DE2756198C3

DE2756198C3 - Anorganischer Schaumstoff auf Basis von Metallphosphaten, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung als Wärmeschutzmaterial

Info

Publication number: DE2756198C3
Application number: DE19772756198
Authority: DE
Inventors: Isamu Zushi Kanagawa Iwami
Original assignee: Asahi Dow Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1982-08-05
Also published as: DE2756198B2; FR2374393A1; GB1565740A; FR2374393B1; CA1103405A; DE2756198A1

Description

R'—(O)_1n-Q=(O)* (I)

(O)_n
R"

in der Q ein Phosphor- oder Stickstoffatom bedeutet und k, /, m und η ganze Zahlen mit einem Wert von 0 oder 1 sind, wobei falls Q ein Phosphoratom ist,

a) k den Wert 0 oder 1, / und m den Wert 1 und η den Wert Ooder 1 hat, R und R' WasserstofT-atome sind und R" ein gegebenenfalls substituierter Alkyl- oder Arylrest ist, oder

b) k den Wert 0 oder 1, Z den Wert 1 und mundn den Wert 0 oder ! haben, R ein Wasserstoffatom ist und R' und R" gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylreste sind, und falls Q ein Stickstoffatom ist, k, Z, m und η den Wert 0 haben, R, R' und R" Wasserstoffatome oder gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylreste sind, mit der Maßgabe, daß R, R' und R" nicht sämtlich Wasserstoffatome sein können, zusetzt.

19. Verwendung der Schaumstoffe nach den Ansprüchen 1 bis 8 als Wärmeschutzmaterialien.

Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen bezeichneten Gegenstand.

Organische Schaumkunststoffe, wie Polyurethan-, Polystyrol- und Polyethylenschaum, besitzen ausgezeichnete Wärmeisolierfähigkeit und eignen sich für verschiedene Zwecke, z. B. als Baumaterialien und Wärmeschutzmaterialien. Hierbei lassen sich die Polyurethan-Schaumstoffe bei Normaltemperatur schäumen und verfestigen, so daß sie sich insbesondere für Anwendungsbereiche eignen, bei denen die strukturelle Endfertigung direkt am Herstellungsort erfolgt. Alle genannten Materialien sind jedoch aufgrund ihrer organischen Natur entflammbar und besitzen keine zufriedenstellende Wärmebeständigkeit. Vor allem die durch die Ruß- und Giftgasentwicklung beim Verbrennen der organischen Materialien verursachten Schäden haben sich in letzter Zeit zu einem großen Problem entwickelt. Auf dem Gebiet der Wärmeisoliermaterialien werden daher große Anstrengungen unternommen, nicht entflammbare Produkte herzustellen.

Andererseits zeichnen sich anorganische Schaumstoffe, wie Glasschäume und poröser Leichtbeton, durch ihre Nicht-Entflammbarkeit und ausgezeichnete Hitzebeständigkeit aus. Alle diese Materialien werden jedoch bei hoher Temperatur und hohem Druck hergestellt, so daß eine offenzellige Struktur entsteht, die eine hohe Wasserabsorption und schlechte Wärmeisolierfahigkeit aufweist. Ferner hat diese Verfahrensweise den Nachteil, daß nur Produkte .'on bestimmter

ίο Form hergestellt werden können.

In der US-PS 31 48 996 ist eine bei Normaltemperatur schäumbare und härtbare Mischung fur anorganische Schaumstoffe beschrieben, die ein saures Metallphosphat, wie saures Aluminiumphosphat, feinpulveriges Caiciumsilikat und ein flüssiges Bindemittel, wie Wasser, enthält. In einem typischen Beispiel werden 50 Gewichtsteile einer wäßrigen Aluminiumphosphatlösung mit 50 Gewichtsteilen Calcium^ilikatpulver vermischt; d. h. der zum vollständigen Verfestigen der Aluminiumphosphatlösung erforderlichen Menge. Nach teilweiser Verfestigung des Gemisches versetzt man mit etwa 5 Gewichtsteilen Calciumcarbonat, wobei unter Schäumen ein Produkt mit einem spezifischen Gewicht von 0,29 g/cm³ entsteht.

In der US-PS 33 30675 ist eine weitere Mischung für anorganische Schaumstoffe beschrieben, bei der einige physikalische Eigenschaften gegenüber der Mischung der US-PS 3148 996 dadurch verbessert werden, daß das Calciumsilikal durch eine basische Verbindung ersetzt ist, die das freie P₂O₅ in der sauren Aluminiumphosphatlösung vollständig neutralisiert. Aus dieser Mischung hergestellte Schaumstoffe haben eine Dichte von 0,1 — 1 g/cm³.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen anorganischen Schaumstoff mit einem hohen Expansionsverhältnis und einem spezifischen Gewicht von 0,15 g/cm³ oder weniger bereitzustellen, der diskrete (d.h. getrennte) Zellen enthält, nicht entflammbar ist und ausgezeichnete Wärmeisolierfähigkeit und Hitzebeständigkeit aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein bei Normaldruck und -temperatur durchfuhrbares Verfahren zur Herstellung dieses Schaumstoffs bereitzustellen.

Es wurde nun gefunden, daß eine wäßrige saure Lösung eines Metallphosphats mit einem spezifischen Atomverhältnis von Metallen zu Phosphor (M/P-Verhältnis) und einem spezifischen Äquivalentverhältnis (Ä-Verhältnis) mit einem basischen Metallcarbonat zu einem Schaumstoff geschäumt werden kann, der ein hohes Expansionsverhältnis aufweist.

Ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen

Verfahrens besteht darin, daß man zunächst eine stabile wäßrige Lösung eines Metallphosphats mit einem

spezifischen M/P-Verhältnis und Ä-Verhältnis herstellt, die selbst bei längerer Lagerung nicht von selbst aushärtet, und dann die erhaltene stabile Lösung durch Zusatz eines basischen Carbonats eines mehrwertigen Metalls gleichzeitig schäumt und verfestigt. In dem vorstehend genannten bekannten Verfahren zur Herstellung von anorganischen Schaumstoffen müssen demgegenüber unbedingt stöchiometrische Mengen (Ä-Verhältnis = 1) der Härtungsmittel (Caiciumsilikat oder basische Verbindung) verwendet werden, um eine vollständige Härtung des Phosphatgemisches zu bewirken. Außerdem wird mit dem Schäumen begonnen, nachdem die Härtung bereits in gewissem Ausmaß erfolgt ist, oder aber man beginnt mit dem Schäumen und Aushärten gleich-

zeitig, in dem man das Phosphatgemisch gleichzeitig mit dem Härtungsmittel und dem Schäummittel vermischt. Es ist völlig überraschend, daß ein stark expandierter Schaumstoff durch gleichzeitiges Schäumen und Verfestigen einer stabilen wäßrigen Metallphosphatlösung, die auf spezifische Weise nach dem Verfahren der Erfindung erhalten worden ist, hergestellt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist ein anorganischer Schaumstoff auf Basis von Metallsalzen der Phosphorsäure, der dadurch gekennzeichnet ist, daß

a) das Verhältnis der Gesamtzahl der die Salze bildenden Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome 2/3 bis 2/1 beträgt;

b) zu den die Salze bildenden Metallen mehrwertige Metalle zählen, wobei das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen der Metalle zu den Gesamtvalenzen der Phosphationen 0,65 bis 0,95 beträgt;

c) der Schaumstoff Zellen mit einem mittleren Durchmesser von 3 mm oder weniger und

d) ein spezifisches Gewicht von 0,15 g/cm³ oder weniger aufweist.

