DE102008063815A1

DE102008063815A1 - Offenporiger Formkörper

Info

Publication number: DE102008063815A1
Application number: DE102008063815A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Kohlstadt
Original assignee: Individual
Current assignee: Dennert Poraver GmbH
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2010-06-24

Abstract

Ein offenporiger Formkörper ist auf der Basis von anorganischen Leicht-Granulaten mit hydrophober Oberfläche und organischen Bindemitteln hergestellt.

Description

Die Erfindung betrifft einen offenporigen Formkörper auf der Basis von anorganischen Granulaten und organischen Bindemitteln sowie seine Herstellung und Verwendung.
Derartige Formkörper sind seit Jahrzehnten bekannt.
In der DE 10 2007 012973 A1 wird ein wasserdurchlässiger Steinverbundformkörper aus 1 bis 35 Gew.-% reaktiven Polyurethanklebstoffen oder Polyurethanvergussmassen zusammen mit 99 bis 65 Gew.-% mineralischen Füllstoffen beschrieben, die stabile Platten und Formkörper bilden. Als Füllstoffe werden z. B. Steine, Kies Schotter Grobsand, Splitt Keramik oder Granulate aus Glas und Kunststoffen angegeben. Von porösen und beschichten Granulaten ist keine Rede. Der 2-Komponenten-Polyurethan-Klebstoff ist eine Mischung aus der Polyol- und der Isocyanat-Komponente. Die Polyol-Komponente enthält u. a.

– 10 bis 98 Gew.-% mindestens eines oleochemischen Polyols,
– 1 bis 20 Gew.-% eines trocknenden Öls, z. B. Leinöl, und
– 0 bis 75 Gew.-% an Hilfsstoffen, u. a. Hohlkugeln.

