DE3100655A1 - "anorganisches schaumprodukt" - Google Patents
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Description
PATENTANWALT DR. R1CHARO \Qü:.'33L·
\V:d2r.i-.-.jy.::.-.ilr. 46
D-BUOO. MÜHC; i3i
12. Jan. 1981
24602
IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED London / Großbritannien
Anorganisches Schaumprodukt
130064/0495
Die Erfindung bezieht sich auf anorganische Schäume und insbesondere auf harte Schäume, die ein Tonmineral enthalten.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf anorganische Schaummineralien, die eine Vielzahl von aus ein
oder mehreren Schichtmineralien abgeleitete Schaumstücke enthalten und auf ein Verfahren zur Herstellung solcher
Produkte; auf anorganische Schaummaterialien, die gewisse Schichtmineralien oder ein Gemisch aus zwei oder mehr
Schichtmaterialien enthalten, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung; auf die Verwendung der anorganischen
Schaumprodukte;und auf ein Zwischenprodukt für die Verwendung bei der Herstellung von anorganischen Schaumprodukten.
Die Schichtmineralien sind in der Natur vorkommende Formen von Kieselsäure und sind Phyllosilicatmaterialien,
d. h., daß sie eine Schichtstruktur aufweisen. Unter den Ausdruck Schichtmineralien fallen beispielsweise Vermiculit,
Kaolinit und andere Tonmineralien, Montmorillonit, Sepiolit, Attapulgit, Illit und Saponit.
Die Tonmineralien kommen in Tonen als Teilchen mit einem Durchmesser in der Größenordnung von einigen Mikron vor,
die wiederum Aggregate oder Agglomerate aus kleinen kristallinen Einheiten des Minerals von Submikrongröße sind.
Tone der Kaolintype sind im wesentlichen eine Aggregation von buchförmigen Blatteinheiten des Tonminerals Kaolinit.
Es wird darauf hingewiesen, daß der hier verwendete Ausdruck "Kaolinit" Tone der Kaolintype, Kugeltone, gebrannte
Tone und Prozellanerden umfaßt, worin die Kaolinmineralien in Natur vorkommen, obwohl solche Tone gegebenenfalls
nicht aus reinem Kaolinit bestehen. Feuerfeste Tone sind Gemische aus Kaolinit und Illit.
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Die Schichtmineralien sind allgemein bekannt. Einige von ihnen werden in der Industrie sogar ausgedehnt verwendet. Kaolinit
und kaolinhaltige Tone werden ausgedehnt in zahlreichen Industrien verwendet, wie z. B. in der keramischen Industrie
(Hauptverwendung) zur Herstellung von Weißware, Porzellan und feuerfesten Produkten, sowie als Füllstoff für Papier,
Anstrichfarben, Klebstoffe, Kunststoffe und Gummimaterialien. Vermiculit wird hauptsächlich in durch Wärme aufgeblätterter
Form (exfoliierter Vermiculit) als loses Einschüttisolationsmaterial, in gebundener Form als Plattenisolation
und für Feuerschutzanwendungen und in landwirtschaftlichen Anwendungen verwendet. Delaminierter Vermiculit, worunter
Vermiculit zu verstehen ist, der durch chemische Behandlung und anschließendes Quellen in Wasser und Mahlen delaminiert
wird, wurde bei der Herstellung von Plattenmaterialien oder Papieren und als Beschickungsmaterialien für Substrate sowie
zur Herstellung von harten anorganischen Schaumprodukten für die Isolation und den Feuerschutz verwendet. Delaminierter
Vermiculitschaum und seine Verwendungen sind beispielsweise in der US-PS 4 130 687 beschrieben. Montmorillonit wird
ausgedehnt in der Industrie als Füllstoff für Papier, Klebstoffe und Anstrichfarben verwenden. Sepiolit findet vielfach
in der keramischen Industrie Verwendung.
Harte Materialien, die aus Kaolinit hergestellt sind, wie z. B. Weißware, Porzellan und feuerfeste Produkte, sind dichte,
brüchige Materialien, die durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem ein Brenn- oder Sintervorgang stattfindet.
Zwar ist Kaolinit selbst ein schlechter Wärmeleiter, aber die hochdichten harten Materialien, die aus ihm bisher hergestellt
worden sind, zeigen keine guten Isolationseigenschaften. Wegen ihrer hohen Dichte Und damit Schwere), Sprödheit
und nicht überragenden Isolationseigenschaften werden
Produkte, die aus kaolinhaltigen Tonen hergestellt sind, nicht in bedeutendem Ausmaß für die thermische Isolation
oder für den Feuerschutz verwendet. Harte Materialien, die
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aus exfoliiertem Vermiculit hergestellt sind, sind üblicherweise dichte (schwere) und ziemlich spröde Materialien.
Zwar werden sie in der Industrie zum Feuerschutz von Stahlkonstruktionen verwendet, sie finden jedoch keine
ausgedehnte Verwendung als Isolationsmaterialien. Harte Schaummaterialien, die aus delaminiertem (im Gegensatz
zu durch Wärme exfoliiertem) Vermiculit hergestellt sind, sind leicht und zeigen einen guten Feuerschutz und gute
Isolationseigenschaften, sie sind jedoch schwierig in großen Stücken herzustellen. Da solche Produkte die Neigung
besitzen, beim Trocknen zu reißen und sich zu deformieren, sind sie schwierig in Form von Platten mit einer Größe von
mehr als 30 cm χ 30 cm und mit einer Dicke von 3 cm herzustellen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform besteht die vorliegende
Erfindung im Auffinden eines Produkts niedriger Dichte aus
Schichtmineralien, das sowohl leicht ist als auch gute Wärmeisolations-
und Feuerschutzeigenschaften zeigt und leicht in Form von Platten mit einer großen Größe, wie z. B. 3 m χ
1 m χ 10 cm, hergestellt werden kann.
Gemäß einer ersten Erscheinungsform betrifft die Erfindung deshalb ein hartes anorganisches Schaumprodukt, das vorzugsweise
eine Dichte von weniger als 0,4 g/ml und insbesondere weniger als 0,2 g/ml aufweist und aus Stücken aus ein oder
mehreren Schichtmineralien besteht, wobei jedes Stück eine Zellstruktur besitzt.
Der Ausdruck "Stücke", wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, bezieht sich auf Teilchen, Perlen, Bruchstücke oder
kleine Klumpen aus Schaum mit einer im wesentlichen kontinuierlichen Zellenstruktur, wobei die Wandungen der Zellen
durch die Schichtmineralteilchen gebildet werden, obwohl dieser Ausdruck nicht irgendeine Größe, Form oder Konfiguration
der Schaumstücke beschreiben soll. Typischerweise sind die Stücke zylindrische oder im wesentlichen kugelförmige
Stücke aus Schaum mit einer maximalen Abmessung unterhalb
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ungefähr 5 mm, beispielsweise von 0/5 bis 5 mm.
Wie es weiter unten näher beschrieben werden wird, werden die anorganischen Schaumprodukt dadurch hergestellt, daß
die Stücke mit zelliger Struktur in die gewünschten Produktformen,
wie z. B. Platten, zusammengefügt werden, so daß die Produkte im wesentlichen eine Zellenstruktur aufweisen,
obwohl die richtige Zellenstruktur nicht durch das ganze Produkt durchgehend sein muß. Es wird darauf hingewiesen,
daß der Ausdruck "hartes anorganisches Schaumprodukt", wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, solche Produkte
umfaßt, bei denen die Zellenstruktur nicht vollständig kontinuierlich ist. So umfaßt der Ausdruck beispielsweise
Produkte, bei denen die Schaumstücke mit Hilfe eines Klebstoffs oder durch gegenseitige Anziehung gebildet werden,
wobei Poren zwischen den Stücken innerhalb der Produktstruktur bestehen.
Die Dichte der Schaumprodukte der Erfindung liegt normalerweise unterhalb 0,25 g/ml und kann bis zu 0,06 g/ml bei speziellen
Leichtprodukten herabreichen. Typischerweise besitzen die Produkte eine Dichte im Bereich von 0,08 g/ml bis
0,15 g/ml.
Der Ausdruck "harter Schaum", wie er auf die Stücke angewendet wird, bezieht sich auf ein Material mit einem strukturellen
Zusammenhalt, bei dem es sich um eine Zweiphasendispersion aus Gas in einer festen Matrix mit einer im wesentlichen
kontinuierlichen Zellstruktur handelt. Der Ausdruck "harter anorganischer Schaum", wie er für die Stücke verwendet
wird, bezieht sich auf einen harten Schaum, der im wesentlichen aus anorganischem Material besteht, obwohl die
Anwesenheit kleiner Mengen organischer Materialien als Verunreinigung im Schichtmineral oder in den Schichtmineralien
oder durch absichtliche Zugabe (beispielsweise ein organisches oberflächenaktives Mittel, das bei der Herstellung des
Schaums wie weiter unten beschrieben verwendet worden ist) nicht ausgeschlossen ist. Darüber hinaus soll mit dem Aus-
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druck "hartes anorganisches Schaumprodukt", wie es auf die Produkte angewendet wird, die einen Zusammenbau von Stücken
enthalten, die Anwesenheit kleiner Mengen, beispielsweise bis zu 20 %, eines organischen Materials, das in den Stücken
anwesend ist oder das absichtlich beispielsweise als Binder zum Vereinigen der Stücke in eine selbsttragende Struktur
zugegeben wird, nicht ausgeschlossen werden.
Die weiter oben beschriebene Erscheinungsform ist ein Produkt mit im wesentlichen zelliger Struktur, das Stücke mit zelliger
Struktur enthält, die aus ein oder mehreren Schichtmineralien hergestellt sind. Eine weitere Erscheinungsform der Erfindung
ist ein Produkt mit richtiger Zellenstruktur, das sich direkt von einer Suspension von gewissen Schichtmineralien
oder Gemischen von Schichtmineralien ableitet.
Gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung wird ein harter anorganischer Schaum mit Zellenstruktur vorgeschlagen,
der ein Gemisch aus Tonmineralien ist und vorzugsweise eine Dichte von weniger als 0,4 g/ml und insbesondere weniger
als 0,2 g/ml aufweist.
Schließlich wird auch ein harter anorganischer Schaum mit Zellenstruktur vorgeschlagen, der Montmorillonit enthält
und vorzugsweise eine Dichte von weniger als 0,4 g/ml, insbesondere weniger als 0,2 g/ml aufweist.
Eine weitere Erscheinungsform der Erfindung ist ein harter anorganischer Schaum mit Zellenstruktur, der Sepiolit enthält
und vorzugsweise eine Dichte von weniger als 0,4 g/ml und insbesondere weniger als 0,2 g/ml aufweist.
Schließlich wird auch ein harter anorganischer Schaum mit Zellenstruktur vorgeschlagen, der Kugelton und/oder einen
feuerfesten Ton enthält und vorzugsweise eine Dichte von weniger als 0,4 g/ml und insbesondere unter 0,2 g/ml aufweist.