Der anorganische Schaumstoff der Erfindung unterscheidet sich strukturell von allen bekannten anorganischen Schaumstoffen. Der Unterschied wird aus der Zeichnung deutlich, in der

F i g. 1 eine mikroskopische Aufnahme (13 χ ) eines Querschnitts des erfindungsgemäßen Schaumstoffs aus Beispiel 8,

F i g. 2 eine mikroskopische Aufnahme (13 χ ) eines Querschnitts des in Vergleichsbeispiel 6 durch herkömmliches Schäumen bei Normaltemperatur hergestellten Schaumstoffs und

Fig. 3 eine mikroskopische Aufnahme (13 χ ) eines Querschnitts durch eine handelsübliche Calciumsilikatplatte bedeutet, die unter hohem Druck bei hoher Temperatur hergestellt worden ist.

Ein Vergleich der Fig. 1 bis 3 zeigt, daß der erfindungsgemäße Schaumstoff im Vergleich zu den bekannten Produkten in den F i g. 2 und 3 (diskrete, d. h. getrennte) Zellen von gleichmäßiger Größe aufweist, was auf ein hohes Expansionsverhältnis des erfindungsgemäßen Schaumstoffs hinweist. Aufgrund dieser strukturellen Unterschiede ist der erfindungsgemäße Schaumstoff ein neuartiges Produkt mit niedrigem spezifischen Gewicht, ausgezeichneter Wärmeisolierfähigkeit und Hitzebeständigkeit sowie geringer Wasserabsorption.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung des anorganischen Schaumstoffes, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine schäum-

(A) ein Metallphosphat, das mindestens ein mehrwertiges Metall enthält, wobei das Verhältnis der Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome in dem Metallphosphat 1/3 bis 3/2 und das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen der Metallatome zu den Gesamtvalenzen der Phosphationen in dem Metallphosphat 1/3 bis 3/4 betragen,

(B) ein Carbonat eines mehrwertigen Metalls und

(C) Wasser enthält, bei Normaltemperatur schäumen und aushärten läßt.

Die Menge des Carbonate des mehrwertigen Metalls wird hierbei so gewählt, daß das Verhältnis der Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome in dem entstehenden Schaumstoff 2/3 bis 2/1 und das Äquivalenlverhältnis der Gesamtvalenzen der Metalle in bezug auf die Gesamlvalenzen der Phosphationen in den entstehenden Schaumsloffen 0,65 bis 0,95 betragen.

Im Verfahren der Erfindung kann z. B. eine Mischung eingesetzt werden, die K)O Gewichisteile des Metallphosphals (A), 5 bis 50 Gewichtsteile des Carbonats (B) und 20 bis 200 Gewichtstcile Wasser

ίο (C) enthält.

Spezielle Beispiele für die mehrwertigen Metallphosphate (A) sind primäre Phosphate, wie primäres Magnesiumphosphat, Calciumphosphat, Strontiumphosphat, Bariumphosphat, Zinkphosphal oder AIuminiumphosphat, und Gemische aus diesen primären mehrwertigen Metallphosphalen mit einem sekundären Phosphat, tertiären Phosphat oder Pyrophosphat von Metallen, wie Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Aluminium, Zink, Eisen oder Mangan. Die mehrwertigen Metallphosphate können gegebenenfalls mit Oxiden, Hydroxiden oder Silikaten von ein- oder mehrwertigen Metallen, z. B. Alkalimetallen, wie Lithium, Natrium oder Kalium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Aluminium, Zink, Eisen oder Mangan, modifiziert werden.

Als mehrwertiges Metall des Metallphosphats wird im allgemeinen ein zwei- oder dreiwertiges Metall verwendet. Hierbei sind im Hinblick auf die mechanische Festigkeit des Schaumstoffs Magnesium, Zink

3« und Aluminium bevorzugt. Ferner wird Calcium wegen der geringen Kosten vorzugsweise verwendet

Die genannten Metaphosphate können direkt durch Umsetzen einer wäßrigen Phosphorsäurelösung mit Oxiden, Hydroxiden oder Salzen der genannten

J5 Metalle hergestellt werden. In jedem Fall ist von kritischer Bedeutung, daß das Verhältnis (M/P) der Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome in dem Metallphosphat 1/3 bis 3/2 beträgt.

Falls das M/P-Verhältnis in dem eingesetzten Metallphosphat weniger als 1/3 beträgt, verläuft die gleichzeitig mit dem Schäumen erfolgende Aushärtung nicht ausreichend und es ist schwierig, das Schäumen und Aushärten im erforderlichen Gleichgewicht zu halten. Dies hat zur Folge, daß Schaumstoffe mit gleichmäßigen und feinen Schaumzellen nur schwer herstellbar sind. Es entstehen lediglich Schaumstoffe mit schlechter Wasser- und Hitzebeständigkeit. Wendet man andererseits ein M/P-Verhältnis von mehr als

so 3/2 an, so sind die wäßrigen Lösungen dieser Salze äußerst instabil. Die wäßrige Lösung neigt zur Selbsthärtung, wodurch ebenfalls das Schäumen und Aushärten Tiicht in dem erforderlichen Gleichgewicht gehalten werden können, so daß nur ein Schaumstoff mit niedrigem Expansionsverhältnis entsteht.

Ferner beträgt das Äquivalentverhältnis (A) in dem eingesetzten Metallphosphat vorzugsweise 1/3 bis 3/4. Ä ist hierbei nach folgender Gleichung definiert als das Verhältnis der Gesamtvalenzen der Metalle zu denen der Phosphationen:

A =

Σί χ E₁

3xM,

Hierbei bedeuten N_p die Anzahl der Phosphoratome in dem Metallphosphat, i die Wertigkeit des jeweiligen Metalls und £,· die Anzahl der Metallatome mit der Wertigkeit L

Beispiele für geeignete Carbonale von mehrwertigen Metallen sind Magnesiumearbonat, Calciumcarbonat, Slrontiumcarbonat, Bariumcarbonul, Zinkcarbonat, Eisencarbonat, Kobaltcarbonal, Zirkoniumcarbonat, basisches Magnesiumearbonat und basisches Kobalt- -, carbonat. Die Carbonate müssen sich von einem Metall mit einer Wertigkeit von 2 oder mehr ableiten, damit sie als Treibmittel, das bei der Reaktion mit dem genannten Phosphat Kohlendioxid entwickelt, und gleichzeitig als Härlungsmittel zum Verfestigen des m Metallphosphals fungieren können.