Ausgehärtet soll zwischen 5 bis 80°C werden.
Nachteilig ist das hohe Gewicht der Formkörper wegen der kompakten Füllstoffe. Es kann nur verringert werden durch Beimischen von Hohlkugeln als Hilfsstoff des Polyurethanklebstoffes.
In der EP 1 541 605 A2 werden Patten und Formkörper auf Basis von Polyurethanbindemitteln aus mindestens einem Polyisocyanat, Polyolen, langkettigen Fettsäuren, gegebenenfalls Wasser und Aminen mit Füllstoffen beschrieben, wobei u. a. auch Blähton, Blähglas, Blähkeramik, Keramik- oder Glashohlkugeln oder deren Gemische gerannt werden. Die Füllstoffe sollen eine runde oder ovale oder völlig unregelmäßige Struktur aufweisen. Von offenporigen beschichteten Füllstoffen ist keine Rede. Das Verhältnis von Bindemittel zu Füllstoffen soll zwischen 0,5:9,5 bis 5:5 liegen, wobei unklar ist, ob es sich um Volumen- oder Gewichts-Anteile handelt. Selbst bei niedrigem Bindemittelgehalt sollen Platten bzw. Halbzeug mit hoher Festigkeit und hoher Flexibilität erzielt werden. Die Aushärtung erfolgt bei einem Druck von 1 MPa bis 40 Mpa und bei Temperaturen von 60°C bis 180°C für 1 bis 30 min in geschlossenen Formen. Nachteilig ist vor allem, dass weder die Füllstoffe noch der Formkörper selbst nennenswert porös ist und daher praktisch kein Wasser durchlässt.
In der DE195 20 367 A1 wird ein Leicht-Filter beschrieben, bei dem Schaumglas durch Polyurethan-Bindemittel gebunden ist, wobei das Mengenverhältnis von Schaumglas:Polyurethan-Bindemittel kleiner als 5:1, insbesondere keiner als 3:1 sein soll. Unter einem Schaumglas wird ein erstarrter Glasschaum mit luftdicht geschlossenen Zellen verstanden wird, die mit Gas gefüllt sind. Es liegt in runden, vorzugsweise kugelförmigen Partikeln vor im Beispiel werden Glaspartikel von Dennert Poraver verwendet. Von beschichtetem Schaumglas ist keine Rede. Zur Herstellung des Polyurethan-Klebstoffes kommen insbesondere die an sich bekannten Polyhydroxy-Polyether in Frage sowie alle mehrwertigen aromatischen und aliphatischen Isocyanate. Zur Herstellung von Filtern mit hoher Wasserdurchflussrate werden im Allgemeinen 1 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das Polyol, eine „Andickung von Alumino-Silikaten” eingesetzt, vorzugsweise eine Absorberpaste auf der Basis von Ricinusöl, wodurch die Feuchtigkeit in den PUR-Komponenten unschädlich gemacht werden soll. Ausgehärtet wird bei Temperaturen von mehr als 120°C. Nachteilig ist der hohe Gehalt an Polyurethan-Bindemittel und damit die Verteuerung der Filter.
In der DE 2006 000 751 U1 wir ein Formkörper aus a) Kunststoffen mit mindestens 50 Gew.-% Polyester-, Epoxid-, Polystyrol-, Polyurethan- und/oder Polyamid-Anteil, b) mineralischen Leichtzuschlagstoffen und c) nachwachsenden Rohstoffen beschrieben. Im Beispiel werden 30 Gew.-% Pulverlackreste, mit 20 Gew.-% recycelten Glaskugeln (Poraver) und 20 Gew.-% Seegras mit 30 Gew.-% des Zweikomponenten-Klebstoffes (Henkel-Ubatol UK 820) bei 20°C in ca. 10 Minuten vollständig ausgehärtet.
Nachteilig ist wiederum der hohe Anteil an Klebstoffen und damit einhergehend die fehlende Wasserdurchlässigkeit sowie der hohe Preis der Formkörper.
In der EP 1 188 730 A2 werden Kunststoff-gebundene gefügedichte Leichtbauwerkstoffe aus einem mineralischen Schaumgranulat und einem organischen Bindemittel beschrieben, wobei der Volumenanteil des Leichtgranulats im Werkstoff mindestens 50% beträgt, vorzugsweise mindestens 90%. Die Leichtgranulate sind entweder geschlossen-porig oder weisen in besonderen Anwendungen eine nur geringe offene Oberflächen-Porosität im Bereich von 1 bis 10% auf, bezogen auf das Gesamtvolumen. Die Infiltrierbarkeit des Korns durch das Bindemittel ist auf diese Porosität begrenzt. Als Leichtgranulate wird unter anderem Poraver genannt. Von beschichteten Granulaten ist keine Rede. Zu den geeigneten Bindemitteln gehören die Duroplasten, z. B. Epoxidharz, Polyurethan, Phenolharz, ungesättigte Polyester und Silikonharz. Die Aufgabe, preisgünstige Leichtbauwerkstoffe zu entwickeln, wird durch eine hohe Packungsdichte aufgrund der Mischung von möglichst einheitlich und kugelförmigen Leichtgranulaten mit z. B. drei unterschiedlichen Korngrößengruppen gelöst, womit der Bedarf an relativ teurem Bindmittel verringert wird.
Nachteilig ist, dass der Leichtbauwerkstoff gefügedicht, also wasserundurchlässig ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe ist es, diese Nachteile ganz oder teilweise zu beseitigen, insbesondere sollte ein also offenporiger Formkörper mit niedriger Dichte und niedrigem Klebstoff-Anteil aber ohne Verringerung der Festigkeit, insbesondere der Biegefestigkeit, gefunden werden. Der niedrige Klebstoff-Anteil hätte auch niedrige Herstellungskosten und eventuell auch ein günstiges Brandverhalten zur Folge. Mit der Offenporigkeit des Formkörpers geht einher eine hohe Wasserdurchlässigkeit sowie ein besonderes akustisches Verhalten.
Die erfindungsgemäße Lösung ist den Patentansprüchen zu entnehmen. Sie besteht im Wesentlichen darin, dass die Oberfläche von porösen Leicht-Granulaten so behandelt wird, dass das Bindemittel nicht in das poröse Leicht-Granulat eindringt und damit für seine eigentliche Aufgabe nicht mehr zur Verfügung stellt, nämlich das Granulat zu binden. Es war nicht zu erwarten, dass das mit der Hydrophobierung durch eine Flüssigkeit, insbesondere durch ein Öl möglich ist, ohne dass dadurch die Festigkeit drastisch verringert wird. Denn zur Vorbereitung einer Verklebung gehört es, die Oberflächen zu trocknen und fettfrei zu machen.
Die Erfindung besteht also in einem offenporigen Formkörper auf der Basis von anorganischen Leicht-Granulaten mit hydrophober Oberfläche sowie organischen Bindemitteln.
