DE2520220A1

DE2520220A1 - Verfahren zur herstellung von silikatischen schaumstoffpartikeln

Info

Publication number: DE2520220A1
Application number: DE19752520220
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing Grad Brettschneider; Harald Dipl Chem Dr Mahnke; Hans Schmid; Richard Dipl Ing Dr Thoma
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1975-05-07
Filing date: 1975-05-07
Publication date: 1976-11-25
Also published as: BE841589A; FR2310313A1

Description

BASF Aktiengesellschaft 2520220

Unser Zeichen: O.Z. 31 JOlKa/DK 67OO Ludwigshafen, 5.5.1975

Verfahren zur Herstellung von silikatischen Schaumstoffpartikeln

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung silikatischer Schaumstoffpartikel, die wasserunlöslich sind und sich durch eine niedrige Dichte und ein gutes Wärmedämmvermögen auszeichnen.

Es ist bekannt, silikatische Schaumstoffpartikel aus natürlichen Silikaten, die unter Einwirkung hoher Temperaturen gasförmige Treibmittel abspalten und demzufolge aufblähen, herzustellen. Es ist weiter aus der DT-OS 2 055 283 und aus der NL-PA 6901215 bekannt, ausgehend von hydratisiertem Natriumsilikat bzw. von flüssigem Wasserglas, aufgeschäumte Silikate herzustellen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung silikatischer Schaumpartikel zu schaffen, die sich durch niedrige Dichte sowie gutes Wärmedämmvermögen auszeichnen und die als Wärmeisolationsmaterial eingesetzt werden können.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von silikatischen Schaumstoffpartikeln, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man zunächst aus einer wäßrigen Alkalisilikatlösung Tropfen herstellt, diese Tropfen in einem Fällbad zu Treibmittel enthaltenden Gelpartikeln verfestigt und die so entstandenen festen, treibmittelhaltigen Gelpartikel anschließend bei höheren Temperaturen aufschäumt.

Die so hergestellten Partikel zeichnen sich durch eine bemerkenswert feinzellige Porenstruktur aus und besitzen demzufolge eine hohe mechanische Festigkeit relativ zu der niedrigen Dichte. Sowohl die Partikelgröße als auch die Dichte können hierbei in weiten Grenzen variiert werden. Es ist kennzeichnend für das Verfahren, daß quasi monodisperse Teilchen hergestellt werden können.

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Wie bereits erwähnt, wird erfindungsgemäß von einer wäßrigen Alkalisilikatlösung ausgegangen, die in feste, Wasser oder auch zusätzliche Treibmittel enthaltende Gelteilchen verwandelt wird.

Die Herstellung der festen Gelteilchen kann mit Hilfe eines organischen Geliermittels, eines anorganischen Geliermittels, einer Säure oder Ammoniak oder Ammoniumsalzen erfolgen. Als organische Geliermittel kommen alle herkömmlichen organischen Lösungsmittel in Betracht, die mit Wasser mischbar sind. Als anorganische Geliermittel kommen Salzlösungen zwei- oder mehrwertiger Kationen in Frage. Die Gelierung mit Säure kann mit jeder anorganischen oder organischen Säure bewirkt werden, sofern nur der pH-Wert der wäßrigen Alkalisilikatlösung genügend erniedrigt wird. Natürlich ist auch eine Kombination der genannten Härtungsmethoden anwendbar.

Bei diesen so hergestellten festen Gelen ist das Treibmittel Wasser a priori anwesend. Es können jedoch auch zusätzliche Treibmittel dem wäßrigen Alkalisilikat zugemischt werden. Hierfür kommen in erster Linie physikalische Treibmittel aber auch bei erhöhter Temperatur gasabspaltende Verbindungen wie z.B. Al(OH), in Betracht. Die günstigsten Schäumtemperaturen hängen von der Plastizität des festen Geles ab, sind jedoch vorzugsweise über 20O⁰C zu wählen.

