DE2318167A1

DE2318167A1 - Verfahren zur herstellung von leichtbauelementen

Info

Publication number: DE2318167A1
Application number: DE19732318167
Authority: DE
Inventors: Wulf Von Dr Bonin
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1973-04-11
Filing date: 1973-04-11
Publication date: 1974-10-31

Description

Verrahren zur Herstellung von Leichtbauelementen Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen, insbesondere Leichtbauelementen auf Basis vorwiegend anorganisch aufgebauter Schaumstoffe.
Es ist bekannt, anorganische Schaumstoffe in anorganische abbindefähige Materialien einzubringen, um so Leichtbauelemente herzustellen. Desgleichen ist es bekannt, anorganische Materialien mit organischen verschäumungsfähigen Polymeren zu umgeben und diese dann in einer Form zum Aufschäumen unter Verschweißung bzw. Verbindung der anorganischen, zumeist stückigen Materialien zu bringen, wobei ebenfalls Leichbauelemente erhalten werden können.
Weiterhin ist es bekannt, anorganische stückige Materialien mit zunächst dünnflüssigen, aber unter Aufschäumen erhärtenden reaktiven organischen Substanzmischungen zu umschäumen, wobei, wenn dieser Prozeß in Formen vorgenommen wird, ebenfalls Leichtbauelemente zugänglich sind.
Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, daß das entstehende Leichtbauelement einen erheblichen Anteil organischer Substanz, sei er nun geschäumt oder ungeschäumt, neben den anorganischen Bestandteilen, seien sie geschäumt oder ungeschäumt, enthält. Dieser Umstand ist zwar für die Produktionstechnik oftmals wegen der leichten und schnellen Verschäumbarkeit organischer Materialien vorteilhaft, bedeutet aber stets eine erhebliche Einschränkung in der Anwendung, weil die organischen Bestandteile entweder beim Erhitzen ihre Festigkeit verlieren oder im Brandfalle erhebliche Mengen zumeist brennbarer Pyrolysegase abspalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also, Leichtbauelemente herzustellen, die einerseits möglichst leicht, etwa analog den bekannten Verfahren, herstellbar sind, andererseits jedoch die geschilderten-Unzugänglichkeiten nicht aufweisen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbauelementen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man stückige anorganische und/oder organische Materialien in geschäumter oder ungeschäumter Form vermischt mit einer Vormischung aus wäßriger, gegebenenfalls noch weitere anorganische und/oder organische Beimengungen enthaltenden Silicatlösungen, Treibmittel und Geliermittel für die Silicatlösung, gelieren läßt, und danach das nunmenr noch schüttfähige vorbehandelte stückige Material in die gewUnschte Form bringt und Temperaturen oberhalb 700C aussetzt.
Erfindungsgemä.ß werden Uberraschenderweise die Zwischenräume zwischen den stückigen anorganischen bzw. organischen Materialien durch einen silicatischen Schaum ausgefüllt und diese zu einem festen Verbund vereinigt.
Eine günstige Verfahrensvariante besteht darin, daß man auf das stückige anorganische Material die Mischung aus wäßriger, gegebenenfalls noch weitere organische oder anorganische Beimengungen enthaltender Silicatlösung, Treibmitteln und Geliermitteln oberflächlich aufbringt, dann gelieren läßt und danach das nunmehr noch schüttfähige vorbehandelte stückige Material (Gesamtmischung) in die gewünscht Form bringt und Temperaturen oberhalb 700C aussetzt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Herstellung von Leichtbauelementen ist dadurch gekennzeichnet, daß man stückige anorganische Materialien mit Raumgewichten (RG) unter 1000 kg/m), insbesondere mit Raumgewichten unter 500 kg/m m) verwendet, um so zu besonders leichten Bauelementen zu gelangen.
Weiterhin ist es eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Herstellung von Leichtbauelementen, daß als Treibmittel Benzinfraktionen mit Siedepunkt unter 150 0C Verwendung finden.
Weiterhin ist es eine günstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Herstellung von Leichtbauelementen, die Gesamtmischung vor der Temperaturbehandlung ein- oder mehrseitig entsprechend der gewählten Formgebung mit einer organischen, bevorzugt jedoch anorganischen Deckschicht zu versehen, so daß nach der Temperaturbehandlung das entstandene Leichbauelement bereits ein- oder mehrseitig mit einer an ihm haftenden Deckschicht versehen ist.
Die Herstellung kann diskontinuierlich oder kontinuierlich vorgenommen werden.
Die so erhältlichen z.B. in Gestalt von Platten, Blöcken, Hohlkörpern oder auch nahezu beliebiger anderer Form vorliegenden Formkörper können direkt oder nach weiterer Formgebung, z.B.'durch Sägen, Schleifen oder spanabhebende Bearbeitung oder auch nach einem Weiterbearbeitungsschritt, der z.B. eine organische oder anorganische Beschichtung, Lackierung, Hydrophobierung, Verklebung usw.
bedeuten kann, als Bauelemente eingesetzt werden.