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Die erfindungsgemäßen Schaumprodukte/ ob sie nun in Form von Stücken oder als direkte Produkte vorliegen, werden durch
ein Verfahren hergestellt/ bei dem ein Gas in eine Suspension (oder Dispersion) eines Schichtminerals in einem
flüssigem Medium eingebracht wird. Eine weitere Erscheinungsform der Erfindung liegt deshalb in einem Verfahren zur Herstellung
eines harten anorganischen Schaums mit Zellenstruktur, welcher ein oder mehrere Schichtmineralien aufweist,
welches dadurch ausgeführt wird, daß man eine Suspension aus ein oder mehreren Schichtmineralien in einem flüssigen Medium,
das ein oberflächenaktives Mittel enthält, auftreibt, um einen stabilen nassen Schaum herzustellen, und daß man hierauf
mindestens einen Teil des flüssigen Mediums aus dem Schaum entfernt.
Mit dem Ausdruck "stabiler nasser Schaum" ist eine aufgetriebene Suspension gemeint, die beim Stehen oder bei der Entfernung
von Flüssigkeit nicht zusammensackt und die insbesondere beim Stehen innerhalb eines Zeitraums von 10 Minuten
nicht zusammensackt (keine wesentliche Verringerung der Schaumhöhe). Wie weiter unten näher erörtert, hängt die Stabilität
der aufgetriebenen Suspension hauptsächlich von dem verwendeten oberflächenaktiven Mittel ab. Es wurde gefunden,
daß zwar einige oberflächenaktive Mittel, wie z. B.Fettamine
und Saponin, die Bildung eines Schaums ermöglichen, der aber nicht stabil ist und in wenigen min zusammensackt. Die Bildung
einer solchen unstabilen aufgetriebenen Suspension fällt nicht innerhalb des Bereichs der Erfindung.
Wie bereits festgestellt, werden die harten Schäume durch ein Verfahren hergestellt, bei dem eine Suspension ein oder
mehrerer Schichtmineralien aufgetrieben wird und das flüssige Medium vom erhaltenen Schaum entfernt wird. In dem Fall,
in dem der Schaum in Form von Stücken hergestellt wird, kann die aufgetriebene Suspension oder der Schaum in Tröpfchen
oder nasse Teilchen unterteilt werden, bevor das flüssige
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Medium entfernt wird. Die Unterteilung der aufgetriebenen Suspension oder des Schaums in Teilchen oder nasse Tröpfchen
kann auf verschiedenen Wegen erfolgen, beispielsweise dadurch, daß man den Schaum durch eine Düse oder andere
Öffnungen hindurchspritzt, den Schaum durch Öffnungen in einem Band extrudiert oder eine andere Technik zur Unterteilung
der Suspension in Tröpfchen oder Teilchenform anwendet. Die nassen Teilchen oder Tröpfchen sollten mindestens
teilweise getrocknet werden, bevor sie die Gelegenheit haben, sich wieder zu vereinigen. Trockene oder teilweise
trockene Stücke können unter Verwendung eines Spritztrocknungsapparats hergestellt werden. Teilweise getrocknete
Stücke können weiter dadurch getrocknet werden, daß man sei unter Bedingungen erhitzt, unter denen eine Vereinigung
verhindert wird, beispielsweise in einzelnen Schichten oder bewegten Betten, wie z. B. Wirbelbetten. Stücke können auch
durch Formen des Schaums in Faserstücke trocknen und Zerkleinern
des trockenen oder teilweise getrockneten Materials hergestellt werden.
Die Dichte der harten Schäume (Stücke oder direkt extrudierte Produkte), die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt
worden sind, kann auf verschiedenen Wegen abgewandelt werden, beispielsweise durch die Einverleibung verschiedener
Mengen Gas in die Suspension, durch die Verwendung von Treibmitteln und durch Veränderung des Feststoffgehalts
der Suspension. Der Feststoffgehalt der Suspension beeinflußt die Viskosität der Suspension. Das gleiche gilt
für das jeweilige oberflächenaktive Mittel und die Temperatur, bei der das Auftreiben stattfindet. Im allgemeinen
gibt eine Erhöhung des Feststoffgehalts der Suspension eine Zunahme der Dichte des aus der Suspension hergestellten
Schaums. Typischerweise liegt der Feststoffgehalt der Suspension im Bereich von 10 bis 60 Gew.-%, bezogen auf die
Suspension, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 40 Gew.-%.
Ein Entflockungsmittel, wie z. B. Tripolyphosphat, kann zugesetzt
werden, um die Herstellung von Suspensionen mit einem
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hohen Feststoffgehalt zu ermöglichen.
Die Suspension des Schichtminerals ist üblicherweise eine wäßrige Suspension und ist insbesondere eine Suspension oder
Dispersion der Schichtmineralteilchen in Wasser, vorzugsweise destilliertes oder entsalztes Wasser. Die Schichtmineralien
werden im allgemeinen leicht in Wasser suspendiert oder dispergiert, um Suspensionen herzustellen, die kolloidale
Eigenschaften besitzen. Das flüssige Medium der Suspension kann gegebenenfalls ein Gemisch aus Wasser und einem mit
Wasser mischbaren Lösungsmittel, wie z. B. Alkohol, sein. Gegebenenfalls kann die Flüssigkeit jedoch auch eine organische
Flüssigkeit sein. Bei der Überführung der Suspension in einen Schaum und anschließend in einen harten Schaum ist
es nötig, ein oberflächenaktives Mittel in die Suspension einzuverleiben. Dieses Mittel wird normalerweise dem Wasser
vor oder während der Bildung der Suspension zugegeben. Es wird darauf hingewiesen, daß im Falle des Schichtminerals
Vermiculit eine Delaminierung des Minerals in einem oberflächenaktiven
Mittel, das in das delaminierte Material einverleibt wird, stattfinden kann und daß dann ein gesondertes
Mittel unter Umständen unnötig ist. Zusätzlich zu einem oberflächenaktiven Mittel können andere Mittel, wie z. B.
Füllstoffe, Druckfestigkeitsverbesserer, Wasserstabilitätsverbesserer und Entflockungsmittel in die Suspension vor,
während oder nach der Herstellung der Suspension einverleibt werden.
Es kann jedes oberflächenaktive Mittel verwendet werden,
das beim Auftreiben der Suspension einen nassen stabilen Schaum ergibt, worunter zu verstehen ist, daß er beim Stehen
während einer Zeit von mindestens 10 min oder beim Entfernen des flüssigen Mediums nicht zusammenfällt. Anionische,
nicht-ionische oder kationische oberflächenaktive Mittel können verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie einen
stabilen Schaum ergeben. Die Eignung eines oberflächenaktiven Mittels für die Verwendung beim erfindungsgemäßen
Verfahren kann leicht durch einfachen Versuch bestimmt wer-
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den, indem man einfach untersucht, ob es das Mittel ermöglicht, einen nassen Schaum aus einer Suspension mit einem
Feststoffgehalt von beispielsweise 30 % herzustellen, und ob dieser Schaum stabil ist. Allgemein läßt sich sagen, daß
ein nasser Schaum, der beim Stehen nicht innerhalb einer Zeit von 10 min, vorzugsweise innerhalb einer Zeit von 1 h
zusammensinkt (bei dem beispielsweise keine wesentliche Verringerung
der Schaumhöhe zu beobachten ist) im allgemeinen sich zum Trocknen eignet, so daß ein harter Schaum gemäß
der Erfindung erhalten wird. Für die Zwecke des Versuchs kann das zu testende oberflächenaktive Mittel in jeder gewünschten
Menge oder in verschiedenen Konzentrationen verwendet werden, vorausgesetzt, daß es den Schaum nicht ausflockt.
Im allgemeinen ergibt eine große Menge des Mittels, beispielsweise 2 Gew.-%, bezogen auf die Lösung, ein Anzeichen
für einen ersten Test, dahingehend, ob das Mittel wert ist, weiter untersucht zu werden.
Oberflächenaktive Mittel, die in niedrigen Konzentrationen
verwendet werden können, werden bevorzugt, jedoch ist dies nicht kritisch. Es wurde beobachtet, daß ein oberflächenaktives
Mittel, welches aus einer Suspension eines Scr.ichtmineralseinen
Schaum gibt, aus einer Suspension eines anderen Schichtminerals oder Schichtmineralgemischs, wie z.
B. einem Gemisch aus Kaolinit und delaminiertem Vermiculit, keinen Schaum mit vergleichbarer Stabilität ergibt. In gleicher
Weise kann ein oberflächenaktives Mittel, das aus einer Suspension eines Schichtminerals keinen stabilen Schaum ergibt,
trotzdem aus einer Suspension eines anderen Schichtminerals oder Schichtmineralgemischs einen stabilen Schaum
ergeben. Beispielsweise ergibt das oberflächenaktive Mittel n-Butylammoniumchlorid aus einer Suspension von Kaolinit
alleine einen stabilen Schaum, ergibt aber aus einer Suspension aus delaminiertem Vermiculit oder einem Gemisch aus
Kaolinit und delaminiertem Vermiculit im Gewichtsverhältnis von 50:50 keinen stabilen Schaum. Wenn die Eignung eines
oberflächenaktiven Mittels untersucht wird, muß man dies beachten, d.h., daß der Test vorzugsweise unter Verwendung
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der tatsächlichen Suspension ausgeführt werden sollte, die aufgetrieben und später in einen harten Schaum getrocknet
werden soll.
Bezüglich des oberflächenaktiven Mittels wurde auch beobachtet, daß diejenigen oberflächenaktiven Mittel, die einen
Schaum am leichtesten ergeben, nicht zwangsläufig den stabilsten Schaum ergeben. In der Tat wurde festgestellt,
daß im allgemeinen oberflächenaktive Mittel, die einen Schaum mit nur einigen Schwierigkeiten ergeben (beispielsweise
nach längerem Schlagen der Suspension) stabilere Schäume liefern. Die Leichtigkeit, mit der ein oberflächenaktives
Mittel es ermöglicht, einen Schaum zu erzeugen, ist jedoch kein ausschließliches Anzeichen über die Eignung
des Mittels für die Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf Mittel mit niedrigen Schäumungseigenschaften beschränkt
ist.
Die verwendete Menge des oberflächenaktiven Mittels kann
innerhalb weiter Grenzen variieren. Sie hängt beispielsweise vom Feststoffgehalt der Suspension, dem betreffenden Schichtmineral
und dem betreffenden oberflächenaktiven Mittel, der jeweils verwendeten Auftreibtechnik und der Auftreibtemperatur
ab. Als allgemeine Richtschnur kann man sagen, daß die Menge des oberflächenaktiven Mittels typischerweise zwischen
0,1 und 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des in der aufzutreibenden Suspension vorhandenen Schichtminerals abhängt.
Da das oberflächenaktive Mittel nach Entfernung der Flüssigkeit aus dem Schaum im harten Schaum verbleibt und
da seine Anwesenheit im harten Schaum unerwünscht ist, wird es bevorzugt, die geringstmögliche Menge an oberflächenaktivem
Mittel zu verwenden, die gerade noch einen stabilen Schaum ergibt, der bei Entfernung der Flüssigkeit nicht
zusammensackt.
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Das Auftreiben der Suspension kann auf verschiedenen Wegen erfolgen, beispielsweise durch Erzeugung eines Gases oder
von Dampf in der Suspension oder durch mechanisches Einführen eines Gases in die Suspension durch rasches Rühren
der Suspension. Das Gas wird normalerweise ein solches sein, welches gegenüber der (wäßrigen) Suspension inert
ist, wie z. B. Luft, Stickstoff, Kohlendioxid, ein Kohlenwasserstoff oder ein Chlorfluorkohlenstoff. Ein mechanisches
Einführen des Gases in die Suspension kann beispielsweise durch rasches Rühren oder Schlagen der Suspension erfolgen.