Die eingesetzte Carbonatmenge hängt vom M/P-Verhältnis und vom Äquivalentverhältnis Ä ab. Verwendet man nämlich ein Metallphosphat mit einem höherem M/P-Verhältnis undÄquivalenlverhältnisÄ, ^ so kann das Gleichgewicht zwischen Schäumen und Aushärten durch Verwendung einer geringen Carbonatmenge aufrecht erhalten werden. Sind andererseits das M/P-Verhältnis und dasÄquivalentverhältnis Ä kleiner, so ist eine relativ große Carbonatmenge erforderlich, um das erforderliche Gleichgewicht zwischen Schäumen und Aushärten aufrecht zu halten. Eine Analyse der erhaltenen Daten hat ergeben, daß zufriedenstellende Ergebnisse dann erzielt werden, wenn man das Äquivalentverhältnis Ä des eingesetzten 2■> Metallphosphats, das im Bereich von 1/3 bis 3/4 liegt, durch Zusatz des Carbonats auf 0,65 bis 0,95 erhöht. Um durch Entwicklung von Kohlendioxidblasen eine ausreichende Expansion zu erzielen, wird das Carbonat ferner vorzugsweise in einer Menge jo verwendet, die zur Erhöhung des Äquivalentverhältnisses um mindestens 0,06, vorzugsweise 0,15 oder mehr, ausreicht. Um den genannten Bedingungen zu genügen, werden üblicherweise 5 bis 50 Gewichtsteile Carbonat pro 100 Gewichtsteile Metallphosphat verwendet.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt man zunächst eine wäßrige Lösung oder Dispersion des Metallphosphats her. Hierbei ist wichtig, daß die Komponenten homogen vermischt werden und die erhaltene wäßrige Lösung oder Dispersion eine geeignete Viskosität aufweist. Bei zu niedriger Viskosität kann der Schaumstoff vor dem Verfestigen schrumpfen. Andererseits ist es bei zu hoher Viskosität schwierig, das Treibmittel zuzumischen. In keinem dieser Fälle wird daher ein brauchbarer Schaumstoff erhalten. Zur Erzielung einer geeigneten Viskosität verwendet man 20 bis 200 Gewichtsteile Wasser pro 100 Gewichtsteile des Phosphats bzw. modifizierten Phosphats. Eine Analyse der erhaltenen Daten hat ferner ergeben, daß man besonders günstige Ergebnisse erzielt, wenn man das Carbonat einer wäßrigen Lösung oder Dispersion des Phosphats oder modifizierten Phosphats zusetzt, bei dem das M/P-Verhältnis 1/3 bis 3/2 und das Äquivalentverhältnis Ä 1/3 bis 3/4 betragen und das M/P-Verhältnis nicht kleiner als das Äquivalentverhältnis Ä und nicht höher als das 2/3fache des Äquivalentverhältnisses Ä ist. Die Zusatzmenge wird hierbei so gewählt daß das Äquivalentverhältnis Ä um mindestens 0,06 auf ein Äquivalentverhältnis Ä des erhaltenen Schaumstoffs im Bereich von 0,65 bis 0,95 erhöht wird.

Die wäßrige Lösung oder Dispersion des Metallphosphats, deren Zusammensetzung innerhalb des genannten bevorzugten Bereichs liegt, ist selbst bei längerer Lagerung stabil und zeigt keine Selbsthärtungsneigung. Die stabile wäßrige Lösung oder Dispersion des Metallphosphals kann durch Zugabe des genannten Melallcarbonats mit einem hohen Expansionsverhältnis geschäumt und gleichzeitig verfestigt werden, üblicherweise wird das Carbonat zugegeben, in dem man die wäßrige Phosphatlösung oder -dispersion mit hoher Geschwindigkeit rührt.

Hierauf gießt man das erhaltene Gemisch ίϊι eine geeignet geformte Form und läßt es bei Normallemperalur schäumen und aushärten, innerhalb einigen Sekunden bis zu einigen K) Minuten nach dem Mischen beginnt gewöhnlich das Schäumen und die vollständige Aushärtung erfolgt innerhalb IO Minuten bis K) Stunden. Der Expansionsgrad, die Expansionsgeschwindigkeit und die Aushärtungsgeschwindigkeit können anhand der Zusammensetzung des Phosphats, des verwendeten Carbonats und seiner Menge sowie der Rührgeschwindigkeil beim Mischen beliebig geregelt werden.

Der anorganische Schaumstoff der Erfindung weist vorzugsweise an die Phosphatgruppen chemische gebundene hydrophobe Gruppen auf. Unter diesen hydrophoben Gruppen verleihen insbesondere Reaktionsprodukte zwischen den Phosphalgruppen und Verbindungen der allgemeinen Formel (I) dem Schaumstoff ausgezeichnete wasserabstoßende Eigenschaften:

R'—(O)„,—O=(O)₁ (I)

(O)_n
R"

Hierbei bedeutet Q ein Phosphor- oder Stickstoffatom und k, L m und η sind ganze Zahlen von 0 bis 1, wobei.falls Q ein Phosphoratom ist,

a) A- den Wert 0 oder 1. / und m den Wert 1 und η den Wert 0 oder 1 haben, R und R' Wasserstoffatome sind und R" ein Alkyl-, Aryl-, substituierter Alkyl- oder substituierter Arylrest ist, oder

b) k den Wert 0 oder 1, / den Wert 1, m und η den Wert 0 oder 1 haben, R ein Wasserstoffatom ist, und R' und R" Alkyl-, Aryl-, substituierte Alkyl- oder substituierte Arylreste sind, und falls Q ein Stickstoffatom ist, k, /, m und η den Wert 0 haben und R. R' und R" Wasserstoffatome oder Alkyl-, Aryl-, substituierte Alkyl- oder substituierte Arylrpc|_A drtA mi* At**· ΜηΠηηΙ,Λ ΑηΐΧ D D' ιι«*4 D"

ϊ WoIC S(IlU. «lilt \4\*t |,lULr^.UUV, UULJ XV, IV UItVl IV

nicht gleichzeitig Wasserstoffatome sein können.

Typische Beispiele für Verbindungen der Formel (I) sind:

(a) P

R₂ OH

R₁-O O

(b) P

/ \
R₃-O OH

R.

(C)

P-OH

R₁-O

(d) P-OH /

R₃-O

R₄

(e) R₅-N

wobei Ri einen Alkyl-, Aryl-, substituierten Alkyl- oder substituierten Arylrest, R₂ eine Hydroxygruppe oder einen Alkyl-, Aryl-, substituierten Alkyl- oder substituierten Arylrest, R₃ ein Wasserstoffatom oder einen Alkyl-, Aryl-, substituierten Alkyl- oder substituierten Arylrest und R₄, R₅ und R₆ Wasserstoflatome oder Alkyl-, Aryl-, substituierte Alkyl- oder substituierte Arylreste bedeuten, R₄, R₅ und R₆ jedoch nicht gleichzeitig Wasserstoffatome sein können.

Bekannte anorganische Schaumstoffe oder poröse Materialien haben gemeinsam den Nachteil, daß sie eine schlechte Wasserbeständigkeit aufweisen und Wasser oder Feuchtigkeit stark absorbieren. Die ursprünglich gute Wärmeisolierfähigkeit wird daher oft im praktischen Einsatz durch die Wasser- bzw. Feuchtigkeitsabsorption beeinträchtigt.

Zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit ist bereits vorgeschlagen worden, eine hydrophobe Substanz, z. B. Paraffinwachs, Mineralöl oder Siliconöl, in einem anorganischen Material, wie Zement oder Gips, zuzusetzen. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß sich die hydrophobe Verbindung nur äußerst schwer mit den anorganischen Material homogen mischen läßt. Ein bei makroskopischer Beobachtung homogen erscheinendes Gemisch kann sich bei mikroskopischer Beobachtung als inhomogen herausstellen. Die Verbesserung der Wasserbeständigkeit ist daher recht beschränkt; insbesondere bei Schaumstoffen oder porösen Materialien mit einer Struktur, die die Wasserabsorption begünstigt, ist es unmöglich, die Wasserbeständigkeit nach dem beschriebenen Verfahren zu verbessern.

Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird die Wasserbeständigkeit des anorganischen Schaumstoffs der Erfindung dadurch beeinflußt, daß man die Verbindung der allgemeinen Formel (I), die mit dem Metallphosphat reaktive funktionell Gruppen in Kombination mit hydrophoben Gruppen aufweist, homogen dispergiert Die Verbindung entfaltet ihre Wirkung bereits bei äußerst geringen Zusatzmengen und die Wirkung ist praktisch permanent, da die Verbindung chemisch an das anorganische Material gebunden ist Es ist daher von kritischer Bedeutung, daß die Verbindung (I) mit dem Metallphosphat reaktive funktioneUe Gruppen in Kombination mit hydrophoben Gruppen aufweist. Eine nur hydrophobe Gruppen aufweisende Verbindung ist nicht im Sinne der Erfindung wirksam. Als hydrophobe Gruppen eignen sich z.B. Alkyl-, Aryl-, substituierte Alkyl- und substituierte Arylreste. Ferner sind Alkylsilylgruppen

R Si

ίο verwendbar. Die mit dem Metallphosphat reaktiven funktionellen Gruppen sind Aminogruppen, die durch eine Neutralisationsreaktion an die Phosphorsäuregruppen des Metallphosphats chemisch gebunden werden, oder Phosphorhydroxidgruppen, die durch Neutralisations- oder Austauschreaktion an die Metallionen des Metallphosphats chemisch gebunden werden. Spezielle Beispiele für Verbindungen der allgemeinen Formel (I) sind organische Amine, wie Mono- (oder Di- oder Tri-)-butylamin, Mono- (oder Di- oder Tri-)hexylamin, Mono- (oder Di- oder Tri-)-octylamin, Mono- (oder Di- oder Tri-)laurylamin, Mono- (oder Di- oder Tri-)palmitylamin, Anilin oder Myristylphenylamin, organische Phosphorsäuren, wie Mono- (oder Di-)phenylphosphorsäure oder Mono- (oder Di-)phenylphosphorsäure, Phosphorsäureester, wie Phosphorsäuremono- (oder -di-)butylester oder Phosphorsäuremono- (oder -di-)-oleylester, organophosphorige Säuren, wie Mono- (oder Di-)-stearylphosphorige Säure, oder Mono- (oder Di-)- dodecylphenylphosphorige Säure, und Phosphorigsäureester, wie Phosphorsäure-(octyl)-(dodecyl)-ester, Phosphorigsäure - (butyl)- (nonylphenyl) - ester und Phosphorigsäurestearylester.

Die Verbindung der Formel (I) wird in einer

Menge von 0,01 bis 10 Gewichtsteilen, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gewichtsteilen, pro 100 Gewichtsteile Metallphosphat verwendet. Mit Mengen von weniger als 0,01 Gewichtsteil ist kein signifikanter Effekt erzielbar. Andererseits verhindern Mengen von mehr als 10 Ge wichtsteilen ein homogenes Vermischen und Umsetzen und führen in extremen Fällen zu einem Verlust der gewünschten Eigenschaften, d. h. der ausgezeichneten

Wärmeisolierfähigkeil und Nichlenlflammbarkeil. Die Verbindung der Formel (I) kann zu beliebiger

Zeit während der Herstellung des Schaumstoffs zugesetzt werden. Beispielsweise kann sie in der eingesetzten wäßrigen Metallphosphatlösung oder-dispersion enthalten sein, oder aber man kann sie dem Carbonat zumischen, das der wäßrigen Metallphos phatlösung oder -dispersion zugesetzt wird.

Wie vorstehend beschrieben, wird der erfindungsgemäße Effekt durch Verwendung einer Verbindung erzielt. Hie mit dem Metallphosphat reaktive funktionelle Gruppen in Kombination mit hydrophoben

Gruppen aufweist

Mit dem Metallphosphat reaktive hydrophobe Verbindungen, wie Alkohole, Epoxidverbindungen und Aminsalze von schwachen Säuren, können daher ebenfalls verwendet werden, um in situ die Verbindung der Formel (I) zu bilden.

Der anorganische Schaumstoff der Erfindung kann ferner gegebenenfalls Zuschlagstoffe, Verstärkungsmaterialien und/oder Füllstoffe enthalten, um die mechanische Festigkeit zu verbessern. Hierbei ist von Bedeutung, daß die Zellform und -größe des Schaumstoffs durch die Verwendung eines derartigen Verstärkungsmaterials stark beeinflußt wird. Insbesondere die physikalischen Eigenschaften, wie die

Wärmeisolierfähigkeit, können manchmal verschlechtert werden, so daß die Art und die Menge des Verstärkungsmaterials sorgfältig ausgewählt werden sollten. Als Verstärkungsmaterialien eignen sich z. B. faserförmige Materialien, wie Glasfasern, Asbestfasern. Steinwolle, faseriges Calciumsilikat, Cellulosefasern und Synthesefasern, wie Polyester und Polyamide, sowie pulverförmige Verstärkungsmaterialien, wie Flugasche, Talcum, Kaolinit, Zirkonsand, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und Perlit. Die Menge des Verstärkungsmaterials beträgt vorzugsweise I bis 1000 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Phosphats. Vor allem faserförmige Verstärkungsmaterialien können bei Verwendung in zu großen Mengen einen sehr nachteiligen Einfluß auf den Schäumzustand ausüben, während sie andererseits die Festigkeit des Schaumstoffs beträchtlich erhöhen. Sie werden daher vorzugsweise in einer Menge von I bis 25 Gewichtsteilen verwendet. Demgegenüber verbessern pulverförmige Verstärkungsmaterialien in geringer Menge die Festigkeit des Schaumstoffs nicht nennenswert, haben jedoch andererseits bei größeren Mengen keinen negativen Einfluß auf den entstehenden Schaumstoff.

Sie werden daher vorzugsweise in Mengen von 10 bis 1000 Gewichtsteilen verwendet. Mengen von mehr als 1000 Gewichtsteilen sind nicht bevorzugt, da die Verarbeitbarkeit verschlechtert wird und die Schaumstoffe ein geringeres Expansionsverhätnis und schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die Obergrenze des Gehalts an Verstärkungsmaterialien ist ferner dann beschränkt, wenn sie mit dem Metallphosphat der Erfindung reaktive Metallverbindungen enthalten.

Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Mischungen können bei Normaltemperatur und Normaldruck anorganische Schaumstoffe von komplizierter Form hergestellt werden, die mit bekannten anorganischen Schaumstoffen nicht herstellbar sind. Außerdem besitzen die Schaumstoffe der Erfindung ausgezeichnete Nicht-Entflammbarkeit, Wärmeisolierfähigkeit. Hitzebeständigkeit und Wasserbeständigkeit sowie mechanische Festigkeit.

Der erfindungsgemäße Schaumstoff eignet sich ausgezeichnet zur Herstellung von Verbundstoffen mit anderen Materialien. Wie vorstehend beschrieben, ist die erfindungsgemäße Mischung bei Normaltemperatur und -druck schäumbar, so daß Verbundstoffe einfach dadurch hergestellt werden können, daß man die Mischung in den Zwischenraum zwischen den anderen Materialien gießt und schäumen und aushärten läßt. Diese Verarbeitungsweise ist bei bekannten anorganischen Schaumstoffen völlig undenkbar. Durch Gießen der Mischung in den Zwischenraum zwischen den anderen Materialien, die verschiedene komplizierte Form aufweisen können, z. B. eine Ebene, gekrümmte oder Honigwabenstruktur, und anschließendes Schäumen und Aushärten der Mischung können daher leichtgewichtige Verbundstoffe mit ausgezeichneter Wärmeisolierfähigkeit hergestellt werden, die für verschiedene Zwerke, vorzugsweise als Wärmeschutzmaterialien, verwendet werden können. Hierbei ist es nicht erforderlich, großkalibrige Anlagen zu verwenden, sondern die erfindungsgemäße Mischung eignet sich auch für Wärmeisoliermateriaüen von Wärmespeichern, Wärmeisoliermaterialien für Schiffe oder flammhemmende Wärmeisoliermaterialien für Stahlgerüste, bei denen die Formgebung am Ort der Herstellung der Mischung erfolgt.

Andere, in Kombination mit der erfindungsgemäßen Mischung verwendbare Materialien sind z. B. Metalle, Gläser, Zementprodukte, Gipsprodukte, Kunststoffe, Hölzer, Papiere und Gewebe. Der anorganische Schaumstoff zeigt eine ausgezeichnete Haftung an diesen anderen Materialien.

Die Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Teile beziehen sich auf das Gewicht; die Wärmeleitfähigkeit wird nach ASTM-C 518 gemessen.

Zur Bestimmung der Wasserbeständigkeit werden folgende Testverfahren angewandt:

1. Messung der Wasserabsorption

Aus der Probe wird ein 5 χ 5 χ 5 cm großer Prüf- wiegt. Die pro 100 cm³ des Prüfblocks absorbierte

block ausgeschnitten und nach Messung des Gewichts Wassermenge wird nach folgender Gleichung berech-

und des scheinbaren Volumens 3 Stunden in Wasser 45 net: von 25° C getaucht, worauf man den Block nochmals

... , . . ,,_. ·,. Gewicht nach der Absorption (g) — Gewicht vor der Absorption (g)

Wasserabsorption (g/100 cm³ = ^₇-. ^— -z—~r _:—-.—5-^·

Scheinbares Volumen des Prufblocks vor der Absorption (cm )

100.

2. Prüfung des Eindringens von roter Tinte

Aus der Probe wird ein 3 χ 3 χ 6 cm großer Prüf- den Block querdurchschneidet und das Eindringen der block ausgeschnitter, und !2 Stunden in Handels- roten Tinte auswertet,
übliche wäßrige rote Tinte getaucht, worauf man

Beispiel 1

Primäres Aluminiumphosphat 150 Teile
(50prozentige wäßrige Lösung)

Tertiäres Magnesiumphosphat 50 Teile

Tertiäres Calciumphosphat 40 Teile

Die vorstehenden Komponenten mit einem M/P-Verhältnis von 0,91 und einem Ä-Verhältnis von 0,67 werden bei Normaltemperatur vollständig vermischt, worauf man 20 Teile basisches Magnesiumcarbonat zumischt. Das Gemisch wird dann entnommen und stehengelassen. Der sofort beginnende Schäumvorgang ist nach 15 Minuten praktisch vollständig, wobei ein Schaumstoff (M/P = 1,07; A = 0,77) entsteht, dessen Eigenschaften in Tabelle I genannt sind. Die Wärmeleitfähigkeit wird bei einer mittleren Temperatur von 35°C gemessen und die Hitzebeständigkeit wird anhand der Änderungen ausgewertet, die nach 2stündiger Behandlung des Schaumstoffs in einem Elektroofen bei 1000°C zu beobachten sind. Zum Vergleich sind auch die Eigenschaften eines Polystyrolschaums in Tabelle I genannt

13 14

Tabelle 1

Probe	Expansions- verhältnis	Spez. Gewicht	Wärmeleit fähigkeit	Hitzebeständigkeit
			(kcal/m-h. C)
3eispiel 1	19,5	0,11	0.035	keine Änderung nach 2 h bei 1000 C
Polystyrolschaum	25,0	0,04	0,030	vollständige Verformung nach 5 min bei I! 0 C

Beispiele _ und 3 _Dj_e Komponenten werden gründlich vermischt

Vergleichsbeispiele 1 und 2 _{l5 un}d bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei eine

75prozentige wäßrige 91,4 Teile transparente viskose Lösung (M/P = 0,66; Ä = 0,50)

Phosphorsäure-Lösung entsteht. Die Lösung wird mit verschiedenen, in

Aluminiumhydroxid 11,4 Teile Tabelle II genannten Mengen Calciumcarbonat ver-

Zinkoxid 11,4 Teile mischt.

Magnesiumoxid 7,5 Teile 20

Tabelle 11

Vergleichs- Beispiel 2 Beispiel 3 Vcrgleichs-

beispicl I bcispicl 2

Calciumcarbonatmenge (Teile) 4 23 34 51

Die Eigenschaften der entstehenden Schaumstoffe sind in Tabelle III genannt.
Tabelle III

	Spez. Gewicht	M/P	A	Wärmeleit	Schäumung
				fähigkeit
				(kcal/m, h. ' C)
Vergleichsbeispiel 1	—	0,73	0,54	—	geschäumt, jedoch nicht verfestißt
Beispiel 2	0,09	1,00	0,72	0,038	gleichmäßige, getrennte Zellen
					mit einer durchschnittlichen
					Zellengröße von 2,1 mm
Beispiel 3	0,05	1,16	0,83	0,033	gleichmäßige, getrennte Zellen
					mit einer durchschnittlichen
					Zellgröße von 1,5 mm
Vergleichsbeispiel 2	—	1,40	0,99	—	nicht mischbar

Beispiele 4 bis 9

Es werden die in Tabelle IV genannten wäßrigen Metallphosphatmischungen hergestellt. Die Mengenangaben sind Gewichtsteile.