Die auf diese Weise zugänglichen Leichtbauelemente enthalten quasi keinerlei organische Substanzen und sind daher ein in Bezug auf Feuersicherheit und Brandverhalten besonders günstiges Leichtbaumaterial.
Als stückiges anorganisches Material werden im Rahmen des Schutzbegehrens vorzugsweise regelmäßig oder unregelmäßig geformte Materialteilchen mit mittleren Teilchendurchmessern von 0,5 bis 500 mm bevorzugt 2 bis 60 mm. Diese Materialteilchen'können eine glatte oder rauhe Oberfläche haben, massiv oder bevorzugt Hohlräume enthaltend aufgebaut z.B. porös oder schaumstoffartig sein. Sie sollen Raumgewichte unter 1000 kg/m3, vorzugsweise zwischen )0 und 500 kg/m) aufweisen.
Solche bevorzugten Materialien sind z.B. Bims, Lava, Schlacken, natürlich oder künstlich aufgetriebene Gesteine, etwa Vermikulit, Perlit, Koks, Schaumglas, Blähtone, Blähkiese, sonstige poröse oder geschäumte mineralische oder keramische Zubereitungen. Neben diesen stckigen, anorganischen Materialien, die in der erfindungsgemäß einzusetzenden Gesamtmischung in Mengen von ca. 5 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 80 Gew.-, enthalten sein sollen, können natürlich auch noch Verstärkungsmaterialien mitverwendet werden, etwa Metalldrähte, Metallgewebe oder Verstärkungen nach Art von Moniereisen oder Verstärkungselemente auf Basis organischer oder anorganischer Fasern, Gewebe oder Flächengebilden.
Als organisches Material eignen sich Phenolharze, Melaminharze, Harnstofformaldehydrharze, Polyisocyanurate, Polycarbonate, Polyurethane, Polysulfone, gegebenenfalls vernetzte Polyolefine. Besonders bevorzugt jedoch sind wegen der Unbrennbarkeit Zusätze von anorganischen Materialien.
Als Vormischung aus wäßriger, gegebenenfalls noch weitere organische oder anorganische Beimengungen enthaltender Silicatlösung, Treibmitteln und Geliermitteln kommen Mischungen in Betracht, die aus folgenden Komponenten zusammengesetzt sind: Als wäßrige Silicatlösungen kommen Lösungen von Silicaten in Wasser oder wäßrigen Medien in Betracht, die sowohl den Charakter echter als auch kolloider Lösungen haben können; z.B. Ammoniumsilicate oder Metallsilicate. Auch Alkali enthaltende Kieselsäuresole können in Betracht gezogen werden.
Vorzugsweise kommen Alkalisilicatlösungen, z.B. Natrium- und/ oder Kaliumsilicatlösungen in Betracht. Ein sehr geeignetes Ausgangsmaterial sind die sogenannten, seit langem im Handel befindlichen Wasserglaslösungen. Hierbei brauch das gelöste Silicat nicht zwangsläufig der Formel Na20 . 3 - 4 SiO2 zu entsprechen, wie sie z.B. für Wasserglas zugrunde gelegt wird.
Die Verhältnisse von Alkalimetalloxid zu Si02 können von z.B. Na45i04 bis zu Polysilicaten verschiedensten Polymerisationsgrads, in denen das Verhältnis von Alkalimetalloxid zu SiO2 kleiner als 1 : 1 ist, z.B. 0,1 : 1, variieren. Voraussetzung ist jedoch eine fließfähige Silicatlösung. Die Konzentration dieser Lösungen ist nach oben durch die notwendige Fließfähigkeit der Lösungen mit etwa 60 % begrenzt, obgleich auch höher konzentrierter Lösung beispielsweise auf Knetaggregaten bei erhöhten Temperaturen verarbeitbar waren. Nach unten ist die Konzentration dadurch begrenzt, daß Lösungen mit weniger als 5 % Festgehalt (gelöstes Silicat) im allgemeinen nur Gele mit nicht befriedigender Festigkeit liefern. Bevorzugt werden daher Silicatlösungen mit 10 - 50 Gew.-% Festgehalt verwendet.
Unter anorganischen oder organischen Beimengungen sind solche zu verstehen, die gasförmig, flüssig, fest in der Silicatlösung löslich oder unlöslich sein können, sofern sie verträglich sind, d.h. die Silicatlösung nicht bereits unter den Mischungsbedingungen zum Ausfallen bringen.
Diese Beimengungen können den Charakter von Füllstoffen haben, können Verdtinnungsmittel oder spezielle Hilfsmittel darstellen.