Die Erzeugung von Gas oder von Dampf in der Suspension kann dadurch erreicht werden, daß man die Suspension, vorzugsweise
rasch, erhitzt, um Blasen aus dem verdampfenden flüssigen Medium (Wasserdampf, wenn das flüssige Medium ein wäßriges
Medium ist) oder um Blasen des Dampfes eines Stoffs (Treibmittel) zu erzeugen, der in die Suspension als Quelle für
einen Dampf zwecks Auftreiben des Schaums zugegeben wird. Das Treibmittel kann beispielsweise ein Kohlenwasserstoff,
ein Chlorkohlenstoff, ein Fluorkohlenstoff, ein Chlorfluorkohlenstoff
oder eine Quelle für Kohlendioxid sein. Die Suspension kann dadurch aufgetrieben werden, daß man sie elektromagnetischer
Strahlung mit einer Frequenz im Bereich
4 12
von 10 Hz bis 10 Hz aussetzt.
von 10 Hz bis 10 Hz aussetzt.
Die Bildung der Suspension und das Auftreiben der Suspension in dem Fall, indem das Auftreiben keine Erhitzungsstufe umfaßt,
kann zweckmäßigerweise bei Raumtemperatur ausgeführt werden, obwohl auch höhere oder niedrigere Temperaturen gegebenenfalls
verwendet werden können.
Die Entfernung des flüssigen Mediums aus der aufgetriebenen Suspension erfolgt normalerweise durch Verdampfen, üblicherweise
durch Erhitzen der aufgetriebenen Suspensionen. Die Geschwindigkeit der Entfernung der Flüssigkeit aus dem Schaum
kann gesteuert werden, beispielsweise dadurch, daß man die Temperatur des Schaums steuert oder daß man einen Trocknungsbehälter
mit einer Einrichtung für die Feuchtigkeitsregelung
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verwendung, so daß ein allzu rasches Trocknen des Schaums,
das zu einem Reißen oder Verziehen des Schaums führen könnte, vermieden wird. Gegebenenfalls kann der nasse Schaum
bei Raumtemperatur während einer längeren Zeit, beispielsweise mehrere Tage, stehengelassen werden, um den Schaum auszutrocknen
und um eine harte Struktur zu bilden. Normalerweise wird der Schaum jedoch nach dem Formen auf eine Temperatur
bis zu ungefähr 900C erhitzt, um das flüssige Medium zu entfernen. Die Regelung der Trocknungsbedingungen kann bei
der Herstellung von Produkten, wie z. B. Platten, direkt durch Extrusion der aufgetriebenen Suspension und Trocknen
wichtig sein, ist aber bei der Herstellung von Stücken weniger wichtig, wo ein rasches Trocknen möglich ist, beispielsweise
bei Temperaturen bis zu 2000C oder sogar darüber.
Harte anorganische Schäume, die Schichtmineralien enthalten, sind weich und von niedriger Druckfestigkeit. In Abhängigkeit
von jeweiligen Schichtmineral kann die Festigkeit der Schäume dadurch verbessert werden, daß man einen Druckfestigkeitsverbesserer
einverleibt und/oder daß man den trockenen Schaum zwecks Sinterung erhitzt. Die Einverleibung von
Vermiculitlamellen (delaminierter Vermiculit) in Mischmineralschaum,
Leispielsweise durch die 3inverleibungr in die
Suspension vor dem Auftreiben ergibt im allgemeinen eine Zunahme der Druckfestigkeit des Schaums. Außer im Falle von
vollständig aus Vermiculit bestehenden Schäumen, werden starke Schäume durch Sintern des trockenen harten Schaums erreicht,
der durch Trocknen der aufgetriebenen Suspension erhalten worden ist, beispielsweise durch Erhitzen des trockenen
Schaums auf eine Temperatur bis zu 10000C oder sogar höher.
Ein Sintern des Schaums kann ein Verdichten des Schaums zur Folge haben, jedoch behält der gesinterte Schaum eine Zellenstruktur
bei und bleibt ein leichtes Material. Das Sintern von Schäumen aus Vermiculit und einem anderen Mineral
ergibt eine Zunahme oder eine Abnahme oder eine sehr kleine Änderung der Dichte der Schäume, je nach der Menge des Vermiculits
im Schaum und nach dem Gewichtsverlust beim Erhitzen des Schaums auf Sintertemperatüren.
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Gesinterte Schichtmineralschäume liegen innerhalb des Bereichs
der Erfindung, wie auch deren Herstellung.
üngesinterte harte Schäume, die Schichtmineralien enthalten,
zeigen eine geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber Abbau durch flüssiges Wasser, weshalb es bevorzugt wird, die Schäume
zu behandeln, um ihre Wasserstabilität zu verbessern. Beispielsweise können die Schäume dadurch wasserfest gemacht werden,
daß man einen Siliconpolymervorlaufern einverleibt und daß man später im Schaum saure Bedingungen erzeugt, unter
denen eine Polymerisation des Vorläufers unter Bildung eines Siliconpolymers im Schaum stattfindet. Beispielsweise
kann Natriummethylsiliconat in eine wäßrige Suspension von Kaolinit vor oder während dem Auftreiben der Suspension einverleibt
werden. Der erhaltene Schaum kann in noch nassem Zustand mit einem sauren Gas, wie z. B. Kohlendioxidgas, behandelt
werden, um die sauren Bedingungen zu erzeugen, die zur Polymerisation des Siliconats in ein Siliconpolymer nötig
sind. Anstelle der Behandlung des Schaums mit einem sauren Gas während des Trocknens des harten Schaums beim Schaumherstellungsverfahren
kann der Schaum vollständig getrocknet und dann mit Wasser im gewünschten Ausmaß benetzt werden.
Gegebenenfalls kann anstelle einer gesonderten Behandlung mit einem sauren Gas der nasse Schaum in Luft längere Zeiten
stehen gelassen werden, wobei das Kohlendioxid in der Luft absorbiert wird und die nötigen sauren Bedingungen im Schaum
schafft. Gesinterte Schäume, bei deren Herstellung ein vor dem Sintern einverleibtes Siliconpolymer zerstört wird, können
nach dem Sintern mit einem Siliconpolymer wasserfest gemacht werden.
Die relativen Verhältnisse der Tonmineralien in der Suspension der gemischten Mineralien und damit im erhaltenen festen
Schaum können innerhalb weiter Grenzen variieren, was beispielsweise von der Druckfestigkeit und von den thermischen
Isolationseigenschaften abhängt, die der harte Schaum aufweisen soll. Die Schäume können beispielsweise Kaolinit oder ei-
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nen kaolinhaltigen Ton und Vermiculit in den relativen Gewichtsverhältnissen
von 90:10 bis 10:90 enthalten. Im allgemeinen ergibt eine Erhöhung des Anteils an Vermiculitlamellen
im harten Schaum eine Zunahme der Druckfestigkeit des harten Schaums/ aber auch eine Zunahme des thermischen
Isolationskoeffizientens (K-Wert) des harten Schaums.
Harte Schäume mit Zellenstruktur, die Vermiculitlamellen enthalten und ihre Herstellung durch Auftreiben einer Suspension
von Vermiculitlamellen in einen Schaum, Extrudieren des Schaums und Entfernen des flüssigen Mediums aus dem
Schaum sind in der GB-PA 14764/76 und in der entsprechenden US-PS 4 130 687 beschrieben, worin die Herstellung von Suspensionen
von Vermiculitlamellen ebenfalls angegeben ist. Die Angaben in dieser GB-PA bzw. US-PS sollen als in die
vorliegende Anmeldung eingeschlossen gelten.
Die harten Schäume aus Mischmineralien gemäß der vorliegenden Erfindung, die delaminierten Vermiculit enthalten, leiten
sich zweckmäßigerweise von einer Suspension von Vermiculitlamellen dadurch ab, daß vor dem Auftreiben ein weiteres
Schichtmineral in die Suspension einverleibt wird. Wie es in der US-PS 4 130 687 beschrieben ist, wird die Suspension
von Vermiculitlamellen üblicherweise ein oberflächenaktives Mittel, wie z. 3. n-Butylammoniumchlorid, enthalten, das
bei der Herstellung der Suspension verwendet worden ist, so daß die Einverleibung eines weiteren Schichtminerals
in die Suspension sowohl die Suspension als auch das für die Bildung eines harten Schaums nötige oberflächenaktive Mittel
liefert, wie dies weiter oben bereits beschrieben worden ist.
Vorzugsweise enthalten Mischmineralien mit einem Gehalt an Vermiculit ein Mittel zur Verbesserung der Druckfestigkeit
und der Wasserstabilität der harten Schäume, das nur aus Vermiculitlamellen besteht. Die Verbesserung der Druckfestigkeit
und der Wasserstabilität von Vermiculitschäumen
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durch die Einverleibung eines Druckfestigkeitsverbesserers, bei dem es sich um ein festes Material mit einer basischen
Reaktion in Wasser handelt, ist in der GB-PS 33723/78 und in der entsprechenden EU-PA 79301577.7 beschrieben, deren
Angaben als in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen gelten sollten. Wie es in der GB-PA beschrieben ist, ist
der bevorzugte Druckfestigkeitsverbesserer und Wasserstabilitätsverbesserer teilchenförmiges Magnesiumoxid. Es wird
bevorzugt, teilchenförmiges Magnesiumoxid in die Mischmineralschäume (die Vermiculit enthalten) der vorliegenden Erfindung
einzuverleiben. Wie weiter oben beschrieben, kann die Druckfestigkeit der Mischmineralschäume alternativ durch
Sintern des Schaums verbessert werder^/Die Suspensionen, die
ein oberflächenaktives Mittel enthalten, das zur Bildung der harten Mischschichtmineralschäume gemäß der Erfindung verwendet
wird, und die eine weitere Erscheinungsform der Erfindung darstellen, umfassen die folgenden Suspensionen von gemischten
Schichtmineralien:
(1) eine Suspension in einem flüssigen Medium, welche ein oberflächenaktives Mittel für Vermiculitlamellen und
ein oder mehrere weitere Schichtmineralien enthält;
(2) eine Suspension in einem flüssigen Medium, welche ein oberflächenaktives Mittel für Vermiculitlamellen, ein
oder mehrere weitere Schichtmineralien und einen Druckfestigkeits-
und Wasserstabilitätsverbesserer, wie z. B. Magnesiumoxid, enthält;
(3) eine Suspension wie unter (1) oder (2) oben, die zusätzlich ein Entflockungsmittel, wie z. B. ein Tripolyphosphat,
enthält; und
(4) eine Suspension in einem flüssigen Medium, die ein oberflächenaktives
Mittel von zwei oder mehr Schichtmineralien enthält.
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Vorzugsweise ist das flüssige Medium in einer jeden der Suspensionen ein wäßriges Medium und insbesondere Wasser.
Es wird weiterhin bevorzugt, daß in jeder der Suspensionen der gemischten Schichtmineralien eines der Schichtmineralien
aus Kaolinit besteht.
