DE3246619A1

DE3246619A1 - Schaeumbare wasserhaltige haertbare anorganische formmassen, daraus hergestellte formkoerper und verfahren zur herstellung der formmasse

Info

Publication number: DE3246619A1
Application number: DE19823246619
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner Engels; Karlheinz Dipl.-Chem. Dr. 5653 Leichlingen Neuschäffer; Paul Dipl.-Chem. Dr. 5210 Troisdorf Spielau; Günter Dipl.-Chem. Dr. 5300 Bonn Zoche
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Huels Troisdorf AG
Priority date: 1982-12-16
Filing date: 1982-12-16
Publication date: 1984-06-20
Also published as: DE3246619C2

Description

Schäumbare wasserhaltige härtbare anorganische
Formmassen, daraus hergestellte Formkörper und Verfahren zur Herstellung der Formmasse Die Erfindung betrifft fließfähige wasserhaltige Formmassen auf Basis von alkalihaltigen anorganischen Bestandteilen sowie Schäummitteln, welche durch Gießen in Formen und Erwärmen geschäumte Formkörper bilden, sowie das Verfahren zur Herstellung solcher Formmassen und die daraus herstellbaren zumindest teilweise geschäumte Formkörper.
Es ist bekannt, fließfähige wasserhaltige Formmassen auf synthetischem Wege aus anorganischen Stoffen herzustellen und durch Härten in der Wärme hieraus Formkörper zu bilden, wobei als wesentlicher Bestandteil Alkalilaugen, Alkaliwasserglas-Lösungen, Metakaolin sowie gegebenenfalls bestimmte Füllstoffe verwendet werden (französische Patentanimeldungen 79.22041 und 80.18970), welche gegebenenfalls schäumbar sind.
Hierbei müssen ganz bestimmte Molverhältnisse von SiO2, von A1203, der Alkalihydroxide und des Wassers eingehalten werden, wobei Alkalilaugen und Alkaliwasserglas als Härter für eine Mischung aus Metakaolin, Alkaliwasserglas und Fullstoffen dienen. Nach diesem Stand der Technik spielt der sogenannte Metakaolin d.h. ein reaktionsfähiges Aluminiumsilikat der ungefähren Summenformel A1203- 2 SiO2, das durch Erhitzen von Kaolinit auf ca. 800 0 erhalten wird, eine besondere Rolle als aktive Komponente zur Bildung eine "polymeren" Alumosilikat-Gerüstes. fletakaolin ist auch der einzige feste Bestandteil, abgesehen von ggf. anwesenden Füllstoffen, sowie die einzige Quelle für den Gehalt an Aluminiumoxid. Die entstandenen Formkörper nach dem Stand der Technik weisen ein besonderes dreidimensionales Polymergerüst aus Alkalialumosilikaten auf.
Diese Formmassen nach dem Stand der Technik erfordern nach dem Vermischen der Ausgangsstoffe eine erhebliche Reifezeit d.h. eine Wartezeit, bis das Formgießen und die Bildung des Formkörpers durch Erwärmen vorgenommen werden kann. Erst nach dem Reifen können diese Formmassen gegossen werden und bilden dann durch Erwärmen einen festen Formkörper aus.
Diese Formkörper müssen im Regelfall als Füllstoff Glimmerpulver enthalten, um Rißbildung und Schwindung zu vermeiden, Nachteilig ist weiterhin, daß nur Metakaolin von ganz be-;stimmter Herkunft, der offenbar einer ganz bestimmten Tempe raturbehanilung ausgesetzt war, die Herstellung der fließfähigen Formmasse und eine solche Herstellung der Formkörper gestattet.
Zudem entstehen nur dann geeignete fließfähige Formmassen, bwenn bei der Vermischung der Ausgangsstoffe eine bestimmte Reihenfolge der Zugabe eingehalten wird.
Es bestand daher die Aufgabe, teure und schwer beschaffbare Ausgangsstoffe zu vermeiden, die Beschränkung der Vermischen ;barkeit der Bestandteile- zu beseitigen Xerschiedenartige Füllstoffe verwendbar zu machen, sowie leichter verarbeitbare Formmassen und verbesserte Formkörper herzustellen und diese zu geschäumten Formkörpern zu verarbeiten. Es wurde gefunden, daß diese Ziele durch Verwendung einer vergleichsweise geringen Anzahl von einfach beschaffbaren Rohstoffen erreichbar sind.
Gegenstand der Erfindung sind schäumbare wasserhaltige härtbare Formmassen aus anorganischen Bestandteilen mit gegebenenfalls enthaltenen Anteilen von Füllstoffen, d a d u r c h q e -k e n n z e i c h n e t , daß die Formmassen 1,5 bis 10 Gew.-Teile Oxidgemisch mit Gehalten von amorphem SiO2 und Aluminiumoxid iind 0,7-bis 2,5 Gew.-Teile K20 bzw. 0,55 bis 1,5 Gew.-Teile Na20 je Gew.-Teile gelöstes Si02, Wassergehalte und gegebenenfalls Füllstoffgehalte bis zur Grenze der Fließfähigkeit und Schäummittel enthalten, wobei das Oxidgemisch gegebenenfalls durch SiO2 aus amorpher dispers-pulverförmiger wasserhaltiger Kieselsäure ersetzt ist, g20 bzw. Na20 aZlls Alkalihydroxid, dessen wässriger Lösung und/oder einer wässrigen Lösung von Alkalisilikaten und gelöstes SiO2 aus einer wässrigen Lösung von Alkalisilikaten stammt.
Bei der Härtung erfolgt keine Schwindung. Der Formkörper ermöglicht eine sehr exakte Abbildung der Form.