Als Füllstoffe können feste anorganische oder organische Substanzen Verwendung finden, die z.B. als Pulver, Fasern, Kristallite, Perlohen, Hohlperlen, Schaumstoffteilchen, Bändchen usw. vorliegen, beispielsweise Dolomit, Kreide, Tonerde, Asbest, basisch eingestellte Kieselsäure, Sand, Talkum, Eisenoxid, Aluminiumoxid und -oxidhydrate, MgO, ZnO, CaO, Alkalisilicate, Zeolithe, Mischsilicate, Calciumsilicate, Calciumsulfate, Alumosilicate, Zemente, Basaltwolle oder -pulver, Glasfasern, C-Fasern, Glaspulver, Graphit, Ruß, Al-, Fe-, Cu-, Ag-Pulver, Molybdänsulfid, Stahlwolle, Bronze- oder Kupfergewebe, Siliciumpulver, Glashohlkugeln, Lava- und Bimsteilchen, Holzmehr, Kork, Baumwolle, Stroh, Popkorn, Koks, Teilchen aus gefüllten oder ungefüllten, geschRumten oder ungeschäumten, gereckten oder ungereckten organischen Polymeren. Beispielhaft seien aus der Vielzahl der in Betracht kommenden organischen Polymeren einige aufgeführt, wobei diese z.B. als Pulver, Schaumstoffteilehen, Perlen, Hohiperlen, schaumfähiges aber noch ungeschäumtes Teilchen, als Faser, Bändchen, Gewebe, Vlies usw.
vorliegen können: Polystyrol, Polyäthylen, Polypropylen, Polyacrylnitril, Polybutadien, Polyisopren, Polytretrafluoräthylen, aliphatische und aromatische Polyester, Melamin-Harnstoff- oder Phenolharze, Polyacetalharze, Polyepoxide, Polyhydantione, Polyharnstoffe, Polyäther, Polyurethane, Polyiiide, Polyamide, Polysulfone, Polycarbonate, selbstverstündlich auch beliebige Mischpolymerisate, sofern sie die Vorbedirgung der Verträgfchkeit mit den Silicatlösungen erfüllen. Hervorzuheben wären als Füllstoffe Dolomit, Kreide, Talkum, Glas in jeder Form, Kohlenstoff, Polystyrol, Polyvinylehlorid und Polyäthylen.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auch verträgliche gasförmige Beimengungen zu den Silicatlösungen als mehr oder weniger voluminöser Füllstoff zu betrachten.
Solche Gase, zu denen vorzugsweise Luft, aber auch Sauerstoff1 Stickstoff, F6, Wasserstoff, Edelgas, Methan, CF4 gehören, können den Silicatlösungen gegebenenfalls im Gemlsch mit den anderen Beimengungen drucklos oder unter Überdruck zugemischt werden, wobei die Zumischung der Gase, wie übrigens auch der anderen Füllstoffe, Verdünnungs- oder sonstigen Hilfmitteln, also der Beimengungen, ganz oder teilweise vor, während oder unmittelbar nach dem Zusatz der die Gelierungsreaktion bewirkenden Zusätze in einem oder mehreren Arbeitsgängen vorgenommen werden kann.
Im allgemeinen werden die als Füllstoffe bezeichneten Beimengungen in solchen Mengen zugesetzt, daß der Gehalt der Reaktionsmischungen an gelöstem Silicat möglichst über 5 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 10 und 50 Gew.-%, beträgt.
Als weitere Beimengungen kommen Verdünnungsmittel in Betracht.
Hierbei kann es sich um wäßrige oder nichtwäßrige VerdUnnungsmittel handeln.
Einen Grenzfall zu den Füllstoffen stellt hier neben der Verwendung von Polymerenlösungen z.B. von Polystyrol, Polyestern, Kautschuk in Benzin, Benzol oder Chloroform oder von Phenol-Harnstoff- oder Melamin-Formaldehyd-Vorkondensaten in Wasser die Verwendung von Polymerisatdispersionen in Betracht, die nach konventionellen Verfahren zugägnlich sind, aber mit den Silicatlösungen in doppelter Hinsicht verträglich sein müssen: einmal dürfen sie die Silicatlösung nicht ausfällen, zum anderen dürfen sie nicht durch die Silicatlösung ausgefällt werden. Diese Bedingung wird von vielen im Handel erhältlichen oder nach dem Stand der Technik zugänglichen Dispersionen von Polyurethanen, Polyvinylacetet, Polystyrol, Polybutadien, Polyacrylaten, Polyacrylnitril, Polyäthylen, Polyvinylchlorid bzw. deren Mischpolymerisaten erfüllt, muß aber, da oft vom Emulgator abhängig, von Fall zu Fall in einfachen Vorversuchen überprüft werden. Diese Verdünnungsmittel können in solchen Mengen eingesetzt werden, daß der Silicatgehalt der Abmischungen über 5 Gew.-% beträgt, bevorzugt zwischen 10 und 50 Gew.-%, liegt.
Etwa im gleichen Verhältnis kann auch mit anderen VerdUnnungsmitteln, z.B. wäßriger Formaldehydlösung, H202-Lösungen oder Paraformaldehyd oder in der Silicatlösung unlöslichen Verdünnungswitteln, die auch als Verdünnungsmittel für die später zuzusetzenden Geliermittel dienen können, gearbeitet werden, wobei deren Verträglichkeit Voraussetzung ist. Solche Verdünnungsmittel sind beispielsweise aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol, Xylol, Styrol, Benzine, Paraffinöl, Paraffinwachse, Fettsäureester, Diäthylcarbonat, Diäthylphthalat, Silicone, Triäthylphosphat, Xthylbenzoat, Butylacetat, Orthoameisensäureäthylester, blsSureglyzeride, Chlorkohlenwasserstoffe wie Habgenmethane, Perchloräthylen, Chlorbenzol, Fraktionen natürlicher Öle, Erdölschnitte, Bitumen.