Jede der obigen Suspensionen 1 bis 4 kann getrocknet werden, was auch für ähnliche Suspensionen gilt, die frei von oberflächenaktiven
Mitteln sind, wie z. B. durch Spritztrocknung, um ein entsprechendes freifließendes, trockenes Pulvermaterial
herzustellen. Solche Materialien werden gemäß der Erfindung ebenfalls vorgeschlagen. Diese trockenen Pulvermaterialien
können leicht in einem flüssigen Medium, insbesondere Wasser, redispergiert werden, um eine Suspension herzustellen, die
sich für die Umwandlung in einen harten Schaum durch das hier beschriebene Verfahren eignet. Im Falle von trockenen Pulvermaterialien,
die Magnesiumoxid enthalten, wird es bevorzugt, eine von Magnesiumoxid freie Suspension zu trocknen und trockenes
Magnesiumoxid der getrockneten Suspension zuzugeben. Es wird darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäßen trockenen
Pulver auch dadurch hergestellt werden können, daß man ein trockenes Pulver, welches Vermiculitlamellen enthält, mit einem
anderen pulverförmigen Schichtmineral (das gegebenenfalls mit Natriumtripolyphosphat gemischt ist) und gegebenenfalls
mit trockenem pulverförmigem Magnesiumoxid mischt.
Die gemäß der Erfindung erhaltenen harten Schaumprodukte, ob sie nun vollständig aus einem Schichtmineral bestehen
oder gemischte Mineralien enthalten, wie z. B. Kaolinit und Vermiculit, sind wärmebeständige und wärmeisolierende
Materialien, die in einer großen Reihe von Feuerschutzanwendungen und thermischen Isolationsanwendungen herangezogen
werden können. Die Produkte können als Platten hergestellt, werden, um nachfolgend verarbeitet zu werden, beispielsweise
in Laminate mit Schichten aus einer großen Reihe von Materialien, wie z. B. Holz, Furnier, Asbest, Glimmer
und Kunststoffe , Vermiculitplatten (geschäumt oder aus durch Wärme exfoliierten Vermiculitgranalien ) und Glas-
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-as-
fasermatten, die mit Vermiculit und Polymeren imprägniert sind. Solche Laminaten bilden dekorative Bauplatten für
die Bauindustrie. Platten können direkt ohne Laminierung mit anderen Materialien verwendet werden, beispielsweise
zum Beschichten von Holz-, Beton- oder Stahlkonstruktionselementen, um eine Feuerschutzschicht und eine Wärmeisolationsschicht
rund um die Elemente zu schaffen. Weiterhin können sie als Dachplatten, Auskleidungsplatten und Deckenfliesen
dienen.
Die harten Schäume können längere Zeiten hohen Temperaturen ausgesetzt werden, beispielsweise bis zu 10000C, ohne daß
sie zerfallen, obwohl ein längeres Aussetzen an höhere Temperaturen die Produkte spröd machen kann. Eine Druckverformung
der Oberfläche der harten Schäume nach oder während des Trocknens ergibt eine glatte Oberfläche, die für einen
Dekorativeffekt geformt werden kann, sofern dies erwünscht ist. Die harten Schäume können, gegebenenfalls in Form von
Laminaten mit einem anderen Material, für feuerhemmende Türen oder feuerhemmende Trennwände verwendet werden. In Form
von Stücken können sie als lose Einschüttmittel für Hohlräume usw. verwendet werden.
Die Schaumstücke können unter Bildung gewünschter Produkte zusammengeleimt werden. Es kann eine Reihe von anorganischen
und organischen (vorzugsweise aber anorganischen) Klebstoffen verwendet werden, um die Stücke in Platten zusammenzuleimen,
aus welchen Laminate hergestellt werden können, oder um Beschichtungen auf Substrate aufzubringen, wie z. B.
aus Holz, Zement und Stahl. Platten mit einer Dicke bis zu 10 cm oder mehr können durch Zusammenzementieren von Stükken
aus trockenem Schaum hergestellt werden. Beispiele für anorganische Binder, die verwendet werden können, sind Phosphorsäure,
wäßrige Lösungen von Phosphaten und Silikat mente und Gips. Beispiele für organische Binder, die verwendet
werden können, sind wäßrige Emulsioner von Vinyl- und Vinylidenpolymeren und -mischpolymeren.
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Schaumstücke, insbesondere solche, die teilweise oder vollständig aus delaminiertem Vermiculit (Vermiculitlamellen)
bestehen, können trocken in Produkte gepreßt werden, die eine Festigkeit aufweisen, ohne daß man einen Klebstoff oder
Binder verwenden muß. Vorzugsweise sind Produkte, die durch trockenes Pressen von Stücken erhalten werden, in Form von
Laminaten, wobei das Schaumstückeprodukt mit ein oder zwei Schichten, beispielsweise Papier oder Blech, bedeckt ist.
Zwar können Produkte durch trockenes Pressen der Schaumstücke hergestellt werden, aber es wird bevorzugt, die Stükke
vor dem Pressen in Produkte anzufeuchten.
Der nasse Schaum (d. h. die aufgetriebene Suspension) und die Suspension vor dem Auftreiben können als Binder zum Verbinden
von harten Schaumstücken verwendet werden. Für die Verwendung als Klebstoff wird es bevorzugt, daß der nasse
Schaum oder die Suspension Vermiculitlamellen enthalten, und zwar vorzugsweise einen beträchtlichen Anteil an Vermiculitlamellen,
beispielsweise mindestens 50 Gew.-% des gesamten Feststoffgehalts des nassen Schaums oder der Suspens
ion.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung von Schaumstückeprodukten wird ein Verfahren zur Herstellung
von Formgegenständen aus Stücken eines harten anorganischen Schaums, der aus ein oder mehreren Schichtmineralien
besteht, vorgeschlagen, welches dadurch ausgeführt wird, daß man eine Lösung von Phosphationen oder Silikationen
auf Schaumstücke aufbringt und die erhaltenen nassen Stücke trocknet, während sie in der gewünschten Form gehalten
werden.
Die Lösung, welche Phosphationen enthält, kann eine Phosphorsäure oder eine Lösung eines Phosphatsalzes sein. Organische
und anorganische Phosphate, einschließlich komplexe Phosphate, können verwendet werden. Da jedoch die Formgegen-
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• anstände, die durch das Verfahren erhalten werden, in erwünschter
Weise vollständig oder zumindest weitgehend anorganisch sein sollen, wird es bevorzugt, anorganische Phosphate oder
eine Phosphorsäure zu verwenden. Die bevorzugte Phosphationen enthaltende Lösung ist ortho-Phosphorsäure. Natriumsilikatlösung
ist die bevorzugte Lösung, die Silikationen enthält.
Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Schaumstücke in die Form des gewünschten Produkts gebracht,
wie z. B. in Form einer Platte, worauf unter Beibehaltung dieser Form in Gegenwart einer Lösung, die Phosphat- oder
Silikationen enthält, eine Trocknung durchgeführt wird, so daß nach dem Trocknen die Schaumstücke zusammengeleimt
sind und der daraus hergestellte Formgegenstand eine ausreichende Festigkeit aufweist. Die Lösung kann auf die einzelnen
Schaumstücke aufgebracht werden, bevor die letzteren in die gewünschte Form gebracht worden sind, es ist aber
auch möglich, die Lösung auf die bereits zusammengefügten Schaumstücke aufzubringen, während sie in der gewünschten
Form gehalten werden, um einen Formgegenstand herzustellen. Alternativ kann die Lösung auf die Schaumstücke vor oder
nach dem Zusammenfügen der Schaumstücke in die gewünschte Form aufgebracht werden, indem man auf die Stücke einen
trockenen Belag aus einer Phosphorsäure, einem Phosphatsalz oder einem Silikat aufbringt, worauf man dann die beschichteten
Schaumstücke benäßt, um die Lösung herzustellen, die Phosphat- oder Silikationen enthält.
Es wird bevorzugt, die Lösung auf die einzelnen Schaumstücke vor dem Zusammenfügen derselben in die gewünschte Form aufzubringen.
Es wird besonders bevorzugt, Schaumstücke herzustellen, die einen trockenen Belag aus einer Phosphorsäure,
einem Phosphatsalz oder einem Silikat enthalten, die leicht gelagert und transportiert werden können und die einfach
durch einen Hersteller von Formgegenständen benetzt werden müssen, bevor oder nachdem die Stücke in die gewünsch-
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• oco ·
ten Formgegenstände zusammengefügt worden sind. Es ist üblicherweise
in der Praxis zweckmäßiger, die einzelnen Stükke vor dem Zusammenfügen in die gewünschte Form zu benetzen
als nach dem Zusammenfügen, und es ist auch leichter auf diese Weise die Menge an Lösung, die auf die einzelnen Stükke
aufgebracht wird, zu kontrollieren und eine gleichförmige Konzentration der Lösung durch einen Zusammenbau der Stücke
sicherzustellen. Stücke aus Schichtmineralschaum, die einen trockenen Belag aus einer Phosphorsäure, einem Phosphatsalz
oder einem Silikat enthalten, stellen eine weitere bevorzugte Erscheinungsform der Erfindung dar. Solche beschichtete
Stücke können leicht dadurch hergestellt werden, daß man eine Phosphorsäure oder eine Lösung eines Phosphatsalzes oder
Silikats auf die Stücke aufbringt und sie durch Abdampfen des flüssigen Mediums aus der Beschichtung unter solchen
Bedingungen trocknet, daß ein Zusammenkleben der Stücke vermieden wird. Durch ein Benetzen der trockenen beschichteten
Stücke wird die Lösung, die Phosphat- oder Silikationen enthält, auf den Stücken zurückgebildet. Das Trocknen der Stükke
kann beispielsweise durch ein Wirbelbetttrocknen erfolgen.
Die Menge der Lösung, welche Phosphat- oder Silikationen enthält, und die Konzentration der Ionen in der auf die
Stücke aufgebrachten Lösung kann innerhalb weiter Grenzen variieren, beeinflussen aber die physikalischen Eigenschaften
von aus den Stücken hergestellten Formgegenständen. Insbesondere beeinflußt die Menge der aufgebrachten Lösung und
die Konzentration der Lösung die Dichte der Formgegenstände. Im allgemeinen wird durch eine Erhöhung der Menge einer
bestimmten Lösung, die auf die Stücke aufgebracht wird, eine Zunahme der Dichte des aus den Stücken erhaltenen Formgegenstands
erzielt. Gleichfalls ergibt eine Erhöhung der Konzentration der Ionen in der Lösung eine Zunahme der
Dichte der aus den Stücken hergestellten Formgegenstände.
Eine andere physikalische Eigenschaft der Produkte, die durch die Menge und die Konzentration der auf die Stücke aufge-
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brachten Lösung beeinflußt werden kann ist - zumindest im Falle von Phosphatlösungen - die Festigkeit der Produkte.
Es wurde beobachtet, daß bei einer Zunahme der Menge der Phosphationen (zumindest der Menge im Oberflächenbereich
der Stücke) in der Festigkeit des aus den Stücken hergestellten Produkts ein Maximalwert erreicht wird und daß
eine Zunahme der Menge über diesen Maximalwert - entweder durch Zunahme der Menge der aufgebrachten Lösung oder der
Konzentration der Lösung - eine Tendenz erhalten wird, daß die Festigkeit der Produkte abnimmt.