Tabelle IV	Beispiel 4	Beispiel 5	Beispiel 6	Beispiel 7	Beispiel 8	Beispiel 9
	140	140	140	140	160	160
Phosphorsäure
(75% wäßrige Lösung)	40	30	25	20	20	20
Aluminiumhydroxid	10	20	25	30	—	—
Magnesiumoxid	—	—	—	— ■	35	35
Zinkoxid	—	-		—	—	40
Natriumhydroxid	50	50	50	50	—	20
Wasser	0.70	0,81	0,87	0,93	0.55	1.38
M/P	0,63	0.66	0,68	0,70	0,44	0,72
Ä

Die Metallphosphatmischungen sind sämtlich stabile Lösungen, die nach 24 Stunden weder eine Viskositätszunahme noch Verfestigungserscheinungen zeigen.

Die einzelnen Mischungen werden mit basischem Magnesiumcarbonat in der in Tabelle V genannten Menge versetzt. Durch gründliches Mischen der jeweiligen Gemische erhält man Schaumstoffe, deren Eigenschaften in Tabelle V genannt sind.

Tabelle V	Beispiel 4	. Beispiel 5	Beispiel 6	Beispiel 7	Beispiel g	Beispiel 9
	40	35	30	25	80	20
Basisches Magnesium
carbonat (Teile)	1,08	1,15	1,16	1,17	1,23	!,59
M/P	0,89	0,88	0,87	0,86	0,89	0,83
A	0,08	0,07	0,07	0,06	0,04	0,09
Spez. Gewicht	1,1	1,0	1,5	1,0	1,5	2,0
Mittlere Zellengröße
(mm)

Vergleichsbeispiele 3 bis 5

Es werden die in Tabelle VI genannten Metallphosphatmischungen hergestellt. Die Mengenangaben sind Gewichtsteile.

Tabelle VI	Vergleichs	Vergleichs	Vergleichs
	beispiel 3	beispiel 4	beispiel S
	100	100	100
Prim. Alu
miniumphosphat
(50prozentige
wäßrige Lösung)	12,9	—	—
Magnesiumoxid	—	26,9	—
Zinkoxid	—	—	100
Calciumsilicat	1,00	1,03	2,1
M/P	0,78	0,80	:,5
Ä

mit M/P-Verhältnissen und Ä-Verhältnissen außerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche keine stark expandierten Schaumstoffe mit niedrigem spezifischem Gewicht hergestellt werden können.

Vergleichsbeispiel 7

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man Natriumcarbonat an Stelle von basischem Magnesiumcarbonat in derselben Menge. Die Mischung schäumt zwar, jedoch kommt es selbst nach längerer Zeit zu keiner Aushärtung, so daß kein fester Schaumstoff entsteht. Es ist somit von kritischer Bedeutung, ein Carbonat eines mehrwertigen Metalls zu verwenden, das auch als Härtungsmittel fungiert.

Die Metallphosphatmischungen sind sämtlich instabil und verfestigen sich in wenigen Minuten. Bei Zusatz eines Carbonate eines mehrwertigen Metalls ist bei diesen Mischungen praktisch kein Schäumen zu beobachten.

Vergleichsbeispiel 6

Primäres Aluminiumphosphat 100 Teile
(50prozentige wäßrige Lösung)
Calciumsilicat 100 Teile

Die Komponenten (M/P = 2,1; Ä = 1,5) werden gründlich vermischt und dann vor der vollständigen Verfestigung der Komponenten mit 10 Teilen Calciumcarbonat vermengt. Die Eigenschaften des erhaltenen Schaumstoffs sind in Tabelle VII genannt.

Tabelle VII

Spez. Gewicht

Mittlere Zellengröße Wärmeleitfähigkeit
(kcal/m, h.-C)

5,00 mm

0,115

Die Ergebnisse der Vergleichsbeispiele 3 bis 6 zeigen, daß aus selbsthärtenden Ausgangsmischungen

Beispiel 10

Primäres Zinkphosphat 450 Teile
(50prozentige wäßrige Lösung)

Tertiäres Magnesiumphosphat 150 Teile

Tertiäres Calciumphosphat 120 Teile

Die Komponenten (M/P = 1,01; A = 0,68) werden gründlich vermischt, worauf man 75 Teile Magnesiumcarbonat zumischt. Das erhaltene Gemisch wird in den ringförmigen Raum zwischen den Doppelwandungen von senkrecht angeordneten Doppelrohren aus Stahl gegossen, wobei das äußere Rohr eine Höhe von 300 mm, einen Durchmesser von 100 mm und eine Stärke von 1 mm und das innere Rohr eine Höhe von 300 mm, einen Durchmesser von 50 mm und eine Stärke von 1 mm aufweisen. Nach 10 Sekunden beginnt das Schäumen und nach 45 Minuten ist die Aushärtung vollständig. Der Raum zwischen den Doppelwandungen ist vollständig mit einem Schaumstoff (M/P = 1,22; Ä = 0,81) gefüllt, der an den Wandungen fest haftet. Das Expansionsverhältnis eines zur Messung entnommenen Teils des Schaumstoffs beträgt 18,5.

Beispiel Il

Phosphorsäure 80 Teile
(75prozentige wäßrige Lösung)

Aluminiumhydroxid 15 Teile

Zinkoxid 25 Teile
Phosphorsäuremonolaurylester 0,5 Teile

Die Komponenten werden gründlich vermischt und bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei eine trans-

paresite viskose Lösung (MyP =0,79; Ä = 0,66) entsteht Beim Vennischen dieser Losung mit 20 Teilen basischem Magnesiumcarbonat setzt sofort das Schäumen ein und ist nach 10 Minuten praktisch vollständig. Es entsteht ein Schaumstoff (M/P = 1,13, A = 0,87) mit den in Tabelle VIII genannten Eigenschaften.

Tabelle VIII

Dichte Wärmeleit- Druck- Wasserbeständigkeit fähigkeit festigkeit

Wasser- Eindringen

absorption von roter

Tinte

(g/cm³) (kcal/m, h. (kg/cm²) (g/100 cm³) °C»

0,08 0,035

0,5

1,5 nein

Beispiele 12 bis Vergleichsbeispiele 8 bis

Beispiel 11 wird wiederholt, jedoch verwendet man die in Tabelle IX genannten Verbindungen anstelle von Phosphorsäuremonolaurylester. Die Eigenschaf-Tabelle IX

ten der erhaltenen Schaumstoffe sind in Tabelle X genannt.