Zu diesen Verdünnungsmitteln können gegebenenfalls auch die als Treibmittel zugesetzten Verbindungen gezählt werden, die vorwiegend flüchtige organische Substanzen mit Siedepunkten zwischen -2O0C und 200°C sind, bevorzugt zwischen 150C und 1800C, und vorzugsweise in der Silicatlösung unlöslich sind. Solche Substanzen sind z.B. gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit 3 - 12 C-Atomen wie Propan, Isobutylen, Butadien, Isopren, Butan, Pentan, Heptan, Oktan, Isooktan, Cyclohexan, Leichtbenzin, Testbenzin, Petroläther, Benzol, Toluol und Xylol, halogenierte gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe wie Chlormethyl, Methylenchlorid, Chloroform, CC14, Fluortrichlormethan, Difluordichlormethan, Trifluorchlormethan, Chloräthan, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Dichloräthan, Trichloräthylen, Perchloräthylen.
Bevorzugt finden Benzinfraktionen mit Siedepunkten zwischen 5O0C und 15O0C Verwendung.
Ebenfalls als Treibmittel geeignet sind anorganische oder organische Verbindungen oder Gemische, die bei Temperaturen über 70°C flüchtige Substanzen freimachen, z.B. Azide, Azoverbindungen, Nitrate, Nitrite, Nitrosoverbindungen, (Thio)-Triazole, Azodicarbonamide, Hydrazoverbindungen, Sulfohydrazide, jedoch auch CO> Sauerstoff, Wasserstoff oder sonstige Gase abspaltenden Verbindungen. Beispielhaft seien genannt Azodicarbonamid, Diphenylsulfon-), 3'-disulfohydrazid, Azodiisobutyronitril und seine Abkömmlinge.
Diese Treibmittel haben die Aufgabe, das gelierte Reaktionsgemisch während eines Nacherhitzungsprozesses in einen Schaum zu überführen. Die Treibmittel können allein oder als Gemisch miteinander eingesetzt werden.
Bevorzugt sind aliphatische (Halogen-)Kohlenwasserstoffe, z.B. CC14, CHC1>, CH2C12, C2HC13, C2C14, Petroläther, Leichtbenzin, sonstige Benzinfraktionen mit Siedepunkten zwischen 500C und 15O0C.
Die Treibmittel werden, bezogen auf die Mischung, in Mengen von über 0,01 Gew.-%, bevorzugt in Mengen von 0,5 - 20 Gew.-% eingesetzt.
Als spezielle Hilfsmittel aus der Gruppe der anorganischen oder organischen Hilfsmittel sind neben Farbstoffen, Geruchsstoffen, Verdickern, wie beispielsweise Methylcellulose, Stärke, Hydrophobiermitteln wie Siliconen oder fluorierten Verbindungen, insbesondere Netzmittel, Schaumstabilisatoren, Porenregler und Emulgatoren mit ionischem oder nichtionischem Charakter zu nennen. Von Bedeutung sind hier besonders emulgierende Substanzen, die die Einarbeitung der Treibmittel und Geliermittel sowie der sonstigen Beimengungen wesentlich erleichtern können. Neben den nichtionischen Verbindungen, die zumeist Anlagerungsprodukte von Alkylenoxiden wie Xtbylenoxid an hydrophobe Siloxane, Copolymere aus Athylenoxid und Propylenoxid, Fettsäuren, Fettalkohole oder Phenole darstellen? seien hier bevorzugt Alkylsulfonate mit 10 - 18 C-Atoxen im Alkylrest genannt, die mit den Silicatlösungen gut verträglich sind und eine gute Emulgierwirkung für Systeme mit kontinuierlicher Wasserphase und eine gute Schäumwirkung erbringen. Diese Hilfsmittel werden in reiner Form oder bevorzugt in Form ihrer wäßrigen Lösungen oder Dispersionen oder auch in den Verdünnungsmitteln bzw.
in den Geliermitteln gelöst eingesetzt. Sie können in Mengen von OJO5 bis 20 Gew.- eingesetzt werden. Bevorzugt sind Zusatzmengen von 0,1 bis 15 Gew.-%.
Der Mechanismus der Gelierung der gegebenenfalls anorganische oder organische Beimengungen enthaltenden Silicatlösung ist primär nicht kennzeichnend für das Verfahren, da prinzipiell alle Geliermittel anwendbar sind, sofern der Gelierprozeß zu eines kompakten wasserhaltigen Silicatgel führt.