Die Menge der auf die Stücke aufgebrachten Lösung kann in gewissem Ausmaß vom Verfahren, mit welchem die Lösung aufgebracht
wird, abhängen, jedoch kann für eine bestimmte Aufbringtechnik die optimale Kombination von aufgebrachter
Menge der Lösung und Lösungskonzentration leichtdurch einfachen Versuch bestimmt werden. Das Aufbringen der Lösung
auf die Stücke kann mit irgendeiner zweckmäßigen Technik erfolgen, beispielsweise durch Eintauchen, Anstreichen oder
Rollen, jedoch ist das am meisten bevorzugte Verfahren das Spritzen. Das Spritzen besitzt den Vorteil, daß es eine leichte
Kontrolle über die auf die Stücke aufgebrachte Lösungsmenge ergibt und daß es insbesondere gestattet, die Stücke
oberflächlich mit nur einer geringen Imprägnierung der Struktur durch die Lösung zu beschichten. Schaumstücke aus
einem Schichtmineral sind im allgemeinen sehr porös und absorbieren deshalb leicht Flüssigkeiten, sofern nicht Maßnahmen
ergriffen werden, ein rasches Eindringen der aufgebrachten Lösung in das Innere der Stücke zu verhindern.
Dies ist gemäß der vorliegenden Erfindung vom Standpunkt der Dichte der aus den Stücken hergestellten Produkte
und der thermischen Leitfähigkeitseigenschaften dieser Produkte unerwünscht. Es wird deshalb eine Spritztechnik bevorzugt,
die in kontrollierter Weise so durchgeführt werden kann, daß nur die Mindestmenge an Lösung aufgebracht wird,
die zur Oberflächenbeschichtung der Stücke nötig ist.
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. 3CJ ·
Zusätzlich zum Aufbringen der geringsten Menge an Lösung, die- zu einer Oberflächenbeschichtung der Stücke erforderlich
ist, wird es bevorzugt/ ziemlich verdünnte Lösungen der Phosphorsäure oder des Phosphat- oder Silikatsalzes zu
verwenden, um auch hierdurch die Menge an Phosphorsäure, Phosphat oder Silikat zu beschränken, die auf die Stücke
aufgebracht wird. Als Richtschnur läßt sich sagen, daß es bevorzugt wird, Lösungen mit Konzentrationen von 5 bis 20
Gew.-%, insbesondere Lösungen mit Konzentrationen von 7 bis 15 Gew.-%, zu verwenden. Bei der Ausführungsform der Erfindung,
bei der trockene beschichtete Stücke mit Wasser zur Herstellung von Produkten benetzt werden, wird die zugegebene
Wassermenge normalerweise 60 bis 70 Gew.-% der Stükke betragen.
Die nassen Stücke, und zwar entweder als einzelne Stücke oder zusammengefügt in Formgegenstände, kann man bei Raumtemperatur
trocknen lassen, sie werden jedoch in üblicher Weise erhitzt, um die Trocknungsgeschwindigkeit zu steigern.
Die angewendete Temperatur ist nicht kritisch und kann gegebenenfalls bis zu mehreren Hundert 0C betragen. Im allgemeinen
werden die nassen Stücke auf etwa den Siedepunkt der zu entfernenden Flüssigkeit erhitzt, wenn Formgegenstände
getrocknet werden, die aus den nassen Stücken hergestellt worden sind, beispielsweise auf ungefähr 90 bis 1100C, wenn
die Flüssigkeit aus Wasser besteht. Zum Trocknen einzelner Stücke kann es vorteilhaft sein, höhere Temperaturen zu verwenden,
wie z. B. bis zu 6000C. Die physikalischen Eigenschaften
der trockenen beschichteten Stücke und der daraus hergestellten trockenen Formgegenstände hängt anscheinend
nicht von der Temperatur ab, die zum Trocknen der beschichteten Stücke oder der Formgegenstände verwendet wird.
Das Verfahren kann dadurch ausgeführt werden, daß man eine Suspension von Vermiculitlamellen unter Bildung eines
Schaums auftreibt und die Flüssigkeit aus dem Schaum unter solchen Bedingungen entfernt, daß der erhaltene harte
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Schaum die Form von Stücken oder eines Produkts aufweist, das in die Stücke überführt werden kann. Ein Beispiel für
ein geeignetes Produkt für die Umwandlung in Stücke durch Zerstoßen,beispielsweise unter Verwendung eines Gasstrahls,
ist ein faserähnliches Extrudat des Schaums, das vor dem Trocknen in Stücke zerkleinert oder getrocknet und dann
in Stücke zerkleinert werden kann. Es kann eine große Reihe von direkten Techniken zur Herstellung von Stücken verwendet
werden, wie z. B. Spritztrocknung oder Bandtrocknung, wobei der Schaum durch Löcher in einem Band durchfließen
gelassen wird.
Die chemische Delaminierung von Vermiculit, zur Herstellung von Suspensionen, üblicherweise wäßrigen Suspensionen, von
Vermiculitlamellen, die sich in harte Vermiculitschaumstücke überführen lassen, ist bekannt. Delaminierungsverfahren sind
beispielsweise in den GB-PSen 1 106 385, 1 076 786 und 1 119 305 und von Baumeister und Hahn in "Micron" T_ 247
(1976) beschrieben. Schaumstücke, die aus den Suspensionen
hergestellt werden, die durch irgendeines der bekannten Verfahren erzeugt worden sind, können gemäß der Erfindung verwendet
werden.
Für die Verwendung bei der Herstellung von Schaumstücken wird es bevorzugt, Suspensionen von Vermiculitlamellen zu
verwenden, die naß klassiert worden sind, um alle Teilchen mit einer Größe von mehr als 50 μ, vorzugsweise mehr als 20 μ,
zu entfernen, und die einen hohen Anteil, vorzugsweise 40 bis 60 Gew.-%, Lamellen mit einer Größe unter 5 μ enthalten.
Die Festigkeit der erfindungsgemäßen Formgegenstände und insbesondere
ihre Biegefestigkeit kann dadurch verbessert werden, daß man die Schicht aus gebundenen Stücken mit einer
Oberflächenschicht aus einem flexiblen Material, wie z. B. Papier (z. B. Kraft-Papier oder Vermiculitpapier oder ein
Glasfaser-Scrim, der mit Vermiculit imprägniert ist) oder Metallstreifen oder Metallfolien laminiert. Ein oder zwei
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derartige Oberschichten können durch herkömmliche Laminierungstechniken
aufgebracht werden, um Schaumgegenstände herzustellen. Es wird jedoch zweckmäßigerweise bevorzugt,
die Oberschicht bzw. Oberschichten während der Herstellung des Schaumgegenstandes aufzubringen. So können beispielsweise
Platten dadurch hergestellt werden, daß man nasse mit Phosphat oder Silikat beschichtete Stücke zwischen
Schichten eines Oberflächenmaterials einbringt, den Zusammenbau leicht zusammendrückt und die Stücke zur Bildung eines
Laminats aus einem Schaumkern mit integralen Außenschichten trocknet. Platten, welche harte Schaumstücke enthalten,
die in einer zelligen Matrix gebunden sind, stellen eine weitere Erscheinungsform der Erfindung dar. Sie enthalten
die folgenden Materialien:
(1) Schaumstücke aus einem Schichtmineral in einer zelligen Matrix, welches das gleiche oder ein anderes
Schichtmineral enthält;
(2) Gemische aus Schaumstücken aus verschiedenen Schichtmaterialien
in einer zelligen Matrix, die ein oder mehrere Schichtmineralien enthält;
(3) Stücke aus Kaolinitschaum in einer zelligen Matrix, die
Vermiculit enthält,
(4) Stücke aus Vermiculitschaum in einer zelligen Matrix,
die Vermiculit und Kaolinit enthält?
(5) Stücke aus Kaolinitschaum in einer zelligen Matrix, die
Kaolinit enthält; und
(6) Stücke aus Kaolinit /Vermiculit-Schaum in einer zelligen Matrix, die Vermiculit und/oder Kaolinit enthält.
Die Herstellung von Produkten mit Schaumstücken, die in einer zelligen Matrix eingebettet sind, kann dadurch erfolgen, daß
man vorher hergestellte Stücke in eine aufgetriebene Sus-
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pension oder in einen Schaum aus einem Schichtmineral einverleibt und den erhaltenen mit Stücken gefüllten Schaum
trocknet. Die Stücke können in den Schaum dadurch einverleibt werden, daß man sie im Schaum mäßig rührt, und der
gefüllte Schaum kann dann in die gewünschte Produktform geformt, beispielsweise extrudiert und schließlich getrocknet
werden. Alternativ können die Stücke in die gewünschte Form zusammengefügt werden, beispielsweise in einer Form,
worauf dann der Schaum in die zusammengefügten Stücke durch die Anwendung von Druck hineingedrückt oder durch die Anwendung
einer Saugwirkung, beispielsweise in einer Vakuumverformungstechnik, in die Stücke hineingezogen werden kann.
Das Pressen der Stücke in eine vorher hergestellte Schicht aus Schaum, um Platten herzustellen, ist ebenfalls möglich,
obwohl im allgemeinen eine solche Technik ein Zusammensakken der Stücke und/oder des Schaums ergibt, was zu einem
dichteren Produkt führt, als es durch andere Techniken erhältlich ist. Die verwendete Menge Schaum kann innerhalb
weiter Grenzen variieren, es ist jedoch im allgemeinen ausreichend, lediglich die Poren zwischen den gepackten
Stücken vollständig aufzufüllen. Dabei kann beispielsweise ein Gewicht an Schaum verwendet werden, das nach dem Trocknen
dem Gewicht der Stücke entspricht.
Eine weitere Form von erfindungsgemäßen Platten enthält
Granalien aus durch Wärme exfoliiertem Vermiculit in einer Stückematrix oder in einer zelligen Matrix, die Kaolinit
oder ein Gemisch aus Kaolinit und Vermiculit enthält.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Ein Gemisch aus 60 g Kaolinton, 240 ml entsalztem Wasser und "Forafac" 1157-Schäummittel (0,2 Gew.-%, bezogen auf den Kaolin)
wurde 40 min in einem Kenwood-Chef-Food-Mixer geschlagen.
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Das Forafac-Schäummittel ist ein fluorhaltiges oberflächenaktives
Mittel, welches eine C7F --Gruppe und eine amphotere
Gruppe enthält und von der ügine Kuhlmann Company erhältlich ist. Es wurde ein nasser Schaum mit einer Dichte von
240 kg/m3 erhalten.
Der nasse Schaum wurde in eine Form eingebracht und 24 h
stehen gelassen, worauf er in einem Luftofen zwecks Trocknung auf ungefähr 6O0C erhitzt wurde. Die Dichte des erhaltenen
trockenen harten Schaums war 75 kg/m3. Die lineare Schrumpfung des Schaums während des Trocknens im Ofen betrug
9 %.
Ein trockener harter Schaum, der wie in Beispiel 1 hergestellt worden war, wurde in einen Ofen mit 6000C eingebracht,
worauf die Temperatur auf 11500C angehoben wurde.
Nach 30 min bei 11500C wurde der Schaum entnommen. Es wurde
festgestellt, daß er ein gesinterter Schaum mit einer Dichte von 90 kg/m2 und mit einer Druckfestigkeit von
200 KN/m2 bei 20 % Kompression war.
Ein Gemisch aus 60 g Kaolin, 240 ml entsalztem Wasser und "Empigen" BB-Schäummittel (0,45 Gew.-%, bezogen auf das
Kaolin) wurde in einem Kenwood-Food-Mixer 30 min geschlagen. Das Schäummittel ist von der Firma Albright und Wilson erhältlich.