Erfindungsgemäß werden aus der wäßrigen Alkalisilikatlösung im ersten Verfahrensschritt quasi-kugelförmige Teilchen vorgeformt, indem die wäßrige Alkalisilikatlösung in viele Tropfen nahezu gleicher Größe zerteilt wird. Die noch flüssigen Tropfen fallen in ein Fällbad, in welchem das Material momentan geliert. Es bildet sich demzufolge eine feste Haut auf dem flüssigen Tropfen. Die feste Haut stabilisiert die Tropfenform und ergibt vorgeformte feste Gelpartikel. Die Tropfen, die beim Auftreffen auf die Oberfläche des flüssigen Fällbades zunächst abflachen, richten sich beim Aufschäumen wieder zu einer kugelähnlichen Gestalt auf. Die Aushärtung erfolgt beim Tropfen von außen nach innen hin durch Diffusion. Wasser diffundiert zusammen mit darin löslicher Natronlauge von innen nach außen hin unter Veränderung des SiO₂/Na,,O Verhältnisses des Ausgangsproduktes Alkalisilikat. Ausgegangen wird z.B. von einem wäßrigen Natriumsilikat der Zusammensetzung.

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SiO₂ : Na₂O 3.8 : 1

Damit das Produkt wasserbeständig wird, muß das obige Verhältnis über 4.3:1 ansteigen. Bei der diffusionskontrollierten Aushärtung ist demzufolge die Mindesttopfzeit im Fällbad durch die obige Bedingung festgelegt. Bei dieser Art der Aushärtung wird dem aufzublähenden Teilchen laufend das Treibmittel Wasser entzogen, so daß die erreichbare Rohdichte der geschäumten Partikel eine Punktion der Topfzeit im Fällbad ist, sofern man diesen Effekt nicht durch zusätzlich beigemengte Treibmittel überkompensiert. Es ist charakteristisch für das erfindungsgemäße Verfahren, daß sich im Teilchen ein radialer Gradient des Si0₂/Na₂0 Verhältnisses aufbaut derart, daß das höchste SiO₂/Na₂O Verhältnis außen liegt, während der noch weiche Partikelkern ein Verhältnis SiO₂ : Na₂O = 3.8 : 1 aufweist. Dieses ist aus mehreren Gründen erwünscht'. Die Außenhaut der Partikel hat den primären Angriff abzuhalten sowohl in bezug auf Wasserlöslichkeit als auch in bezug auf den Erweichungspunkt. In beiden Fällen wird ein hohes - < SiO₂/Na₂O Verhältnis gebraucht.

Bei Anwendung eines anorganischen Geliermittels in Form eines zwei- oder mehrwertige Kationen enthaltenden Salzes bildet sich durch "Brückenbindung¹¹ der einzelnen SiOh Tetraeder ein polymeres "Netzwerk", welches a priori wasserunlöslich ist. Dieses steht im Gegensatz zum System Na₂0/Si0₂, wo sich ein wasserfestes Silikat erst nach entsprechenden Diffusionszeiten einstellt. Besteht das Fällbad aus einer wäßrigen Lösung eines Magnesiumsalzes, so bildet sich spontan das Magnesiumsilikat, welchem wahrscheinlich die Summenformel Mg₂Si,O₂·7 H₂O zuzuordnen ist. Ähnliches spielt sich im Falle von Ca-Salzen ab. Geeignet sind alle unter Normalbedingungen löslichen Mg-Salze, z.B. Magnesiumsulfat- u.a. Diese Verfahrensweise erlaubt kürzere Topfzeit'en im Falle der hauptsächlich "chemisch kontrollierten Aushärtung" im Falle eines zwei- oder mehrwertigen Salzes. Eine Möglichkeit, a priori zu einem gewünschten Si0₂/Na₂0 Verhältnis zu gelangen, besteht im Zumischen von z.B. Kieselsäure oder Kieselgur zum wäßrigen Alkalisilikat in fein verteilter Form.

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Zur Erzielung der Tropfen im ersten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann jede verfahrenstechnische Methode eingesetzt werden, die es gestattet, möglichst viele Tropfen gleicher Größe pro Zeiteinheit zu erzeugen. Vorzugsweise werden hierzu quasi - monodisperse Tropfen durch die Methode des Strahlzerfalls erzeugt. Eine hierfür geeignete Vorrichtung ist in Abb. 1 schematisch abgebildet. Die zu zertropfende Flüssigkeit wird aus dem Druckbehälter 1 mit konstantem Betriebsdruck dem starr angebrachten Düsenkopf 2 zugeführt. Die Düsennadeln 3 sind oben am Düsenkopf angelötet. Die unteren Düsenenden werden über ein Rüttelblech 4 vom Vibrator 5 in transversale Schwingungen versetzt. Diese periodische Störung bewirkt die Zertropfung der Flüssigkeitsstrahlen, die aus den am Düsenkopf befestigten Düsen herauskommen. Im Vibrator wird über den Frequenzgeber 6 die notwendige Frequenz erzeugt, die mit dem Frequenzmesser 7 überprüft wird. Mit Hilfe des Stroboskopes 8 kann die Güte der Zertropfung · visuell überprüft werden. Der Tropfenregen wird im Fällbad 9 aufgefangen und ausgefällt.