Bevorzugtermaßen fuhrt man die Gelierung durch Zusatz eines Geliermlttels herbei. Es können auch Gemische verschiedener Geliexiaittel eingesetzt werden, um Verdicknngs- und Erhärtungsze iten variabel einzustellen.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich als Geliermittel feste, flüssige oder gasförmige, anorganische oder organische Verbindungen. Bevorzugt, wegen der guten Handhabbarkeit, sind Jedoch feste oder insbesondere flüssige Gelieralttel oder Geliermittelgemische bzw. Lösungen.
Als solche Geliermittel eignen sich Komplexe, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 2 114 334 aufgeführt sind, salzartige oder saure oder sinstige gelierend wirkende Verbindungen, wie sie in der U.S. Patentschrift 1 944 008 und der französischen Patentschrift 2 055 541 beschrieben sind, Jedoch auch weitere anorganische und organische Verbindungen, wie Metallsalze organischer oder anorganischer Säuren bzw.
diese Säuren selbst, Lewis-Säuren, Halogenide der Elemente der 2. bis 8. Gruppen des Periodensystems, Oxyhalogenide, Thiochloride etwa Phosphorthiochlorid, Phosgen, Ester der Phosphorsäuren, wie etwa Trimethylphosphat oder der Schwefelsäuren wie Dialkylsulfate, Amide von anorganischen oder organischen Säuren wie Hexamethylphosphorsäuretriamid, Dimethylsulfoxyid, Dimethylformamid, Vinyl- oder Methylpyrolidon, Acrylamid, Ester oder Lactone solcher Säuren, wie Glycerinnitrat, Glazerintriacetat, Vinylacetat, Ester der Ameisensäure oder Maleinsäure, wie Äthyl- oder Methylformiat, Dimethylmaleat, Ester der Chloressigsäuren oder der Cyanessigsäure, wie Chlor- oder Trichloräthylacetat, Athylcyanacetat, Ester der Chlorameisensäure mit aliphatischen oder aromatischen Hydroxylverbindungen, wie mit Äthanol, Glykol, Glyzerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Phenol, Hydrochinon, Amide der Chlorameisensäure, wie N-Dimethylcarbamidsäurechlorid, aromatische oder aliphatische Säurechloride, wie Benzoylchlorid, sym.- oder asym.- Phthalylchlorid, Zimtsäurechlorid, Acetylchlorid, blsäurechlorid, Chloride von Phosphon- oder Sulronsäuren, wie Tosylchlorid oder Benzolsulfochlorid, aliphatische oder aromatische evtl, weiter substituierte Isocyanate, wie Oktylisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Toluylendiisocyanat, gemischte oder nicht gemischte Säureanhydride anorganischer und/oder organischer Säuren, wie Phthalsäureanhydrid, Methylhexahydrophthalsäureanhydrid, Acetanhydrid, Dialkyldicarbonate, Carbonsäurekohlensäureester -mischanhydride, Alkohole, wie Methanol, äthanol, Isopropanol, t-Butanol, Glykol, Glycerin, Athanolamine, Äther, wie Polyalkylen&lykole, Ketone, wie Aceton, Methyläthylketon, Halogen-Heterocyclen wie Cyanurchlorid, Isopropoxy-dichlor-s-Triazin, cyclische Carbonate wie 1,2-Propylenglykolcarbonat, Glykolcarbonat und andere mehr. Natürlich sind auch Geliermittelgemische einsetzbar, z.B. um den Gelierprozeß zeitlich zu steuern.
Hervorragend geeignet sind Carbonsäurederivate mit Ester-Charakter, insbesondere Pyrokohlensäurediäthylester oder Isophthalsäure-kohlensäureäthylester-bis-anhydrid> Butandiolbis-Chlorameisenester oder Propylglykol-bis-Chloreæsigester.
Die gelierende Wirkung solcher Verbindungen läßt sich ganz allgemein sehr leicht testen, indem man bei Raumtemperatur, z.B. Natriumwasserglaslösung mit einem Feststoffgehalt von ca. )8 Gew.-% mit ca. 0,5 Gew.-% eines Emulgators, z.B. C14-Alkylsulfonat und ca. 10 Gew.- der auf Gelierwirkung zu prüfenden Substanz verrührt.
Verfahrensgemäß werden solche Geliermittel bevorzugt, bei denen dieser Test Gelierzeiten von weniger als 120 Minuten ergibt. Hierzu gehören u.a. alle die in der beispielhaften Aufzählung direkt spezifizierten Verbindungen.
Man kann die wäßrige, gegebenenfalls anorganische oder organische Beimengungen enthaltende Silicatlösung, die gegebenenfalls ein Emulgierhilfsmittel enthält, zunächst mit dem Treibmittel und dann mit dem Geliermittel versetzen oder in umgekerter Reihenfolge vorgehen. Vielfach ist es zweckmäßig, Treibmittel und Emulgiermittel gemeinsam oder gleichzeitig, gegebenenfalls mit dem Emulgiermittel und/oder dem Verdünnungsmittel versetzt, einzumischen. Man kann auch einen organische oder anorganischen Füllstoff mit Treib-> Emulgier- und/oder Geliermittel beladen und dann zersetzen.