Es ist ein amphoteres oberflächenaktives Mittel auf der Basis von Kohlenwasserstoff und enthält Carboxylgruppen.
Es wurde ein nasser Schaum mit einer Dichte von 195 kg/m3 erhalten. Nach einem 24-stündigen Stehen und nach
einem Trocknen bei 6O0C, wie es in Beispiel 1 beschrieben
ist, wurde ein trockener harter Schaum mit einer Dichte
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von 63 kg/m3 erhalten.
Ein Gemisch aus 100 g Kaolin, 200 ml entsalztem Wasser, 0,1 g des Entflockungsmittels Natriumtripolyphosphat und
"Forafac" 1157-Schäummittel (0,1 Gew.-%, bezogen auf Kaolin)
wurde in einem Kenwood-Food-Mixer 10 min geschlagen, worauf ein stabiler nasser Schaum gebildet worden war.
Der Schaum wurde wie in Beispiel 1 getrocknet, wobei ein harter Schaum mit einer Dichte von 200 kg/m3 erhalten
wurde.
152 g einer Suspension von delaminiertem Vermiculit (Vermiculitlamellen)
in entsalztem Wasser (21,9 % Feststoffgehalt) wurde mit 125 g entsalztem Wasser in einem Kenwood-Food-Mixer
gemischt, wobei der Drahtansatz verwendet wurde. 0,5 g Natriumtripolyphosphat-Entflockungsmittel und 33,3 g
leichtes Kaolin (erhältlich von der BDH Chemicals) wurden zugegeben und in die Suspension eingemischt. Das Gemisch
wurde mit einer maximalen Geschwindigkeit ungefähr 10 min geschlagen, bis der erhaltene Schaum eine maximale Höhe
erreicht hatte, worauf die Mischgeschwindigkeit verringert und 37 g leichtes Magnesiumoxid (erhältlich von der BDH
Chemicals) zugegeben und in den Schaum eingemischt wurden. Die Mischgeschwindigkeit wurde wiederum 1 min auf Maximum
eingestellt.
Der erhaltene stabile nasse Schaum wurde in eine mit Polyäthylenfilm
ausgekleidete Aluminiumpfanne mit den Abmessungen 15 cm χ 15 cm χ 2,5 cm eingebracht. Der Schaum wurde
ungefähr 12 h bei Raumtemperatur stehen gelassen und dann bei 800C in einem Luftofen getrocknet. Der trockene harte
Schaum besaß eine Dichte von 150 kg/m3. Seine Druckfestig-
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keit war 445 KN/m2 bei 20 % Kompression.
Ein trockener Schaum wurde wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß 70 g entsalztes Wasser anstelle von 100 g verwendet
wurden. Der erhaltene trockene harte Schaum besaß eine Dichte von 202 kg/m3. Seine Druckfestigkeit war 800 KN/
m2 bei 20 % Kompression.
Ein trockener harter Schaum wurde wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß 67 g Kaolin anstelle von 33,3 g verwendet
wurden. Der trockene harte Schaum besaß eine Dichte von 215 kg/m3. Seine Druckfestigkeit bei 20 % Kompression
war 640 KN/m2.
Ein trockener harter Schaum wurde wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß 100 g Kaolin anstelle von 33 g verwendet
wurden. Die Dichte des trockenen harten Schaums war 302 kg/ m2. Die Druckfestigkeit war 587 KN/m2 (20 % Kompression).
Ein trockener harter Schaum wurde gemäß Beispiel 5 hergestellt, außer daß das Gewicht des Kaolins 133,3 g anstelle
von 33,3 g betrug. Der Schaum besaß eine Dichte von 375 kg/ m3. Seine Druckfestigkeit (20 % Kompression) war 943 KN/m2.
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In diesen Beispielen wurden die verwendeten Vermiculitstükke
durch das folgende allgemeine Verfahren hergestellt.
Eine wäßrige Suspension von Vermiculitlamellen/ die durch Quellen von Vermiculit unter Verwendung aufeinanderfolgender
Behandlungen mit auf Rückfluß gehaltener Salzlösung, auf Rückfluß gehaltener n-Butylammoniumchloridlösung und
Wasser erhalten worden war, wurde gemahlen und naß klassiert, wobei alle Teilchen mit mehr als 50 μ entfernt wurden. Die
Suspension wurde durch Erhitzen in einem Oakes-Mixer oder einem Kenwood-Food-Mixer aufgetrieben, wobei ein Schaum
erhalten wurde. Während des Auftreibvorgangs wurde Magnesiumoxidpulver (10 Gew.-%, bezogen auf den Vermiculit) einverleibt.
Der nasse Schaum wurde augenblicklich auf ein perforiertes "Melinex"-Band gegossen. Der Schaum ging durch die Löcher
im Band hindurch und bildete auf der Unterseite des Bandes Perlen. Die Perlen wurden einige min härten und trocknen
gelassen, bevor sie vom Band abgeschabt wurden. Die Perlen wurden dann auf Bleche im Ofen getrocknet, um Stücke aus
einem trockenem harten Schaum für die Verarbeitung in Formgegenstände herzustellen. Durch Veränderung der Konzentration
des Vermiculite in der verwendeten Suspension wurden Schaumstücke verschiedener Dichte erhalten. Die Stücke waren
von grob zylindrischer Form mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 2 bis 3 mm und einer Länge von 3 bis 5 mm.
Sie besaßen eine gleichförmige zellige Struktur.
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20 g Vermiculitschaumstucke mit einer Dichte von 112 kg/m3
wurden sorgfältig mit 66/5 g einer wäßrigen Lösung von konzentrierter Phosphorsäure (5g) in entsalztem Wasser
gerührt. Die auf diese Weise befeuchteten Stücke wurden auf ein flaches Trocknungsblech aufgebreitet und 16 h
lang bei 600C in einem Ofen getrocknet. Jegliche Agglomerate
der Stücke wurden von Hand aufgebrochen,und feiner Staub
wurde durch Sieben entfernt.
8 g trockene mit Phosphat beschichtete Stücke wurden sorgfältig mit 16g entsalztem Wasser gemischt, und die befeuchteten
Stücke wurden leicht in zwei zylindrischen Rohren, die mit "Melinex"-Kunststoff ausgekleidet waren, unter
Anwendung eines Spatels verdichtet. Der Durchmesser des Rohrs war 4,35 cm und die Höhe 2,0 cm. Die flachen oberen
und unteren Oberflächen des Zusammenbaus aus Schaumstücken wurde mit dem Spatel abgekratzt, um eine glatte
Oberfläche herzustellen. Die Rohre wurden dann 4 h in einem Ofen auf 1500C erhitzt.
Die Rohre wurden aus dem Ofen entnommen, und die Schaumzylinder wurden aus den Rohren entfernt, worauf unmittelbar
unter Verwendung eines Houndsfield-Tensometers ihre Druckfestigkeit (10 % Kompression) bestimmt wurde. Der Gegenstand
besaß einen Gehalt von 20 Gew.-% Phosphatbindemittel. Seine Dichte (Mittel aus den zwei Proben) war 206 kg/cm3,
während die Druckfestigkeit 274,8 KN/m2 betrug.
Gegenstände wurden wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, außer daß der Gehalt an Phosphatbindemittel 10 Gew.-% und
nicht 20 Gew.-% war. Diese 10 %ige Beladung wurde dadurch
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erreicht, daß 20 der Schaumstücke mit 62,5 g einer Lösung
von konzentrierter ortho-Phosphorsäure (2,22 g) in entsalztem Wasser gemischt wurden.
Der Gegenstand besaß eine Dichte (Mittel von zwei Proben) von 154 kg/m3 und eine Druckfestigkeit von 126,4 KN/m2.
Vermiculitschaumstücke (50 g) mit einer Dichte von 104 kg/m3
wurden mit Orthophosphorsäure beschichtet, wobei ein Wirbelbetttrockner in Laborgröße (Modell FBD/L72 von PR Engineering
Ltd.) verwendet wurde. Um die Stücke zu beschichten, wurden sie in ein fluidisiertes zylindrisches Bett mit einer Höhe
von 30 cm und einem Durchmesser von 13 cm eingebracht, das sich im Kopf des Wirbelbetttrockners befand. Dort wurden sie
auf 1400C erhitzt. 12 ml 2,5 M Orthophosphorsäure wurden auf
die fluidisierten Stücke gespritzt, wobei eine "Delavan"-Luftatomisierungssyphondüse
(Modell 30610-1) mit einer Zuführgeschwindigkeit von 0,22 cm3/s verwendet wurde. Es wurde eine
Beladung der Stücke mit 2,5 Gew.-% Orthophosphorsäure erreicht.
8 g der trockenen beschichteten Stücke wurden wie in Beispiel 1 in zylindrische Gegenstände verarbeitet und getestet.
Der fertige Gegenstand besaß eine Dichte (Durchschnitt aus zwei Proben) von 127 kg/m3 und eine Druckfestigkeit
von 386 KN/m2.
Trockene harte Schäume aus Kugelton wurde durch das in Beispiel 1 allgemein beschriebene Verfahren aus den folgenden
Kugeltonsuspensionen hergestellt.
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Bei- Kugelten (g) Wasser Forafac Schlagzeit
spiel . (cm3) (g) (min)
13 "Hymod"/AT(100) 200 2 20
14 BSK/LO71) · 200 2,4 20
15 "Hycast"/VC(100) 200 2 20
"HYMOD"/AT ist ein Kugelton aus Dorset, der von der English
China Clay erhältlich ist.
"HYCAST11VC ist ein Kugelton aus Devon, der von der English
China Clay erhältlich ist.
BSK/L ist ein Kugelton aus North Devon, der von der Watson
Blake erhältlich ist.
Es wurden entsalztes Wasser und "Forafac" 1157 verwendet.
Die nassen Schäume wurden gemäß der Vorschrift von Beispiel 1 in trockene harte Schäume überführt, und die trockenen
Schäume wurden wie in Beispiel 2 bei 10500C gesintert. Die Eigenschaften der nassen und trockenen Schäume wurden
bestimmt. Sie sind in der Folge angegeben.
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Beispiel | 13 | 14 | 15 |
Eigenschaft | |||
Naßdichte (kg/m3) | 245 | 198 | 196 |
Trockene Dichte (kg/m3) | 124 | 99 | 98 |
Sinterzeit (min) | 5 | 5 | 5 |
Gesinterte Dichte (kg/m3) | 128 | 101 | 99 |
*DF des gesinterten Schaums (KN/m2) | 700 | 114 | 172 |
*DF bei 100 kg/m3 | 420 | 114 | 150 |
*DF bei 200 kg/m3 | 1340 | - | 630 |
*DF in ungesinterter Form | 40 | — | 10,8 |
*DF = Druckfestigkeit in KN/m2
DF bei 100 kg/m3 bzw.200 kg/m3 sind die Druckfestigkeiten
von Schäumen mit einer Dichte von 100 kg/m3 bzw. 200 kg/m3.
