Schmelze weiter erwärmt werden, bis die chemischen Reaktionen abgelaufen sind bzw. das Glas verschäumt ist. Dabei steigt durch die Verschäumung der elektrische Widerstand und ein Oberhitzen des Schaumglases und damit ein Platzen der eingeschlossenen Gasbläschen ist damit weitgehend ausgeschlossen.

Die im entstehenden Schaumglas vorhandenen kühleren Zonen oder Bereiche des Gemisches in dem die chemischen Reaktionen noch nicht abgelaufen bzw. nicht verschäumt sind, werden durch den Induktionsstrom wesentlich stärker erwärmt, als die umliegenden Felder nach der Verschäumung. Die Folge der örtlichen Erwärmung ist ein weiteres Auflösen der o.g. chemischen Reaktionen und damit die Verschäumung der genannten Stellen.

Dadurch wird eine gleichmäßige Verschäumung der gesamten Masse erreicht. Gleichzeitig sei darauf hingewiesen, daß durch Zugabe von chemischen Verbindungen oder Elementen sich der elektrische Widerstand der Glasschmelzen beeinflussen läßt.

In Ausgestaltung der Erfindung kann das Aufschäumen der Glasschmelze drucklos oder durch Entspannung der im Extruder oder nach dem Extruder unter Druck stehenden Schmelze, Lösung, Emulsion oder des Gemisches geschehen.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das eingesetzte Glaspulver bzw. Glasstücke, Mineralien und Mischsilikate nicht erst im Extruder aufgewärmt werden, sondern die Masse wird vor Zuführung in den Extruder soweit erwärmt, das sie fließfähig wird. Diese fließende Masse wird dann nach Zugabe in den Extruder mit den eingesetzten Treibmitteln vermischt und letztlich verschäumt.

Eine weitere besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch den Einsatz eines Extruders realisiert werden, welcher die Masse in einen Temperaturbereich erwärmt, welcher dem bei der induktiven Erwärmung erreichten Temperaturbereich entspricht und die eingesetzten Grundstoffe somit verschäumt.

Bei den Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die aufgeschäumte Masse aus dem Extruder oder nach der induktiven Erwärmung in Formen bzw. auf ein laufendes Band, vorzugsweise mit Zurichtungen, aufgegeben.

In dieser Form bzw. auf dem laufenden Band kühlt das Schaumglas ab und kann danach beispielsweise mechanisch weiterbearbeitet werden.

Claims

1. Verfahren zur Schaumglasherstellung unter Verwendung bekannter Grundstoffe und gasbildender Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Herstellung von Schaumglas eingesetzten bekannten Grundstoffe wie Glaspulver und/oder Glasstücke, Mineralien, Mischsilikate, Glasbildner und anderes aufzuschäumendes Material gebrochen oder pulverisiert einem Extruder zugegeben werden und in diesem mit den ebenfalls in den Extruder eingegebenen Treibmitteln unter Zuführung einer zusätzlichen Wärme, welche in Addition mit der durch die Scherkräfte sowie durch Aneinanderreiben und Kneten des eingesetzten Materials entstehenden Reibungswärme die Temperatur bildet, welche zum Erreichen der Umwandlung von Glaspulver und/oder Glasstücken, Mineralien, Mischsilikaten, Glasbildnern und anderen aufzuschäumenden Materialien zur Glasschmelze nötig ist, geschmolzen wird, und nach vollständiger Vermischung und Aufschmelzung der Komponenten die aufgeschäumte Glasschmelze und/oder das Schaumglas einer Form oder einem Transportband mit Zurichtungen aufgegeben wird.

2. Verfahren zur Schaumglasherstellung unter Verwendung bekannter Grundstoffe und gasbildender Stoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuführeinrichtung vom Extruder zur Form oder dem Transportband die Glasschmelze mittels induktiver Erwärmung soweit erwärmt wird, daß durch die chemische Reaktion der Treibmittel das Schaumglas kontinuierlich gebildet wird.

3. Verfahren zur Schaumglasherstellung unter Verwendung bekannter Grundstoffe und gasbildender Stoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung elektrisch leitende Elemente und/oder Verbindungen wie z. B. Graphit zugegeben werden.

4. Verfahren zur Schaumglasherstellung unter Verwendung bekannter Grundstoffe und gasbildender Stoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Glaspulver und/oder die Glasstücke, Mineralien und Mischsilikate vor Zuführung in den Extruder soweit erwärmt wird/werden, das es/sie fließfähig wird/werden.

5. Verfahren zur Schaumglasherstellung unter Verwendung bekannter Grundstoffe und gasbildender Stoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze, Lösung, Emulsion oder das Gemisch im und nach dem Extruder unter Druck steht und durch eine Entspannung die Freisetzung der Gase bewirkt wird.