Das Granulat ist möglichst rund, insbesondere annähernd kugelförmig. Es hat eine unebene und zerklüftete Oberfläche, wie sie durch eine Sinterung herstellbar ist. Das Granulat hat eine Korngröße zwischen 0,01 und 30 mm, vorzugsweise zwischen 0,04 und 16 mm und insbesondere bevorzugt zwischen 0,2 und 8 mm. Vorzugsweise enthält der Formkörper ein Leicht-Granulat aus einer einzigen, allenfalls aus zwei unterschiedlichen Korngrößengruppen, wobei jede Korngrößengruppe möglichst einheitlich ist.
Die Korngröße wird bestimmt, indem man eine abgewogene Teilchenmenge mit einem Siebsatz mit Maschenweiten von 11, 8, 5, 4, 3, 2 und 1 mm siebt und die erhaltenen Fraktionen wiegt. Das Gewicht dieser Siebdurchgänge wird jeweils auf die Gesamtmenge bezogen und ergibt so den Anteil des jeweiligen Siebdurchganges in Gew.-%. Trägt man die Siebdurchgänge in Gew.-% in Abhängigkeit von der Maschenweite in mm auf, erhält man die Körnung in Form der Sieblinie. Verwendet man z. B. einen Siebsatz mit Maschenweiten von 5, 2, und 1 mm, so erhält man einzelne Fraktionen mit > 5, 5–2, 2–1 und < 1 mm. Wenn man 1000 g Teilchen siebt und 10, 500, 430 und 60 g schwere Fraktionen erhält, so ist der Siebdurchgang 1,0, 50,0, 43,0 und 6,0 Gew.-%, jeweils in der Reihenfolge der genannten Fraktionen. Bei den Untersuchungen wurden Teilchen eingesetzt, deren Korngröße durch Siebdurchgänge zwischen den angegeben Maschenweiten erhalten wurde.
Das Leicht-Granulat sollte eine Schütt-Dichte von 0,15 bis 0,35, vorzugsweise von 0,20 bis 0,25 kg/l haben, gemessen in Anlehnung von DIN EN 1097-3. Dazu wird das Granulat nach einer Trocknung bei Zimmertemperatur (ca. 20°C und ca. 50% relative Luftfeuchtigkeit) bis zur Gewichtskonstanz in ein Messgefäß mit 1 l Inhalt lose eingefüllt und überstehendes Granulat sorgfältig abgestrichen. Eine Differenzwägung ergibt das Schüttgewicht als Quotient aus Gewicht und Volumen in kg/l.
Das Leicht-Granulat ist porös, vorzugsweise teilweise offenporig, was einfach durch seine Wasseraufnahme nach DIN V 18004 bestimmt werden kann: Für Körnungen kleiner als 2 mm wird das Wasser in einer Filternutsche eingebracht und durch Absaugen mit einer Wasserstrahlpumpe die Oberfläche getrocknet. Für Körnungen größer als 2 mm wird das Wasser in einem Pyknometer eingebracht und die Oberfläche durch Abtupfen getrocknet. 100 g eines trockenen Leicht-Granulats sollten bis zu 40 g Wasser aufnehmen.
Das Leicht-Granulat ist aus einem anorganischen Stoff, basierend auf Alkali-Silikaten, Alkali-Erdalkali-Silikaten, Alumo-Silikaten, Boro-Silikaten und Varianten im Dreistoffsystem CaO-SiO₂·Al₂O₃ in Verbindung mit zusätzlichen Metalloxiden wie TiO₂ FeO₃ Mn₂O₃. Konkret seien kugelige Leicht-Granulate aus Blähglas, Blähton, Bims, Glimmer oder einem ähnlichen Material genannt. Bevorzugtes Ausgangsmaterial ist Blähglas.
Die Herstellung eines Leicht-Granulates sei am Beispiel von PORAVER^R skizziert (s. auch DE 10360819 A1 ): Zunächst wird reines Glas zu feinem Glas-Mehl gemahlen. Das Glas-Mehl wird mit Wasser, Bindemittel und Blähmittel gemischt und die Mischung im Granulierteller in eine runde Form gebracht. Die kleinen Kügelchen werden getrocknet und in einem Drehofen auf ca. 900°C erhitzt und dabei gebläht. Dadurch entsteht ein feinporiges Rundgranulat, das im Innern feine Luftkammern einschließt. Nach dem Abkühlen und Sieben erhält man ein verkaufsfertiges Leicht-Granulat gewünschter Körnung.
Die folgenden handelsüblichen Produkte sind mehr oder weniger brauchbare Leicht-Granulate: KeraGlas, KeraBims, KeraPlus, KeraLight, Poraver, Liaver, Liapor, Leca und Hollow-Spheres.
Das Leicht-Granulat wird hydrophobiert, d. h. mit einer Flüssigkeit so behandelt, dass seine für Wasser zugänglichen Poren verringert oder ganz beseitigt werden; zweckmäßigerweise wird es oberflächlich mit einem trocknenden Öl hydrophobiert, insbesondere mit Leinöl oder mit anderen ein- oder mehrfach ungesättigten Ölen wie Holz-, Ricinen-, Fisch- und Tall-Öl, aber auch Soja-, Sonnenblumen-, Raps-, und Saflor-Öl. Es können auch ungesättigte Säuren verwendet werden, z. B. Harzsäuren. Zur Beschleunigung der Trocknung können Trockenstoffe zugesetzt werden, insbesondere Metallseifen.
Das Leicht-Granulat sollte mit einer solchen Menge an Hydrophobierungsmittel behandelt sein. dass nach einer Beschichtung mit Wasser deutlich weniger oder gar kein Wasser oberflächlich aufgenommen wird, wozu im Allgemeinen zweckmäßigerweise 1 bis 7, insbesondere ca. 5 Gew.-% an Hydrophobierungsmittel reichen.
Bevorzugtes Hydrophobierungsmittel ist Leinöl.
Die Flüssigkeit kann aber auch ein Hilfsstoff des Bindemittels sein, insbesondere ein Flammschutzmittel.
Zweckmäßigerweise wird das Hydrophobierungsmittel bei der Herstellung des Formkörpers eingesetzt. Es kann aber auch unabhängig davon schon deutlich früher auf das Leicht-Granulat aufgetragen werden, z. B. Wochen vorher.
Das Bindemittel verbindet gleichartige oder verschiedene Stoffe miteinander. Die organischen Bindemittel basieren vorwiegend auf polymeren Verbindungen, sei es auf Thermoplasten, auf Elastomeren, insbesondere aber auf Duroplasten aus der Gruppe der Reaktionsklebstoffe Polyurethan, Polyepoxid, ungesättigter Polyester, Phenolharz oder Silikonharz. Davon sind Polyurethan-Klebstoffe von besonderer Bedeutung, worunter Klebstoffe zu verstehen sind, die aus Polyisocyanaten, Polyolen sowie in der Regel Hilfsstoffen wie Katalysatoren, Modifizierungsmitteln und Füllstoffen bestehen. Von ganz besonderer Bedeutung sind 2-K-Polyurethan-Klebstoffe, basierend auf Polyhydroxy-Polyethern des Molekulargewichtsbereiches von 60 bis 10000, vorzugsweise 70 bis 6000, mit 2 bis 10 Hydroxyl-Gruppen pro Molekül sowie auf mehrwertigen aromatischen und/oder aliphatischen Isocyanaten mit vorzugsweise im Mittel 2 bis höchstens 4 NCO-Gruppen pro Molekül. Eine bevorzugte Ausführungsform des beanspruchten Formkörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass er herstellbar ist mit einem 2-Komponenten-Polyurethan-Klebstoff als organischen Bindemittel, insbesondere mit folgender Zusammensetzung:

– a) 10 bis 98 Gew.-% mindestens eines oleochemischen Polyols,
– b) 1 bis 50 Gew.-% mindestens eines Diols mit einem Molekulargewicht von 60 bis 2000 g/mol,
– c) 1 bis 10 Gew.-% mindestens eines drei-, vier- oder fünfwertigen Polyols mit einem Molekulargewicht von 90 bis 750 g/mol sowie
– d) 0 bis 75 Gew.-% an Hilfsstoffen, wobei die Gew.-% sich auf die Komponenten a bis d insgesamt bezogen sind und
– e) mindestens ein Polyisocyanat, wobei das NCO/OH-Verhältnis der Isocyanate zu den Polyolen 1,0 bis 2,0:1 beträgt.

Das organische Bindemittel ist im Formkörper mit weniger als 30, insbesondere im Bereich von 5 bis 20 und ganz besonders von 8 bis 13 Gew.-% enthalten, bezogen auf das Granulat.
Ein handelsüblicher 2-K-PU-Klebstoff ist z. B. das System UK 8614/CR 4300 von Henkel.
Der Formkörper enthält gewünschtenfalls als weitere Komponente eine Armierung, insbesondere kurz- oder langfaserige Verstärkungsfasern, Gewebegitter und Vliese, insbesondere aus Glas, sei es im Innern oder auf einer oder beiden Seiten.
Der Formkörper hat ein Stauvolumen im Bereich von 20 bis 70%, insbesondere im Bereich von 40 bis 60, und ganz besonders um 50%. Das Stauvolumen wurde bestimmt, indem man einen Prüfkörper mit einem genau ausgemessenem Volumen, insbesondere mit einer Länge, Breite und Höhe von jeweils 70 mm (also 343 cm³) in ein genau definiertes Volumen von 1000 ml bzw. cm³ an Leitungs-Wasser von 20°C stellt. Nach 10 Minuten wurde der Volumenzuwachs in ml gemessen. Bezieht man den ermittelten Volumenzuwachs auf das Ausgangsvolumen des Prüfkörpers, erhält man das Stauvolumen in Vol.-%. Ist z. B. das Ausgangsvolumen 343 ml und der Volumenzuwachs 213 ml errechnet sich das Stauvolumen, indem man (343 – 213) mit 100 multipliziert und durch 343 dividiert. So erhält man 40,6 Vol.-%.
Der Formkörper hat eine Wasserdurchlässigkeit zwischen 500 bis 3000, insbesondere von 800 bis 2400 l/min und m² bei einer Schichtdicke von 5 cm. Die Wasserdurchlässigkeit wurde bestimmt, indem man die Menge des bei 20°C durchgelaufenen Wassers in Liter auf die Zeit in Minuten und die Oberfläche der Probe in m² bezieht. So ergibt sich die Durchflussmenge in Liter pro m² und Minute für die jeweilige Platte mit deren spezifischer Dicke.
Der Formkörper hat eine Biegefestigkeit (MOR, most of rupture) von 0,5 bis 1,5 N/mm². nach DIN EN 310.
Der Formkörper ist gewünschtenfalls partiell oder allseits auf seiner Oberfläche mit einem anderen Material versehen, z. B. mit einer Faserzement-Schicht, einer HPL-Platte (High Pressure Laminate), einer CPL-Platte (Continuous Pressure Laminate), einer HDF-Platte (hochdichten Faserplatte) einer MDF-Platte (mitteldichten Faserplatte), insbesondere aber mit einem flexiblen Laminierstoff wie Textil oder Papier und/oder einer Folie auf der Basis eines organischen oder anorganischen Materials wie Melaminharz oder Aluminium. Besonders empfehlenswert ist es, mindestens eine mindestens 1, insbesondere eine 1 bis 2 mm dicke Silikatputzschicht aufzutragen, z. B. aus dem nicht-brennbaren Putz 260 der Fa. Weber in Wülfrath, womit der Formkörper schwerentflammbar gemäß DIN 4102 B1 wird.
Die Schwerentflammbarkeit kann noch verbessert werden durch den Zusatz von flüssigen Flammschutzmitteln zum Klebstoff und/oder dem Leichtgranulat, insbesondere durch halogenierte Phosphorsäureester wie z. B. Tris(chlorpropyl)phosphat (TCPP), Tris(dichlorisopropyl)phosphat (TDPP) oder das Antiblaze TMCP der Fa. Albemarle Corporation.
Der Formkörper hat vorzugsweise eine geometrische Form, sei es eines kompakten Körpers wie Platten, Balken und Blöcken oder sei es eines Hohlkörpers wie Rohre und Tröge.
Die erfindungsgemäßen Formkörper werden nach an sich bekannten Verfahren hergestellt. Entscheidend aber ist der neue Verfahrenschritt der der Hydrophobierung des Leicht-Granulats, insbesondere mit einem trocknenden Öl. Auch dieses Verfahren ist in anderem Zusammenhang bekannt, z. B. in der Anstrichtechnik.
Im Allgemeinen lassen sich die erfindungsgemäßen Formkörper herstellen, indem man