Die Vermischung erfolgt zumeist bei Temperaturen zwischen OOC und 700C, bevorzugt bei 10 bis 30°C. Man kann diese Temperaturgrenzen, die das Verfahren nicht einschränken, Jedoch auch nach oben oder unten überschreiten, wenn die Verfahreüstechnik es angezeigt erscheinen läßt.
Das Vermischen kann beispielsweise in Rühr- oder Schüttel-oder Knetaggregaten kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen.
Verfahrensgemäß werden die Leichtbauelemente hergestellt, indem man stückige anorganische Materialien mit den vorbeschriebenen Vormischungen mischt und die so erhaltene Gesamtmischung unter Formgebung Temperaturen oberhalb 70 0C aussetzt.
Die Herstellung der Gesamtmischung erfolgt kontinuierlich oder diskontinuierlich, indem man das stückige Material in Mischvorrichtungen, beispielsweise Betonmischmaschinen, mit den noch fließfähigen Vormischungen der vorbeschriebenen Art benetzt.
Man kann nun die Gesamtmischung, also das frisch benetzte stückige Material, bei dem die aufgebrachte Vormischung noch nicht geliert oder noch nicht vollständig geliert ist, in die gewünschte Form, die als verlorene oder wiederverwendbare Form ausgebildet sein kann, einbringen und dort den Gelierungsprozeß der Mischung eintretenlassen, wobei das Formteil durch Verklebung eine gewisse erste Eigenfestigkeit erhält. In diesem Zustand kann das Formteil vor der Temperaturbehandlung noch weiteren Arbeitsgängen unterworfen werden, beispielsweise kann es entformt und dann ohne Form erhitzt werden, wobei es seine Gestalt im wesentlichen beibehält oder es kann mit Deckschichten z.B. aus Papier, Pappe, Holz, Gips, Zement, Asbestzement, Metall, Asbest usw.
versehen werden, die dann nach dem Erhitzungsprozeß mit dem Formteil verbunden bleiben und ihm eine schützende Oberfläche verleihen.
Man kann auch derartige Deckschichten direkt als Unterlage und Auflage für die in die wuschgemäße Form eingebrachte Gesamtmischung verwenden und so quasi'in einem Arbeitsgang das herzustellende Leichtbauelement mit ein- oder mehrseitiger Deckschicht bereits vor dem Erhitzungsprozeß versehen.
Hierbei kann der gegebenenfalls zu verwendende Gips oder Zement bereits ausgehärtet, z.B. als Platte oder in noch nicht abgebundenem Zustand etwa in Form eines Breies Verwendung finden, wonach dann der Abbindeprozeß vor oder während der Temperaturbehandlung erfolgen kann.
Bei der Herstellung der Gesamtmischung kann man Jedoch auch so verfahren, daß man das stückige Material mit der Vormischung benetzt und vorsichtig so lange in Bewegung hält bis der Gelierungsprozeß der auf das stückige Material aufgebrachten Mischung abgelaufen ist. Hierbei werden die Einzelteilchen des stückigen Materials mit einer sich mehr oder weniger trocken anfühlenden schäumfähigen Gelschicht überzogen und bleiben rieselfähig. In diesem Zustand sind sie längere Zeit, gegebenenfalls bis zu mehreren Monaten, z.B.
in einem Metallkanister, lagerfähig und können zu einem gewünschten Zeitpunkt in eine Form eingebracht und durch Temperaturbehandlung in ein Leichtbauelement überführt werden. Auch in diesem Falle können natürlich auch besondere Deckschichten analog dem bereits Ausgeführten aufgebracht werden.
Als Material zur Herstellung gegebenenfalls wiederverwendbarer Formen eignen sich besonders gut Wasserdampf durchlässige Materialien, wie Papier, Holz, Pappe, Kartons, Vlies, Gewebe, Drahtgewebe, gelochte Platten aus Holz, Kunststoff oder Metall Gips, keramische Materialien.
Die in eine bestimmte verlorene ectl. gleichzeitig als Stützkonstruktion oder Rahmen dienende oder auch wiederverwendbare Form eingefüllte oder einer sonstigen Formgebung unterworfene Gesamtmischung wird auf eine Temperatur oberhalb 70 0C gebracht, wobei durch Aufschäumen der auf das stückige anorganische Material aufgebrachten gelierten Vormischung die Zwischenräume zwischen den Einzelteilen des stückigen Materials mit einem silicatischen Schaum ausgefüllt werden und so unter gleichzeitig mehr oder weniger vollständiger Austrocknung ein fester Materialverbund hergestellt wird, insbesondere deswegen, weil der entstehende Silicatschaum eine sehr gute Haftung zu den stückigen anorganischen Materialien und den gegebenenfalls mitverwendeten Verstärkungen entwickelt.
Die Temperaturbehandlung geschieht an besten, indem man das Formteil in einen gegebenenfalls vorgeheizten Ofenraum einbringt. Der Ofenraum hat zweckmäßigerweise eine Temperatur zwischen 70 und 600°C, vorzugsweise werden Ofentemperaturen von 110 bis 2000C benutzt.