In einer weiteren Versuchsreihe wurden die nassen Schäume, die gemäß den Beispielen 13, 14 und 15 hergestellt worden
waren, durch das Bandextrusionsverfahren, das zur Herstellung von Vermiculitschaumstücken in den Beispielen 10 bis
12 beschrieben wurde, in trockene harte Schaumstücke überführt. In jedem Fall wurden handhabbare Stücke mit einer
Zellenstruktur erhalten.
In einer weiteren Versuchsreihe wurden die nassen Schäume in einem Spritztrocknungsapparat in Stücke mit Zellenstruktur
überführt, die Stücke aus allen sechs Versuchen wurden bei 10500C gesintert und in jedem Fall wurde die Zellenstruktur
der Stücke beibehalten.
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Beispiel 16 · **
Eine Schlempe aus feuerfestem Ton (Kaolinit/Illit) wurde
durch ein Sieb der Maschenweite 20 μ hindurchgeführt, um alle größeren Quarzteilchen zu entfernen. 201 g der gesiebten
Schlempe (47 Gew.-% Feststoffe) wurden mit 128 g entsalztem Wasser und 2,4 g "Forafac" 1157 (0,63 Gew.-%,
bezogen auf den Ton) gemischt. Die erhaltene Aufschlämmung (30 % Feststoffgehalt) wurde in einem Kenwood-Chef-Food-Mixer
ungefähr 20 min aufgeschlagen, um einen stabilen nassen Schaum herzustellen.
Proben des nassen Schaums wurden in einen extrudierten trockenen harten Schaum überführt, wobei das Verfahren von Beispiel
1 verwendet wurde. Der Schaum wurde wie in Beispiel 2 bei 11500C gesintert. Der nasse Schaum hatte eine Dichte
von 190 kg/m3. Der gesinterte Schaum hatte eine Dichte von 116 kg/m3 und eine Druckfestigkeit von 70 KN/m2 (bei 10 %
Kompression).
7,04 kg Kugelton EWVA, 12,9 kg entsalztes Wasser und 169 ml "Forafac" 1157 (0,6 %, bezogen auf den Ton) wurden gemischt,
um eine Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 35 % herzustellen. Die Aufschlämmung wurde in einem Kenwood-Chef-Food-Mixer
20 min geschlagen, der erhaltene stabile nasse Schaum wurde in einem herkömmlichen Spritztrocknungsapparat
in Schaumstücke überführt. Die erhaltenen Stücke wurden 5 min bei 11500C gesintert. Der nasse Schaum hatte eine
Dichte von 256 kg/m3. Die gesinterten Stücke besaßen eine
Dichte von 150 kg/m3.
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38 g Sepiolit wurden mit 162 g entsalztem Wasser und 0,06 g
11 Forafac" 1157 (0,4 %, bezogen auf den Ton) 15 min lang
in einem Kenwood-Chef-Food-Mixer gemischt, um einen stabilen nassen Schaum herzustellen. Der nasse Schaum, der eine
Dichte von 195 kg/m3 aufwies, wurde durch das in den Beispielen 10 bis 12 beschriebene Bandextrusionsverfahren in
Stücke mit einer Zellenstruktur überführt. Die Stücke wurden 5 min bei 10500C gesintert. Die gesinterten Stücke
hatten eine Dichte von 58 kg/m3.
116 g einer 18,9 %igen Aufschlämmung von delaminiertem Vermiculit
in entsalztem Wasser wurden mit 78 g entsalztem Wasser und 0,5 g Natriumtripolyphosphat gemischt. 67 g leichter
Kaolinton (von BDH) wurden dem Gemisch zugegeben, das wiederum ungefähr 15 min in einem Kenwood-Chef-Mixer gemischt
wurde. 3,7 g leichtes Magnesiumoxidpulver (von BDH) wurden zugegeben, und das Gemisch wurde zur Dispergierung des Pulvers
gemischt. Der nasse Schaum wurde das Bandextrusions- --'^N
verfahren der Beispiele 10 bis 12öin Stücke überführt, und /
die Stücke wurden 10 min bei 1 gesintert. Die Dichte : /
der gesinterten Stücke war 238 kg/m
50 g Montmorillonit wurden in 338 g entsalztem Wasser
dispergiert, und 137 g einer 18,3 %igen Aufschlämmung von
delaminiertem Vermiculit wurden der Dispersion zugegeben, worauf sich der Zusatz von 3 g "Forafac" 1157 anschloß.
Das Gemisch wurde in einem Kenwood-Chef-Mixer 1 h aufgeschlagen, um einen stabilen nassen Schaum herzustellen.
Der nasse Schaum wurde durch das Bandextrusionsverfahren der Beispiele 10 bis 12 in trockene Stücke mit einer ZeI-
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lenstruktur überführt. Die Stücke wurden bei 900C getrocknet.
Sie hatten eine Dichte von 108 kg/m3.
50 g Natrium-Montmorillonit (Wyoming-Bentonit) und 50 g
Kaolinton wurden mit 4 50 g entsalztem Wasser in einem Kenwood-Chef-Mixer gemischt, bis der Montmorillonit sorafältig
dispergiert war. Dann wurden 6 g "Forafac" 1157 zuaegeben, und das Gemisch wurde 1 h bei einer maximalen Geschwindiakeit
geschlagen, um einen stabilen nassen Schaum herzustellen. Stücke des trockenen Schaums, die aus dem nassen Schaum
durch ein Bandextrusionsverfahren wie in den Beispielen 10 bis 12 hergestellt und 10 min bei 10500C gesintert worden
waren, betragen eine Dichte von 118 kg/m3.
50 σ Natrium-Montmorillonit (Wyoming-Bentonit) und 450 α entsalztes
Wasser wurden in einem Kenwood-Chef-Mixer gemischt, bis der Montmorillonit sorgfältig dispergiert war. 6 g "Forafac"
1157 wurden zugegeben, und das Gemisch wurde mit dem Schlagansatz bei maximaler Geschwindigkeit 1 h geschlagen,
um einen stabilen nassen Schaum herzustellen. Stücke wurden aus dem nassen Schaum durch das Bandextrusionsverfahren der
Beispiele 10 bis 12 hergestellt und 10 min bei 10000C gesintert.
Die gesinterten Stücke besaßen eine Dichte von 110 ka/
200 g Natrium-Montmorillonit und 360 g einer 60 %igen wäßrigen Lösung von Butylammoniumchlorid sowie 750 g Wasser wurden
unter Rühren 4 h auf 800C erhitzt. Der erhaltene (feste)
Butylammonium-Montomorillonit wurde durch Filtration abge-
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trennt und von Chloridionen freigewaschen. 1/4 des Feststoffs wurde mit 120 g entsalztem Wasser und 12g "Forafac"
1157 1 h lang in einem Kenwood-Chef-Mixer aufgeschlaaen,
um einen stabilen nassen Schaum herzustellen. Der hasse Schaum wurde in eine Form überführt und wie in Beispiel 1
beschrieben getrocknet, wobei ein harter Schaum mit einer Zellenstruktur erhalten wurde.
Magnesium-Montmorillonit wurde dadurch hergestellt, daß 200 g Natrium-Montmorillonit (Wyoming-Bentonit) mit 203 g
Magnesiumchlorid (MgCl--6H3O) in 1 1 entsalztem Wasser 4 h
bei 8O0C erhitzt wurde. Der (feste) Magnesium-Montmorillonit
wurde durch Filtration abgetrennt und von Chloridionen freigewaschen. 1/4 des Feststoffs wurde mit 100 g entsalztem
Wasser und 0,8 g "Forafac" 1157 in einem Kenwood-Chef-Mixer
aufgeschlagen, um einen stabilen nassen Schaum herzustellen. Der nasse Schaum wurde nach der Vorschrift Von
Beispiel 1 in eine trockene Platte überführt. Der trockene Schaum besaß eine Zellenstruktur.
Aluminium-Montmorillonit wurde dadurch hergestellt, daß 200 g Natrium-Montmorillonit (Wyoming-Bentonit) mit 375 g
Aluminiumnitrat (Al (NCs) 3· 9H2O) in 1,1 1 entsalztem Wasser
4 h auf 80 0C erhitzt wurde. Der feste Aluminium-Montmorillonit
wurde durch Filtration abgetrennt und von Nitrationen freigewaschen. 1/4 des Feststoffs wurde in einem Kenwood-Chef-Mixer
mit 100 g entsalztem Wasser und 0,8 g "Forafac" 1157 aufgeschlagen, um einen stabilen nassen Schaum
herzustellen. Der nasse Schaum wurde wie in Beispiel 1 gegossen und getrocknet, wobei ein trockener harter Schaum mit
einer Zellenstruktur erhalten wurde.
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Eine Platte mit der Abmessung 15 cm χ 15 cm χ 2,5 cm wurde
aus annähernd kugelförmigen trockenen Stücken aus delaminiertem Vermiculitschaum mit einem Durchmesser von 3 mm,
die gemäß den Beispielen 10 bis 12 hergestellt worden waren, erzeugt. Die Stücke besaßen eine wahre Dichte von
65 kg/m3 und eine Packungsdichte von 45 kg/m3. 22 α der
trockenen Stücke wurden in eine Stahlform mit der Größe von 15 cm χ 15 cm χ 2,5 cm eingebracht, worauf eine Kraft
von 15 kg/m3 unter Verwendung einer Stahlplatte angelegt
wurde, um den Zusammenbau der Stücke zu komprimieren. Es wurde solang Druck angelegt, bis das Volumen des Zusammenbaus
aus den Stücken auf ungefähr die Hälfte verringert war. Das Produkt war eine Platte mit im wesentlichen Zellenstruktur
und hatte eine Dichtevon 90 kg/m3. Eine Biegefestigkeit
von 30 KN/m2 und eine Druckfestigkeit von 100 KN/m2. Die Platte wurde aus der Form gestoßen, und ihre beiden
Hauptflächen wurden mit einer 35 %igen wäßrigen Lösung von Natriumsilikat beschichtet. Ein Glasfaser-Scrim mit einem
Gewicht von 50 g/m3 wurde auf die beschichteten Oberflächen gepreßt,und das erhaltene Laminat wurde in einem Ofen 2 h
getrocknet. Das Laminat besaß eine Dichte von 95 kg/m3,
eine Biegefestigkeit von 300 KN/m2 und eine Druckfestigkeit von 150 KN/m2. Die thermische Leitfähigkeit des Laminats,
gemessen durch BS 874, war 0,056.
Eine Platte mit den Abmessungen von 15 cm χ 15 cm χ 2,5 cm
wurde gemäß Beispiel 26 hergestellt, außer daß die Stücke mit 44 g entsalztem Wasser befeuchtet wurden, bevor sie
in die Form eingebracht wurden. Die erhaltene Platte besaß im wesentlichen eine Zellenstruktur. Ihre Dichte war
90 kg/m3. Die Biegefestigkeit der Platte war 60 KN/m2 und
die Druckfestigkeit 110 KN/m2. Die Platte wurde mit einem
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Glasfaser-Scrim wie in Beispiel 26 laminiert. Das trockene
Laminat besaß eine Dichte von 95 kg/m3, eine Biegefestigkeit
von 400 KN/m2 und eine Druckfestigkeit von 130 KN/m2.
Ein trockener harter Schaum wurde durch das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren aus 50 g Kaolinton (leichte Sorte),
200 ml entsalztem Wasser und 0;3 g "Vantoc" CL (ein oberflächenaktives
Mittel aus quaternärem Ammoniumbromid (erhältlich von Imperial Chemical Industries Limited) hergestellt.