a) das anorganische Leicht-Granulat hydrophobiert,
b) das hydrophobierte Leicht-Granulat mit dem organischen Bindemittel-Gemisch oder mit den einzelnen Komponenten des organischen Bindemittels sowie gewünschtenfalls mit Hilfsstoffen mischt, u. a. auch mit im Bindemittel löslichen und/oder dispergierbaren, insbesondere mit flüssigen Brandschutzmitteln,
c) das Granulat/Bindemittel-Gemisch formt und verdichtet,
d) das verdichtete Granulat/Bindemittel härtet und
e) das gehärtete Granulat/Bindemittel entformt.

Die Isocyanate werden üblicherweise mit einem bis zu 30%igem, vorzugsweise mit einem 10 bis 25%igem Überschuss an Isocyanat eingesetzt, bezogen auf das Polyol.
Vorzugsweise mischt man die einzelnen Komponenten des organischen Bindemittels dem hydrophobierten Granulat zu, und zwar in folgender Reihenfolge: Polyole, Polyisocyanate oder Polyepoxide und Hilfsstoffe.
Besonders günstig für die Benetzung ist es, wenn das organische Bindemittel eine Viskosität von 1000 bis 20 000 mPas bei der Applikationstemperatur, bevorzugt bei 15 bis 50°C hat, gemessen nach EN ISO 2555. Dann verhindert man vor allem, dass sich das Bindemittel am Boden der Form anreichert.
Es ist empfehlenswert, nicht nur das Leicht-Granulat untereinander mit dem Klebstoff zu binden, sondern auch gleichzeitig mit Textilen oder Folien, indem man die Formen mit den Laminierstoffen auskleidet, insbesondere oben, unten und/oder mittig mit Glasfaser-Vliesen und/oder mit Glasfaser-Gittergewebe.
Es ist am einfachsten, die gewünschten Formkörper zu erhalten, wenn man das Gemisch aus Granulat und Bindemittel in nicht-geschlossene Formen gibt und das gleichmäßige Einfüllen durch Rütteln, Vibration und/oder Druck unterstützt, wobei der Druck vorzugsweise mit Walzen unter Verwendung von handelsüblichen Trennmitteln wie Waschbenzin, insbesondere im Gemisch mit Ölen wie Leinöl als Antihaftmittel ausgeübt wird.
Es ist zweckmäßig, das auf Distanz geformte und verdichtete Granulat/Bindemittel-Gemisch in einer Einzelpresse, einer Multipresse oder einer kontinuierlichen Presse härtet.
Im Allgemeinen härtet man das verdichtete Granulat/Bindemittel in offenen Formen unter einem Druck von 1 bis 40 MPa in einem Temperatur-Bereich von mehr als 0 und weniger als 100°C, insbesondere im Bereich von 5 bis 60°C in 5 Minuten bis 3 Tagen, insbesondere in 2 bis 3 Minuten zumindest, bis es handhabbar ist, vorzugsweise härtet man es aus.
Es ist kostengünstig, wenn man das gehärtete Granulat/Bindemittel-Gemisch ohne abzukühlen entformt und gegebenenfalls noch aushärtet.
Gewünschtenfalls kann man im Anschluss daran noch einen Silikat-Feinputz zweckmäßigerweise in 1 bis 2 mm Schichtstärke auf mindestens eine Seite auftragen.
Die erfindungsgemäßen Formkörper zeichnen sich gegenüber Formkörper ohne Hydrophobierung der Leicht-Granulate durch bedeutsame Eigenschaften aus:

– Es kann deutlich weniger Klebstoff verwendet werden, ohne dass dadurch die Festigkeit leidet. Im Beispiel wurden nur 11 Gew.-% bzw. nur 2 Vol.-% an Klebstoff zugesetzt. Wahrscheinlich wird der Klebstoff zum Teil von dem porösen Leicht-Granulat in sein Inneres aufgesaugt, wo er nicht nur nutzlos, sondern auch schädlich bezüglich z. B. Stauvolumen und Dichte ist.
– Mit dem deutlich geringeren Klebstoffanteil gehen niedrigere Kosten für die Ausgangsmaterialien einher.
– Der geringe Klebstoffanteil ist Basis für die Flammwidrigkeit nach DIN 4102 B1.
– Trotz des geringen Klebstoffanteils bleibt die Festigkeit auf gleichem Niveau. So ist die Verklebung so gut, dass zu 100% Kohäsionsbruch im Blähglas erfolgte.
– Die Hydrophobierung vom Blähglas ist deutlich höher.
– Die Porosität bleibt weitgehend erhalten und damit das Stauvolumen und die Wasserdurchlässigkeit.

Wegen der vielen positiven Eigenschaften sind die erfindungsgemäßen Formkörper auch vielseitig anwendbar, z. B. als Akustikplatten, insbesondere wenn sie mit Silikatputz beschichtet sind, als Möbelplatten, insbesondere für Arbeitsplatten, als Platten für elektrische Geräte wie Kühlschränke, als Türfüllung und zur Herstellung von diversen Sandwichelementen sowie zum Schallschutz.
Im Folgenden wird die Erfindung im Einzelnen beschrieben:

I. Hydrophobierung mit Leinöl
A) Ausgangsprodukte zur Herstellung von Platten mit einer Dicke von 40 mm:
a) Leicht-Granulat: Rundgranulat aus Blähglas von der Firma Dennert Poraver GmbH mit einer Körnung von 4 bis 8 mm,
b) Hydrophobierungsmittel:Leinöl,
c) Bindemittel: 2-K-PU-Klebstoff Macroplast UK 8614 und Härter CR 4300 der Fa. Henkel.
B) Herstellung der Platten:
a) Die in der Tabelle angegebenen Mengen an Leinöl wurden in die angegeben Mengen an Leicht-Granulat eingerührt, und zwar mit einem Flügelrührer mit 250 UpM innerhalb von 5 Minuten bei Raumtemperatur.
b) 100 Gewichtsteile Macroplast UK 8614 und 36 Gewichtsteile Härter CR 4300 wurden homogen gemischt und diese Klebstoff-Mischungen in den angegebenen Mengen dem hydrophobierten Leichtgranulat zugemischt, und zwar mit einem Flügelmischer mit 250 UpM innerhalb von 5 Minuten bei Raumtemperatur.
c) Diese Mischung aus Leicht-Granulat, Leinöl und Klebstoff wurde in eine Form mit den Dimensionen 400 × 400 × 40 mm einfüllt, sodass 5 mm über der Formhöhe überstanden, und anschließend mit einer Deckplatte unter geringem Druck von 0,5 kg/cm² verdichtet.
d) Nach der Aushärtung in 24 Stunden bei 20°C wurde die Platte entformt.
C) Untersuchung der Platten: Die Patte nach Beispiel 1 ist erfindungsgemäß, die nach Beispiel 2 nicht. Die Dichte und die Biegefestigkeit sind praktisch gleich, sogar eher besser bei der erfindungsgemäßen Platte.
D) Ergebnis: Trotz Erhöhung der Klebstoffmenge um 50% von 200 auf 300 g wurde die Festigkeit nicht erhöht. D. h., durch Hydrophobierung mit Leinöl kann der Klebstoffgehalt deutlich verringert werden, ohne dass sich das Festigkeitsniveau verschlechtert. Damit werden die Kosten für die Ausgangsstoffe deutlich verringert, da Leinöl deutlich billiger als das Bindemittel ist.