Die Dauer der Temperaturbehandlung ist freibleibend, weil sie sich nach Größe und Gestalt des Formteils, der Wärmekapazität des Ofens, seiner Heizleistung und dem gewünschten Austrocknungsgrad des entstehenden Leichtbauelements richtet. Im allgemeinen werden Ofenzeiten von einer bis zu mehreren Stunden erforderlich sein.
Natürlich sind auch andere Aufheizverfahren verwendbar, z.B.
Heizbäder oder Hochfrequenz bzw. Mikrowellenheizung. In diesem Falle reichen bei hohen Leistungen der Aggregate wesentlich kürzere Erhitzungszeiten aus.
Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Leichtbauelementen beispielhaft erläutert werden, die angegebenen Teile sind Gewichtsteile, sofern nichts anderen vermerkt ist.
Vormischung A In 900 Tlen. Natronwasserglas (Dichte ca. 1,36, ca. 8,6 % Na2O, ca. 25,4 % SiO2) werden 3,0 Tle. Na-Alkylsulfonat (C14) gelöst, dann mischt man 100 Tle. Asbest (kurzfaserig, max. Faserlänge ca. 4 mm), 30 Tle.-Leichtbenzin und 30 Tle.
Isophthalsäurekohlensäureäthylester-bis-mischanhydrid in einen Trommelmischer ein. Nach ca. 5 Minuten ist ein Brei mit homogener Verteilung der Komponenten entstanden.
Vormischung B Entsprechend Vormischung A, nur ohne Mitverwendung von Asbest.
Vormischung C Wie Vormischung A, nur unter Verwendung von 40 Tlen. Waschbenzin anstelle von Leichtbenzin.
Vormischung D Entsprechend Vormischung A, nur unter Verwendung von 50 Tlen Dimethylmaleinat anstelle des Mischanhydrides.
Vormischung E Entsprechend Vormischung A, nur unter zusätzlicher Verwendung von 10 Tlen. Pyrokohlensäurediäthylester.
Beispiel 1 2000 Tle. Schaumglasgranulat (RG ca. 200 kg/m)), mittlerer Oranulatdurchmesser ca. 25 mm, werden in einem Taumelmischer mit 2000 Tlen. Vormischung A vermengt. Nach ca. 5 Minuten sind die Schaumglasgranulat-Teilchen weitgehend mit der Vormischung umhüllt.
Diese Gesamtmischung wird Jetzt in eine mit Papier ausgekleidete Plattenform aus Stahldrahtgewebe oder gelochten Stahlplatten eingefüllt und durch Rütteln verdichtet. Die Füllhöhe beträgt ca. 12 cm. Nach ca. 30 Min. ist die Vormischung geliert und die Gesamtmischung in der Plattenform verfestigt.
Man kann Jetzt entweder die Plattenform entfernen oder besser die gefüllte Plattenform in einen auf 1800C vorgeheizten Ofen einbringen. Nach 24 Stunden entnimmt man die Plattenform dem Ofen, entfernt die Stützform und erhält so eine Platte bestehend aus durch Silicatschaum festverbundenen Schaumglas-Granulaten, deren Flächen mittels einer (Band-)Säge leicht begradigt werden können. Diese Platte kann entweder direkt bei entsprechender Dimensionierung als Leichtbau-Wandelement eingesetzt werden, man kann die auch in dünnere Scheiben schneiden und diese zu Isolierelementen verwenden. Man kann diese Platte aber auch oberflächlich noch mit einem Strich aus Gips, Putz oder Asbestzement versehen und dann direkt als nicht mehr zu verputzendes Fertigbau-Wandelement einsetzen.
Natürlich kann die erhaltene Platte in beschichtetem oder unbeschichtetem Zustand zu Bausteinen mit RG ca. 200 kg/ zersägt werden.
Völlig analoge Ergebnisse werden erhalten, wenn man die Ofentemperatur auf 120 oder 1500C einstellt.
Auch sind Füllhöhen über 12 cm, ohne Schwierigkeiten bis zu 100 cm realisierbar.
Beispiel 2 Man arbeitet analog Beispiel 1, verwendet Jedoch die Vormischung B. Es werden prinzipiell analoge Ergebnisse erhalten; der die einzelnen Schaumglasgranulate verbindende Silicatschaum hat Jedoch einen etwas gröberporigen Charakter.
Beispiel 3 Man arbeitet analog Beispiel 1, verwendet Jedoch die Vormischung C. Die Ergebnisse entsprechen Beispiel 1.
Beispiel 4 Man arbeitet analog Beispiel 1, verwendet Jedoch die Vormischung D. Die Ergebnisse entsprechen Beispiel 1, die in die Form gefüllte Gesamtmischung verfestigt sich Jedoch um ca.
50 % schneller als bei Beispiel 1.
Beispiel 5 Man arbeitet analog Beispiel 1, verwendet Jedoch die Vormischung E. Die Ergebnisse entsprechen Beispiel 1, die in die Form gefüllte Gesamtmischung verfestigt sich Jedoch um ca.
50 ffi schneller als bei Beispiel 1.