	Beispiel 12	H O I	Beispiel 13 -	Beispiel 14	Beispiel 15
Verbindung		I -P=O I	Phosphorigsäure- monostearylester	Diphenyl- phosphorsäure	Monooctyl- phosphorige Säure
Chem. Formel	Phosphorsäure- dibutylester	Q-QH₉	H O	H O	H O ι
			HO-P I	QH₅-P=O	HO-P
	QH₉-O-		I O C₁SH₃₇	QH₅	QH₁₇
(Fortsetzung)
		Beispiel 17	Vergleichsbeispiel 8	Vergleichsbeispiel 9
Beispie) 16

Verbindung	Laurylamin	Dimethyloctylamin	Stearinsäure	Dodecylnatriumsulfat
Chem. Formel	H	CH₃	OH 1	ONa
	Q₂H₂₅-N	QH₁₇-N	Q₇H₃₅-C=O	Q₂H₂₅-O-S=O
	I H	CH₃		O

(Fortsetzung)

Verghichsbeispiel 10 Vergleichs- Vergleichsbeispiel 12
beispiel 11

Vergleichsbeispiel 13

Vergleichsbeispiel 14

Verbindung
Chem. Formel

Dodecylbenzol- festes Phosphorsäure-

natriumsulfonsäure Paraffin triphenylester Phosphorigsäure- kein tributylester Zusatz

Q₂H

₂H₂₅

ONa O—QH₅ 0-QH₉

S = O C_mH_m QH₅O-P=O C₄H₉-O-P

O Q-QH₅ Q-QH₉

	19	27	Wasserbe-.iändigkeit	Eindringen	56	198	20	Wasser- Eindringen	(g/100 cm³)	in Tabelle XI	. Einige Tests
			Wassei-	von roter		Wasserbeständigkeit gsprüft, wobei die	absorption von roter	Beispiel 18 1,6 nein
Tabelle X			absorption	Tinte		genannten Ergebnisse erzielt werden.	Tinte
					Tabelle X!	Beispiel 11 1,5 nein
	(g/100 cm³)
		nein				Anmerkung
	4,1	nein		Beispiele 19 bis 21
	1,1	nein		Vergleichsbeispiele 15 bis 1
	3,7	nein		Primäres Aluminiumphosphat (50prozentige wäßrige Lösung) Magnesiumoxid
	1,3	nein		Zinksilicat	nach der
Beispiel 12	3,8	nein	10		Extraktion
Beispiel 13	2,9	ja			vor der
Beispiel 14	30,1	ja			Extraktion
Beispiel 15	34,6	ja ja ja
Beispiel 16	36,1 31,9 32,6	ja
Beispiel 17	30,9	ja	15	6
Vergleichsbeispiel 8	32,3			J 60 Teile 15 Teile
Vergleichsbeispiel 9				5 Teile
Vergleichsbeispiel 10 Vergleichsbeispiel 11 Vergleichsbeispiel 12			20
Vergleichsbeispiel 13	Beispiel 18		Die Komponenten werden gründlich vermischt
Vergleichsbeispiel 14		und umgesetzt, wobei eine transparente viskose Lö
	25	sung (M/P = 0,87; A = 0,68) entsteht

Aus dem in Beispiel 11 erhaltenen Schaumstoff wird ein 3 χ 3 χ 6 cm großer Prüfblock ausgeschnitten, in einen Soxhlet-Extraktor eingebracht und 24 Stunden mit 200 ml Isopropanol extrahiert. Der Prüfkörper wird nach der Extraktion getrocknet und auf seine werden unter Zugabe der in Tabelle XII genannten Mengen von Phosphorsäuredistearylester durchgeführt, worauf man die Lösung vollständig dispergiert und mit 25 Teilen Calciumcarbonat versetzt, um das Schäumen und Aushärten zu bewirken. Es entstehen jeweils Schaumstoffe mit M/P = 1,20 und A = 0,90.

Tabelle XII

Vergleichs- Beispiel 19 Beispiel 20 Beispiel 21

beispiel 15

Vergleiuhsbeispiel 16

Phosphorsäuredistearylester (Teile)

0,005

0,1

5,0

15,0

Die erhaltenen Schaumstoffe werden auf ihre Was- ■ serbeständigkeit und durch lOminütiges Erhitzen auf 800⁰C auf ihre Hitzebeständigkeit geprüft. Hierbei werden die in Tabelle XIII genannten Ergebnisse ermittelt.

Tabelle XIII

Vergleichsbeispiel 15
Beispiel 19
Beispiel 20
Beispiel 21
Vergleichsbeispiel 16

Wasserbeständigkeit

Wasser- Eindringen

absorption von roter

Tinte
(g/100 cm')

25,0

2,1
1,4
1,0
0,8

nein
nein

Hitzebeständigkeit

normal

normal normal normal Ruß- und Geruchsentwicklung

Beispiel 22

Phosphorsäure 80 Teile
(75prozentige wäßrige Lösung)

Aluminiumhydroxid 15 Teile

so Magnesiumoxid 10 Teile

Zinkoxid 15 Teile

Octylamin 1,0 Teil

Die Komponenten werden gründlich vermischt und bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei eine halbtransparente viskose Lösung (M/P = 1,0; A = 0,79) entsteht. Nach Versetzen der Lösung mit 3,0 Teilen Papierpulpe und vollständiger Dispersion mischt man 10 Teile Calciumcarbonat zu und gießt die Mischung in den Zwischenraum zwischen zwei 300 χ 300 χ 1 mm großen Aluminiumplatten, um einen Sandwich-Verbundstoff mit einer Dicke von 50 mm herzustellen. Der Schaumstoff (M/P = 1,18; Ä = 0,90) haftet fest an den Aluminiumplatten. Ein Teil des Schaumstoffs wird herausgeschnitten, um seine Dichte, Wärmeleitfähigkeit, Wasserbeständigkeit und Druckfestigkeit zu prüfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle XIV genannt.

Tabelle XIV

Dichte

(g/cm³)

Wärmeleitfähigkeit

(kcal/m, h. C)

0,041

Eindringen von Druckfestigkeit roter Tinte

(kg/cm²)

2,5 ~ "

nein

Beispiel 23

Phosphorsäure

(75prozentige wäßrige Lösung) Aluminiumhydroxid

Zinkoxid

80 Teile

15 Teile 25 Teile

Die Komponenten werden gründlich vermischt und umaesetzt. wobei eine transparente viskose Lösung (M/P = 0.79; Ä = 0,66) entsteht. 5 Teile Glasfasern (der Asahi Glass Fiber Co., Japan) werden der Lösung zugesetzt und darin vollständig dispergiert. Hierauf mischt man 20 Teile basisches Magnesiumcarbonat zu, entnimmt das Gemisch und läßt es stehen. Das sofort beginnende Schäumen ist nach 10 Minuten praktisch vollständig. Es entsteht ein Schaumstoff (M/P = 1,13; Ä = 0,87) mit einer Dichte von 0,09 g/cm³, einer Wärmeleitfähigkeit von 0,039 kcal/ m. h. C und einer Druckfestigkeit von 2,0 kg/cm².

Beispiele 24 bis 27

Phosphorsäure 80 Teile (75prozentige wäßrige Lösung)

Aluminiumhydroxid 15 Teile

Magnesiumoxid 10 Teile

Zinkoxid 15 Teile

Die Komponenten werden gründlich vermischt und bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei eine halbtransparente viskose Lösung (M/P = 1,0; Ä = 0.79) entsteht.

In den Beispielen 24 bis 27 wird diese Lösung mit verschiedenen, in Tabelle XV genannten Mengen an Papierpulpe versetzt, worauf man vollständig dispergiert, !0 Teile Calciumcarbonat zumischt und das Gemisch schäumen und aushärten läßt. Es entstehen jeweils Schaumstoffe (M/P = 1,18; Ä = 0,90), deren Eigenschaften in Tabelle XV genannt sind.