Vorzugsweise werden dabei quasi-monodisperse Tropfen durch Strahlzerfall erzeugt. Durch eine periodisch aufgezwungene Störung auf einen Flüssigkeitsstrahl tritt unter gewissen Randbedingungen ein Zerfall des Flüssigkeitsstrahles in eine Folge gleich großer Tropfen ein. Eine solche periodische Störung kann entweder durch longitudinale oder transversale Schwingungen der Düsenöffnung erzeugt werden. Die durch die Störung aufgezwungene periodische Verengung des Flüssigkeitsstrahles wird dabei durch die Oberflächenspannung, die Viskosität, die Dichte, den Düsendurchmesser, der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahles und der Frequenz der periodischen Störung beeinflußt. Die optimale Strahlgeschwindigkeit bei gegebener Frequenz kann unschwer rechnerisch ermittelt werden.

Bei den nachfolgenden Anwendungsbeispielen wurde als Zertropfungsmethode des wäßrigen Alkalisilikats die oben beschriebene Methode des Strahlzerfalls angewendet.

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Beispiele

In den Beispielen werden jeweils ca. 10 ltr. Wasserglas in den Druckbehälter eingefüllt. Der Vordruck beträgt im Falle eines 3.2 Silikates ca. 2.5 atü, um einen zusammenhängenden Flüssigkeitsstrahl zu erzeugen. Dabei beträgt der Durchsatz an Wasserglaslösung ca. 93 kg/h. Mit den Stoffdaten für die Viskosität, der Oberflächenspannung und der Dichte der Wasserglaslösung errechnete sich eine Frequenz des Vibrators von 325 Hz.

in den Beispielen 1 bis 3 wird dementsprechend nur die Art des Fällbades, die Verweilzeit im Fällbad und die Schäumtemperatur variiert.

Beispiel Fällbad Verweilzeit im Fällbad Aufschäumtemp,

1 Methanol mit fein 30 min 250-300 disp. Kieselsäure

2 Aceton lh "

3 30%ige CaCl₂ Lösung lh "

Es wurden Schüttgewichte von 40 g/l bis 200 g/l erzielt. Die fein verteilte Kieselsäure verhindert weitgehend ein Agglomerieren der Teilchen. In den Beispielen lagen die Schüttgewichte zwischen und 90 g/l.

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Claims

- 6 - O.Z. 31 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von geschäumten Silikatpartikeln, dadurch gekennzeichnet, daß man aus einer wäßrigen Alkalisilikatlösung Tropfen erzeugt, diese vorgeformten Tropfen in einem Fällbad zu Treibmittel enthaltenden Gelpartikeln verfestigt und die so entstandenen festen treibmittelhaltigen Gelpartikel aufs chäumt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fällbad anorganische , organische ' Geliermittel, anorganische oder organische Säuren oder eine Kombination dieser drei Fällbadtypen in Frage kommt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Geliermittel mit Wasser mischbare organische Lösungsmittel verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ä als anorganische Geliermittel zwei- oder mehrwertige Kationen enthaltende wasserlösliche Salze verwendet werden.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Gemische von Gelierungsmitteln verwendet werden, die eine schlagartige überführung des wäßrigen Alkalisilikates in ein festes Gel bewirken.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die festen ausgefällten Gelpartikelchen entweder bei erhöhter Temperatur oder mittels Mikrowellen aufgeschäumt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Tropfen der wäßrigen Alkalisilikatlösung einem durchgehenden Strahl der Alkalisilikatlösung eine periodische longitudinale bzw. transversale Störung derart aufgezwungen wird, daß der Flüssigkeitsstrahl in eine Folge nahezu gleich großer Tropfen zerfällt.

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