Die Dichte des trockenen Schaums war 88 kg/m2.
Eine zusammengesetzte Platte, die trockene Stücke aus Vermiculitschaum
und'eine Matrix aus Vermiculitschaum enthielt, wurde wie folgt hergestellt.
Ein Vermiculitschaum wurde durch Schlagen einer 20 %igen
(Gewicht) Suspension von delaminiertem Vermiculit hergestellt. 250 g der Suspension wurden 5 min unter Verwendung
eines Kenwood-Mixers bei 60 U/min geschlagen. Der erhaltene Schaum wurde dann in 50 g-Stücken gemischt, die aus geschäumten
Vermiculit hergestellt worden waren, und mit einem großen mechanischen Rührer mit 5 U/min gerührt. Die
Vermiculitstücke besaßen eine Dichte von 70 kg/m3, eine
Druckfestigkeit von 100 KN/m2 und einen Durchmesser von
3 mm.
Das erhaltene Gemisch wurde in eine Metallform mit den Abmessungen
von 2,5 cm χ 2,5 cm χ 2,5 cm eingebracht, 24 h
bei Raumtemperatur und dann 2 Taae bei 500C getrocknet.
Der erhaltene Block besaß eine Druckfestigkeit von 200 KN/m2
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eine Biegefestigkeit von 350 KN/m2 und eine Dichte von
95 kg/m3. Die thermische Leitfähigkeit der Platte war 0,059 W/mk bei 200C.
Eine zusammengesetzte Platte, die trockene Perlen aus expandiertem Perlit und eine Matrix aus Vermiculitschaum
enthielt, wurde wie folgt hergestellt.
Ein nasser Vermiculitschaum wurde nach der Vorschrift von Beispiel 29 hergestellt. Der erhaltene Schaum wurde dann
mit 100 g Perlen gemischt, die aus expandiertem Perlit hergestellt
waren. Die Perlen besaßen eine Dichte von 130 kg/ m3, eine Druckfestigkeit von 250 KN/m2 und einen Durchmesser
von 2 bis 5 mm.
Der erhaltene Block besaß eine Druckfestigkeit von 250 KN/ m2, eine Biegefestigkeit von 300 KN/m2 und eine Dichte von
110 kg/m3. Die thermische Leitfähigkeit der Platte war
0,046 W/mk bei 200C.
Eine zusammengesetzte Platte, die trockene Stücke aus geschäumtem Kaolin und eine Matrix aus Vermiculitschaum enthielt,
wurde wie folgt hergestellt.
Vermiculitschaum wurde gemäß Beispiel 29 erzeuat. Der erhaltene
Schaum wurde mit 50 g Stücken aus geschäumtem Kaolin gemischt. Die Stücke hatten eine Dichte von 65 kg/m3, eine
Druckfestigkeit von 90 KN/m2 und einen Durchmesser von 3 mm.
Der erhaltene Block besaß eine Druckfestigkeit von 110 KN/
m2 , eine Biegefestigkeit von 250 KN/m2 und eine Dichte von 85 kg/m3
Die thermische Leitfätuc kIt f- dt* l>(otki <v«0,045 W/mk bei 20 0C.
* 130064/0495
Claims (1)
- Patentansprüche1. Hartes anorganisches Schaumprodukt/ dadurch gekennzeichnet, daß es Schaumstücke aus ein oder mehreren Schichtmineralien enthält, wobei jedes Stück eine Zellenstruktur besitzt.2. Schaumprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Dichte von weniger als 0,4 g/ml aufweist.3. Schaumprodukt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Dichte von weniger als 0,2 g/ml aufweist.4. Schaumprodukt nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstücke aus delaminiertem Vermiculit hergestellt sind.5. Schaumprodukt nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstücke aus Kaolinit oder einem kaolinhaltigen Ton hergestellt sind.6. Schaumprodukt nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstücke aus Montmorrilonit hergestellt sind.7. Schaumprodukt nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstücke aus Sepiolit hergestellt sind.8. Schaumprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Gemisch aus Schaumstücken verschiedener Schichtmineralien enthält.130064/0495£. Schaumprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstücke mit Hilfe eines Klebstoffs zusammengeleimt sind.10. Schaumprodukt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff aus Phosphorsäure oder einem Phosphat besteht.11. Schaumprodukt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff aus Natriumsilikat besteht.12. Schaumprodukt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff aus einem organischen Binder besteht.13. Schaumprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstücke in eine zellige Matrix eingebettet sind, die ein oder mehrere Schichtmineralien enthält.14. Schaumprodukt nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zellige Matrix delaminierten Vermiculit enthält.15. Harter anorganischer Schaum mit Zellenstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Gemisch aus Schichtmineralien enthält.16. Harter anorganischer Schaum mit Zellenstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß er Montmorillonit enthält.17. Harter anorganischer Schaum mit Zellenstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß er Sepiolit enthält.18. Harter anorganischer Schaum mit Zellenstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Kugelton und/oder einen feuerfesten Ton enthält.130064/0495~3~ 310065S19. Schaum nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Dichte unter 0,4 g/ml enthält.20. Schaum nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß er delaminierten Vermiculit und Kaolinit oder einen kaolinhaltigen Ton enthält.21. Schaum nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens 10 Gew.-% delaminierten Vermiculit enthält.22. Schaum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er die Form eines Laminats aufweist, wobei eine oder mehrere Schichten aus einem nicht-geschäumten Material bestehen.23. Verfahren zur Herstellung eines harten anorganischen Schaumprodukts, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Suspension ein oder mehrerer Schichtmineralien in einem flüssigen Medium, das ein oberflächenaktives Mittel enthält, unter Bildung eines stabilen nassen Schaums auftreibt, den nassen Schaum in Tröpfchen zerteilt, mindestens einen Teil des flüssigen Mediums aus den Tröpfchen entfernt, um Schaumstücke zu bilden, und die Schaumstücke in ein Schaumprodukt verarbeitet.24. Verfahren zur Herstellung eines harten anorganischen Schaums in Form von Schaumstücken, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Suspension ein oder mehrerer Schichtmineralien in einem flüssigen Medium unter Bildung eines stabilen nassen Schaums auftreibt, den nassen Schaum in Tröpfchen oder faserartige Extrudate zerteilt und mindestens einen Teil des flüssigen Mediums aus den Tröpfchen oder Extrudaten entfernt.130064/0496310085525. Verfahren zur Herstellung eines harten anorganischen Schaums, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Suspension aus zwei oder mehr Schichtmineralien in einem flüssigen Medium unter Bildung eines nassen Schaums auftreibt und mindestens einen Teil des flüssigen Mediums aus dem nassen Schaum entfernt.26. Verfahren zur Herstellung eines harten anorganischen Schaums, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Suspension aus einem aus Montmorillonit und Sepiolit ausgewählten Schichtmineral in einem flüssigen Medium unter Bildung eines stabilen Schaums auftreibt und mindestens einen Teil des flüssigen Mediums aus dem nassen Schaum entfernt.27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension delaminierten Vermiculit enthält und daß ein Druckfestigkeits- und Wasserstabilitätsverbesserer für den resultierenden Schaum in die Suspension einverleibt wird.28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckfestigkeits- und Wasserstabilitätsverbesserer aus teilchenförmigen Magnesiumoxid besteht.29. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension ein anderes Schichtmineral als delaminierten Vermiculit enthält und daß der resultierende harte anorganische Schaum gesintert wird, um seine Druckfestigkeit und Wasserstabilität zu verbessern.30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum auf eine Temperatur bis zu 12000C erhitzt wird, um ihn zu sintern.130064/049531. Harte anorganische Schaumstücke mit einer Zellenstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein oder mehrere Schichtmineralien enthalten.32. Schaumstücke nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß sie delaminierten Vermiculit enthalten.33. Schaumstücke nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß sie Kaolinit oder einen kaolinhaltigen Ton enthalten.34. Schaumstücke nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß sie Montmorillonit enthalten.35. Schaumstücke nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß sie Sepiolit enthalten.36. Schaumstücke nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß sie Vermiculit und Kaolinit enthalten.37. Schaumstücke nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß sie delaminierten Vermiculit und Kaolinit enthalten.38. Schaumstücke nach einem der Ansprüche 31 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Bindemittel oder einem Klebstoff beschichtet sind.39. Schaumstücke nach einem der Ansprüche 31 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dichte von weniger als 0,4 g/ml aufweisen.40. Schaumstücke nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dichte von weniger als 0,2 g/ml aufweisen.41. Die Verwendung eines harten anorganischen Schaumprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 20 und 30 bis 34 als Isolationsmaterial .130064/049542. Die Verwendung eines harten anorganischen Schaumprodukts ' nach einem der Ansprüche 1 bis 20 und 30 bis 34 als Feuerschutzmaterial.43. Verfahren zur Herstellung eines harten anorganischen Schaumprodukts, dadurch gekennzeichnet, daß man Schaumstücke aus ein oder mehreren Schichtmineralien mit einer Zellenstruktur in der gewünschten Produktform zusammenfügt und den Zusammenbau aus Schaumstücken unter Bildung des Schaumprodukts konsolidiert.44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusammenbau aus Schaumstücken durch Anwendung eines Drucks konsolidiert wird.45. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstücke vor dem Anwenden des Drucks befeuchtet werden.46. Verfahren nach Anspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstücke befeuchtet werden, bevor der Zusammenbau in den gewünschte Produktform gebracht wird.47. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenfügen der Schaumstücke mit Hilfe eines Bindemittels erfolgt.48. Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein anorganisches Bindemittel verwendet wird.49. Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein organisches Bindemittel verwendet wird.50. Verfahren zur Herstellung eines harten anorganischen Schaumprodukts, dadurch gekennzeichnet, daß man Stücke aus ein oder mehreren Schichtmineralien mit einer Zellen-130064/0495struktur in eine aufgetriebe Suspension ein oder meh- |~~ rerer Tonmineralien in einem flüssigen Medium einbringt ! und daß man zumindest djre-' Poregrö&e des flüssigen Mediums der aufgetriebenen Suspension o* ""1V"-"*.51. Suspension aus zwei oder mehreren Schichtmaterialien
in einer wäßrigen Lösung eines oberflächenaktiven Mittels.52. Suspension nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet,
daß eines der Schichtmaterialien aus dem delaminierten Vermiculit besteht.53. Suspension nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet,
daß sie delaminierten Vermiculit undKaolinit oder einen kaolinhaltigen Ton enthält.54. Suspension ein oder mehrerer aus Kaolinit, kaolinhaltigen Tonen, Montmorillonit und Sepiolit ausgewählten
Schichtmineralien in einer wäßrigen Lösung eines oberflächenaktiven Mittels, wobei das oberflächenaktive
Mittel aus dem Tonmineral bzw. den Tonmineralien einen stabilen Schaum bilden kann.55. Trockenes Pulver, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei
oder mehr Schichtmineralien und ein oberflächenaktives Mittel enthält.56. Trockenes Pulver, dadurch gekennzeichnet, daß es Kaolinit oder einen kaolinhaltigen Ton, Montomorrilonit oder Sepiolit und ein oberflächenaktives Mittel enthält.130064/0495
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