Tabelle	XV	Dichte	Wärmeleit	Druckfestig
Bei	Papierpulpe		fähigkeit	keit
spiel		(g/cm³)	(kcal/m, h. C)	(kg/cm²)
	(Teile I	0,06	0,033	0,5
24	0	0,07	0,033	1,5
25	2,5	0,09	0,037	ZO
26	5,0	0,15	0,041	7,5
27	20

Beispiele 28 bis 30
Vergleichsbeispiel 17

Primäres Aluminiumphosphat 160 Teile
(50prozentige wäßrige Lösung)

Magnesiumoxid 15 Teile

Zinksilicat 5 Teile

Die Komponenten werden gründlich gemischt und umgesetzt, wobei eine transparente viskose Lösung (M/P = 0,87;Ä = 0,67) entsteht. Verschiedene Experimente werden unter Zusatz verschiedener, in Tabelle XVI genannter Mengen von Kaolinit (SiO₂ 72,10%; AI₂O₃ 19,57%; Fe₂O₃ 0,39%; CaO 0,80%; MgO 0.54%) durchgeführt, wobei man nach vollständiger Dispersion die einzelnen Gemische mit 30 Teilen basischem Magnesiumcarbonat versetzt und Schäumen und Aushärten läßt. Es entstehen jeweils Schaumstoffe (M/P = 1,13; Ä = 0,84), deren Eigenschaften in Tabelle XVI genannt sind.

Tabelle XVI

Kaolinit Dichte

(Teile) (g/cm³)

Wärme- Druckleilfähigfestigkeit
keit

(kcal/m.h. (kg/cm²)
"C)

Beispiel 28
Beispiel 29
Beispiel 30
Vergleichsbeispiel 17

0 0,05

50 0,07

100 0,09

1250 0,47

0,032 0,4

0,035 2,5

0,038 2,7

0,078 9,3

Beispiel 31

Phosphorsäure 80 Teile
(75prozentige wäßrige Lösung)

Aluminiumhydroxid 15 Teile

Magnesiumoxid 10 Teile

Zinkoxid 15 Teile

Die Komponenten werden gründlich vermischt und bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei eine

so halbtransparente viskose Lösung (M/P = 1,0: Ä = 0,79) entsteht. Die Lösung wird mit 3,0 Teilen Papierpulpe versetzt, vollständig dispergiert, mit IU Teilen Caiciumcarbonai vermischt und in der Zwischenraum zwischen zwei 300 χ 300 χ 1 mm großen Aluminiumplatten gegossen, um einen Sandwich-Verbundstoff mit einer Dicke von 50 mm herzustellen. Der Schaumstoff (M/P = 1,18; Ä = 0,90; haftet fest an den Aluminiumplatten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

R'-(O)_m-Q=(O),
(O)_n
R"

(D

10

15

20

Patentansprüche:

I. Anorganischer Schaumstoff auf Basis von Metallsalzen der Phosphorsäure, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Verhältnis der Gesamtzahl der die Salze bildenden Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome 2/3 bis 2/1 beträgt,

b) die die Salze bildenden Metalle mindestens ein mehrwertiges Metall umfassen und das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen des Metalls zu den Gesamtvalenzeη des Phosphations 0,65 bis 0,95 beträgt,

c) der Schaumstoff aus Zellen mit einem mittleren Durchmesser von 3 mm oder weniger besteht und

d) ein spezifisches Gewicht 0.15 g/cm³ oder wenigeraufweist.
2. Schaumstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrwertige Metall mindestens ein zweiwertiges und/oder dreiwertiges Metall ist.
3. Schaumstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrwertige Metall Magnesium, Zink und/oder Aluminium ist.
4. Schaumstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrwertige Metall zusätzlich Calcium ist.
5. Schaumstoff nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallphosphat zusätzlich mindestens ein Alkalimetall enthält.
6. Schaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens einen Zusatz aus der Reihe der Zuschlagstoffe, Verstärkungsmaterialien und Füllstoffe enthält.
7. Schaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er an das Metallphosphat chemisch gebundene hydrophobe Gruppen enthält.
8. Schaumstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophoben Gruppen durch Umsetzen des Metallphosphats mit einer Verbindung der allgemeinen Formel I erzeugt worden sind:

50

55

in der Q ein Phosphor- oder Stickstoffatom bedeutet und /c, /, m und η ganze Zahlen mit einem Wert von 0 oder 1 sind, wobei falls Q ein Phosphoratom ist,

a) k den Wert 0 oder 1, / und m den Wert 1 und η den Wert 0 oder 1 haben, R und R' Wasserstoffatome sind und R" ein gegebenenfalls substituierter Alkyl- oder Arylrest ist, oder

b) feden Wert 0oder 1, /den Wert 1 und m und η jeweils den Wert 0 oder 1 haben, R ein

* Wasserstoffatom ist und R' und R",gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylreste sind, und falls Q ein Stickstoffatom ist, k, /, m und π den Wert 0 haben, R, R' und R" Wasserstoffatome oder gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylreste sind, mit der Maßgabe, daß R, R' und R" nicht sämtlich Wasserstoffatome sein können.
9. Verfahren zur Herstellung eines anorganischen Schaumstoffs auf Basis von Metallsalzen der Phosphorsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung, die

a) ein Metallphosphat mit mindestens einem mehrwertigen Metall, wobei das Verhältnis der Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome in dem Metallphosphat 1/3 bis 3/2 und das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen der Metallatome zu den Gesamtvalenzen der Phosphationen in dem Metallphosphat 1/3 bis 3/4 beträgt,

b) ein Carbonat eines mehrwertigen Metalls und

c) Wasser enthält, wobei die Menge des Metallcarbonats (b) so geregelt wird, daß das Verhältnis der Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome in dem entstehenden Schaumstoff 2/3 bis 2/1 und das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen der Metallatome zu den Gesamtvalenzen der Phosphationen in dem entstehenden Schaumstoff 0,65 bis 0,95 beträgt, schäumt, und bei Normaltemperatur aushärten läßt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als mehrwertiges Metall mindestens ein zweiwertiges und/oder dreiwertiges Metall verwendet.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man als mehrwertiges Metall Magnesium, Zink, Aluminium oder deren Kombinationen verwendet.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man als mehrwertiges Metall zusätzlich Calcium verwendet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Metallphosphat verwendet, das zusätzlich mindestens ein Alkalimetall enthält.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß man das Metallphosphat mit Oxiden, Hydroxiden oder Silikaten von ein- oder mehrwertigen Metallen modifiziert.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß man der schäumbaren Mischung ferner mindestens einen Zusatz aus der Reihe der Zuschlagstoffe, Verstärkungsmaterialien und Füllstoffe zugibt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Strontiumcarbonat, Bariumcarbonat, Zinkcarbonat, Eisencarbonat, Kobaltcarbonat, basisches Magnesiumcarbonat, basisches Zinkcarbonat und/oder basisches Kobaltcarbonat als Carbonate eines mehrwertigen Metalls verwendet.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß man der Mischung

0,0! bis 10 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Metallphosphats, einer Verbindung mit einer hydrophoben Gruppe und einer funktionellen Gruppe, die mit dem Metallphosphat reaktionsfähig ist, als wasserabstoßendes Mittel zusetzt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man der Mischung zusätzlich eine Verbindung der allgemeinen Formel I