	Beispiel 1		Beispiel 2
Ausgangsstoffe	Menge in g	Gew.-%	Menge in g	Gew.-%
Leicht-Granulat	1500	84,5	1500	83,3
Leinöl	75	4,2	0	0
Bindmittel	200	11,3	300	16,7
Gesamtmenge	1775	100	1800	100

Eigenschaften
Dichte	225 kg/m³		230 kg/m³
Biegefestigkeit	0,49 N/mm²		0,47 N/mm²

II. Hydrophobierung mit einem Flammschutzmittel
A) Ausgangsprodukte zur Herstellung von Platten mit einer Dicke von 20 mm
a) Leichtgranulat: Rundgranulat aus Blähgranulat von der Firma Dennert Poraver GmbH, Schlüsselfeld, – 1. mit einer Körnung von 1–2 mm und – 2. mit einer Körnung von 2–4 mm,
b) Hydrophobierungsmittel: Antiblaze TMCP (früher Antiblaze AB80) der Firma Albemarle Corporation, Baton Rouge, Louisiana, USA; www.albemarle.com),
c) Bindemittel: 2-K-PU-Klebstoff Macroplast UK 8614 und Harter UK 5400 der Fa. Henkel, Düsseldorf
d) Beschichtung: – Glasvlies GV6O der Firma Kettinger, Freudenberg/Main, – Silikat-Feinputz 260 der Firma Weber, Wülfrath.
B) Herstellung der Platten
a) Analog zur Herstellung nach I. B),
b) Das Glasvlies wurde beidseitig bei der Herstellung der Platte aufgebracht, indem die Form mit dem Glasvlies ausgekleidet und das Leichtgranulat/Bindemittel-Gemisch damit abgedeckt wurde.
c) Auf einer Seite wurde eine Silikat-Feinputzschicht mit einer Dicke von 1.5 bis 2 mm gemäß der Hersteller-Vorschrift aufgebracht.
C) Untersuchung der Platten Die Platte nach Beispiel 3 ist erfindungsgemäß, die nach Beispiel 4 ist ein Vergleichsversuch.
Die Dichte und die Biegefestigkeit waren praktisch gleich. Die erfindungsgemäße Platte war schwerentflammbar nach DIN 4102 B1, die Vergleichs-Platte dagegen nicht.
D) Ergebnis: Trotz Erhöhung der Klebstoffmenge von 13,0 auf 17,0 Gew.-% zulasten des Flammschutzmittels wurde die Festigkeit nicht erhöht, aber die Schwerentflammbarkeit nach DIN 4102 B1 verfehlt. Damit wurden die Kosten für die Ausgangsstoffe deutlich verringert (Das Bindmittel ist bekanntlich relativ teuer.) und gleichzeitig die Gebrauchseigenschaft verbessert.

	Beispiel 3		Beispiel 4
Ausgangsstoffe	Menge in g	Gew.-%	Menge in g	Gew.-%
Leicht-Granulat 1)		58,0		58,0
Leicht-Granulat 2)		25,0		25,0
Flammschutzmittel		4,0		0
Bindmittel		13,0		17,0
Gesamtmenge		100		100

Eigenschaften
Dichte ^a)	300 kg/m³		300 kg/m³
Biegefestigkeit ^a)	0,46 N/mm²		0,50 N/mm²
DIN 4102 B1 ^b)	erfüllt		verfehlt

Anmerkungen: a) einschließlich beidseitigem Glasvlies,
b) wie a), aber zusätzlich eine ca. 1,5 mm dicke Silikat-Feinputzschicht.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007012973 A1 [0003]
- EP 1541605 A2 [0006]
- DE 19520367 A1 [0007]
- DE 2006000751 U1 [0008]
- EP 1188730 A2 [0010]
- DE 10360819 A1 [0020]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN EN 1097-3 [0017]
- DIN V 18004 [0018]
- DIN EN 310 [0033]
- DIN 4102 B1 [0034]
- EN ISO 2555 [0041]
- DIN 4102 B1 [0048]
- www.albemarle.com [0050]
- DIN 4102 B1 [0050]
- DIN 4102 B1 [0050]
- DIN 4102 B1 [0050]