Beispiel 6 Man arbeitet analog Beispiel 1, verwendet Jedoch Jetzt eine Mischung aus 4000 Tlen. Schaumglasgranulat und 2000 Tlen.
Vormischung A. Die hergestellte Leichtbauplatte hat nunmehr einen etwas lockeren Verbund, weil nicht alle Hohlräume zwischen den Granulatteilchen mit Silicatschaum voll ausgefüllt sind. Verwendet man Jedoch eine Mischung aus gleichen Teilen Schaumglasgranulat mit mittlerem Teilchendurchmesser von 25 cm und 10 mm, so erhält man wiederum eine Platte, in der die zwischen den Granulatteilchen auftretenden Zwischenräume voll mit Silicatschaum ausgefüllt sind. Die erhaltenen Platten können analog Beispiel 1 weiterbehandelt und eingesetzt werden.
Beispiel 7 Man arbeitet analog Beispiel 1, verwendet Jedoch anstelle von Schaumglasgranulat sogenannten Schaumkies, bei dem es sich um nahezu kugelförmige keramische Schaumstoffteilchen mit einem durchschnittlichen RG 170 kg/m) handelt, durchschnittlicher Teilchendurchmesser etwa 18 mm. Die Ergebnisse entsprechen völlig Beispiel 1.
Beispiel 8 Man arbeitet analog Beispiel l, setzt Jedoch 4000 Tle der Vormischung A ein. Es resultiert eine Platte, in der alle Schaumgranulatteilchen in eine Silicatschaumschicht eingebettet sind. Außerdem hat eine Volumenzunahme der Schüttung um ca.
40 Vol-% (Füllhöhe) stattgefunden. Die so erhaltene Plattenware kann analog Beispiel 1 weiterbehandelt oder verwendet werden.
Beispiel 9 Man stellt eine Gesamtmischung analog Beispiel 3 her. Diese Gesamtmischung wird nun ca. 50 Min. in der Mischvorrichtung bewegt, bis die auf das Schaumglasgranulat aufgetrommelte Vormischung geliert und erhärtet ist. Man erhält so ein schüttfähiges modifiziertes Granulat. Dieses Granulat wird nach ca. 5 Stunden in einen ca. 10 cm hohen Eisenrahmen geschüttet. Dieser Rahmen umgibt eine Fläche, auf die zuvor eine frische, noch nicht abgebundene Gipsabmischung ca. 5 mm hoch aufgefüllt wurde, so daß die eingeschütteten vorbehandelten Granulate etwas in die Gipsschicht einsinken. Der Rahmen wird bündig voll geschüttet und die Schüttung oberflächlich wieder mit einer wäßrigen Gipsanschlämmung abgedeckt. Nachdem die beiden Gipsdeckflächen abgebunden haben, wird die gesamte Plattenform auf einem Metallrost in den Ofen gefahren und dort ca. 12 Stunden bei 150°C belassen.
Nach dem Abkühlen erhält man eine stabile Leichtbauplatte im Stahlrahmen, die beidseitig eine Gipsdeckschicht trägt.
Schneidet man die Platte auf, so besteht sie zwischen den Deckschichten aus Schaumglasgranulaten, das durch Silicatschaum festen Zusammenhalt findet.
Beispiel 10 Man stellt eine Gesamtmischung analog Beispiel 1 her und schüttet sie auf eine ca. 5 mm starke Asbestzementplatte, die ca. 2 mm hoch mit der in Beispiel 1 verwendeten Vormischung beschichtet ist. Die Aufschüttung hat eine Höhe von ca. 10 cm und wird durch einen Holzrahmen stabilisiert bis die Gesamtmischung sich auf der Asbestzeinentplatte verfestigt hat. Dann entfernt man den Holzrahmen, fährt die vorgeformte Platte in einen Ofen und beläßt sie dort 15 Stunden bei 1800C. Man erhält eine Leichtbauplatte, die einseitig eine Asbestzementdeckschicht trägt.

Claims

Patentansprüche:

1) Verfahren zur Herstellung von Leichtbauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß man stückige anorgansche und/oder organische Materialien in geschäumter oder ungeschaumter Form vermischt mit einer Vormischung aus wäßriger, gegebenenfalls noch weitere anorganische und/oder organische Beimengungen enthaltenden Silicatlösungen, Treibmittel und Geliermittel für die Silicatlösung, gelieren läßt, und das noch schüttfähig vorbehandelte stückige Material in die gewünschte Form bringt und Temperaturen oberhalb 70°C aussetzt.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als stückige anorganische Materialien solche mit Raungewichten unter 50C kg, verwendet werden.

3) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch ge-Kennzeichnet, daß als stückige anorganische Materialien Schaumglasgranulate eingesetzt werden.

4j Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis )} dadurch gekennzeichnet, daß als Treibmittel Benzinfraktionen mit einem Siedepunkt unter 1500C (bei 760 Torr) eingesetzt werden.

5) Leichtbauelemente bestehend aus stückigen anorganischen und/oder organischen Materialien in geschäumter oder ungeschäumter Form, wobei die stückigen Materialien mit einem Silicatschaum verbunden sind.