Claims

Offenporiger Formkörper auf der Basis von anorganischen Leicht-Granulaten mit hydrophober Oberfläche sowie organischen Bindemitteln.
Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leicht-Granulat rund, insbesondere annähernd kugelförmig ist und eine Korngröße zwischen 0,01 und 30 mm, vorzugsweise zwischen 0,04 und 16 mm und insbesondere bevorzugt zwischen 0,2 und 8 mm.
Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leicht-Granulat eine Schüttdichte von 0,15 bis 0,35, vorzugsweise von 0,20 bis 0,25 kg/l hat, gemessen in Anlehnung an DIN EN 1097-3
Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leicht-Granulat aus einem anorganischen Stoff ist, basierend auf Alkali-Silikaten, Alkali-Erdalkali-Silikaten, Alumo-Silikaten, Boro-Silikaten und Varianten im Dreistoffsystem CaO-SiO₂-Al₂O₃ in Verbindung mit zusätzlichen Metalloxiden wie TiO₂ FeO₃ Mn₂O₃.
Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leicht-Granulat oberflächlich mit einem trocknenden Öl hydrophobiert ist, insbesondere mit Leinöl oder mit anderen ein- oder mehrfach ungesättigten Ölen wie Holz-, Ricinen-, Fisch- und Tall-Öl, aber auch Soja-, Sonnenblumen-, Raps-, und Saflor-Öl.
Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel ein 2-K-Polyurethan-Klebstoff ist, basierend auf a) mindestens einem Polyhydroxy-Polyether des Molekulargewichtsbereiches von 60 bis 10000, vorzugsweise 70 bis 6000, mit 2 bis 10 Hydroxyl-Gruppen pro Molekül sowie auf b) mindestens einem mehrwertigen aromatischen und/oder aliphatischen Isocyanat mit vorzugsweise im Mittel 2 bis höchstens 4 NCO-Gruppen pro Molekül.
Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er herstellbar ist mit einem 2-Komponenten-Polyurethan-Klebstoff als organischem Bindemittel, insbesondere mit folgender Zusammensetzung: – a) 10 bis 98 Gew.-% mindestens eines oleochemischen Polyols, – b) 1 bis 50 Gew.-% mindestens eines Diols mit einem Molekulargewicht von 60 bis 2000 g/mol, – c) 1 bis 10 Gew.-% mindestens eines drei-, vier- oder fünfwertigen Polyols mit einem Molekulargewicht von 90 bis 750 g/mol sowie – d) 0 bis 75 Gew.-% an Hilfsstoffen, insbesondere 0 bis 20 Gew.-% eines marktüblichen flüssigen Flammschutzmittels, wobei die Gew.-% sich auf die Komponenten a bis d insgesamt bezogen sind, und – e) mindestens ein Polyisocyanat, wobei das NCO/OH-Verhältnis der Isocyanate zu den Polyolen 1,0 bis 2,0:1 beträgt.
Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel im Formkörper mit weniger als 30, insbesondere im Bereich von 5 bis 20 und ganz besonders mit 8 bis 13 Gew.-% enthalten ist, bezogen auf das Granulat.
Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er partiell oder allseits auf seiner Oberfläche mit einem anderen Material versehen ist, z. B. mit einer Faserzement-Schicht, einer HPL-Platte (High Pressure Laminate), einer CPL-Platte (Continuous Pressure Laminate), einer HDF-Platte (hochdichten Faserplatte), einer MDF-Platte (mitteldichten Faserplatte), insbesondere aber mit einem flexiblen Laminierstoff wie Textil oder Papier und/oder mit einer Folie auf der Basis eines organischen Kunststoffes wie Melaminharz und/oder mit einem anorganischen Material wie Silikat-Feinputz oder Aluminium.
Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Stauvolumen im Bereich von 20 bis 70%, insbesondere im Bereich von 40 bis 60, und ganz besonders um 50% hat.
Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er die geometrische Form von Platten, Balken und Blöcken sowie von Hohlkörpern wie Rohren und Trögen hat.
Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass er zusätzlich ein Flammschutzmittel enthält, insbesondere eine Verbindung mit Phosphor und Chlor.
Verfahren zur Herstellung der Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man a) das anorganische Granulat hydrophobiert, b) das hydrophobierte Granulat mit dem organischen Bindemittel-Gemisch oder mit den einzelnen Komponenten des organischen Bindemittels so wie gewünschtenfalls mit Hilfsstoffen mischt, c) das Granulat/Bindemittel-Gemisch formt und verdichtet, d) das verdichtete Granulat/Bindemittel härtet und e) das gehärtete Granulat/Bindemittel entformt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass man die einzelnen Komponenten des organischen Bindemittels dem hydrophobierten Granulat zumischt, und zwar in folgender Reihenfolge: Polyole, Polyisocyanate und Hilfsstoffe.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel eine Viskosität von 1000 bis 20 000 mPas bei der Applikationstemperatur, bevorzugt bei 15 bis 50°C hat, gemessen nach EN ISO 2555.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass man das Granulat/Bindemittel-Gemisch in nicht-geschlossene Formen gibt und das gleichmäßige Einfüllen durch Rütteln, Vibration und/oder Druck unterstützt, wobei der Druck vorzugsweise mit Walzen unter Verwendung von handelsüblichen Trennmitteln wie Waschbenzin, insbesondere im Gemisch mit Ölen wie Leinöl als Antihaftmittel ausgeübt wird.
Verwendung des Formkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als Akustikplatten und als Brandschutz, insbesondere wenn sie mit Silikatputz beschichtet sind, als Möbelplatten, insbesondere für Arbeitsplatten, als Platten für elektrische Geräte wie Kühlschränke, als Türfüllung und zur Herstellung von diversen Sandwichelementen sowie zum Schallschutz.