Erfindungsgemäß sind geschäumte Formkörper mit hoher Temperaturbeständigkeit bis 800, 1000 oder auch 1200 OC aus wasserhaltigen schäumbaren anorganischen Formmassen herstellbar Weiterhin ist überraschend der nach dem Stand der Technik notwendige Gehalt von Metakaolin vermeidbar.
SiO2 aus dem Oxidgemisch und gegebenenfalls SiO2 aus der wasserhaltigen amorphen Kieselsäure, sowie gegebenenfalls teilweise auch das Aluminiumoxid des Oxidgemischs werden als die reaktiven steinbildenden festen Bestandteile angesehen.
Diese festen Bestandteile der Formmasse bilden mit den Alkalien und dem gelösten Silikat-Anteil aus Alkaliwasserglas im gehärteten Formkörper ein Alkalipolysilikat, in dem offenbar auch Si durch Al ersetzt sein kann, das als strukturbildender Bestandteil die Füllstoffe umgibt, wobei der durch Erwärmen gehärtete steinartige Formkörper nach weiterem Trocknen praktisch frei von ungebundenem Wasser ist.
Zwar war aus der US-PS 1 587 057 bekannt, geschmolzene Kieselsäure (silica) oder Quarz von stückiger Form zu mahlen und mit Lösungen von Alkalisilikat zu einer Paste anzurühren, die beim Stehenlassen oder Erwärmen zu Form körpern erstarrt, worauf durch anschließende zeitraubende Behandlung mit konzentrierter Chlorwasserstoffsäure aus den gebildeten Silikaten Kieselsäure in Freiheit gesetzt wird und der oberschuß von Chlorwasserstoffsäure durch wiederum zeitraubende Behandlung mit fließendem Wasser beseitigt oder mit Ammoniumhydroxidlösung neutralisiert wird worauf erneut getrocknet werden mrlß.
Die vorliegende Erfindung hebt sich hiervon durch Verwendung eines amorphes SiO2 enthaltenden Oxidgemischs und gegebenenfalls von disperser und pulverförmiger wasserhaltiger Kieselsäure in amorpher Form sowie durch ein einfaches Rerstellverfahren der Formkörper ohne jede Nachbehandlung ab.
Die Mengenverhältnisse sind in weiten Grenzen variierbar und nur durch die Fähigkeit begrenzt, aus der wasserhaltigen gießbaren Formmasse durch Erwärmen zu einem steinartigen Formkörper zu härten. Im Regelfall sollen jedoch in den erfindungsgemäßen Formmassen 1,5 bis-O.»Gew.~Teile->.
vorzugsweise 2 bis 6 Gew.-Teile, sehr bevorzugt 3,2 bis 5,5 Gew.-Teile Oxidgemisch bzw. teilweise SiO2 aus amorpher wasserhaltiger Kieselsäure und 0,7 bis 2,5 Gew.-Teile' vorzugsweise 0,8 bis 1,6, sehr bevorzugt 0,85 bis 1,4 Gew.-Teile K20 oder die hierzu äquivalenten Mengen 0,50 bis 1,5, vorzugsweise 0,55 bis 1,2 Gew.-Teile Wa20 oder sowohl. K20 als auch Na2O in entsprechenden äquivalenten Anteilen je Gewichtsteil gelöstes SiO2 aus Alkalisilikat-Lösungen bzw. aus Alkalihydroxid oder dessen Lösungen enthalten sein. Soweit neben E20 auch Na2O vorhanden ist, soll die Gesamtmenge der Alkalien entsprechend ihren Äquivalentmengen den für K20 genannten Gewichtsteile entsprechen. Das ungelöste SiO2 stammt aus dem amorphes SiO enthaltenden Oxidgemisch sowie gegebenenfalls aus amorpher dispers pulverförmiger wasserhaltiger Kieselsäure, welche beispielsweise durch Fällung erhältlich ist.
Der Anteil von K2O und/oder Na2O kann aus Alkalisiliket-Lo'sungen, welche gewöhnlich als Alkaliwasserglas bezeichnet werden. oder ganz bzw. teilweise aus festem Kaliumhydroxid und/oder Natriumhydroxid oder deren Lösungen stammen.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensweg des Herstellverfahrens kann das Alkaliwasserglas durch Auflösen der amorphen dispers-pulverförmigen wasserhaltigen Kieselsäure in oder mit Alkalihydroxid oder dessen wässrigen Lösungen ganz oder teilweise erhalten werden, wobei der ungelöste Anteil an SiO2 jedenfalls als amorphes SiO2 ent-@haltendes Oxidgemisch oder als SiOS aus amorpher dispers-pulv.erförmiger wasserhaltiger Kieselsäure zuzusetzen ist. Der Wassergehalt der Formmassen, welcher bei Anwesenheit von amorpher dispers pulverförmiger wasserhaltiger Kieselsäure aus deren Wassergehalt bzw. der Feuchte dem Wassergehalt der Alkalisilikat-Lösung sowie gegebenen falls bei Verwendung von Alkalihydroxid-Lösungen aus diesen stammt, wird empirisch bestimmt und soll nicht höher sein als die F Fließfähigkeit der Formmasse erfordert, wobei auch gegebenen- falls vorhandene inerte Füllstoffe bezüglich der Fließfähig keit zu berücksichtigen sind. Im allgemeinen wird der Wassergehalt 20 bis 65 Gew.-% Wasser, bezogen auf die aktiven d.h. steinbildenden Bestandteile, d.h. ohne Berücksichtigung der Füllstoffe betragen, wobei Wassergehalte von 26 bis 58 Gew*-* bevorzugt sind. Die Untergrenze und die Obergrenze des Wassergehalts ist durch die Härtbarkeit zu steinartigen Formkörpern sowie die Formbarkeit gegeben.
Größere als notwendige Wassergehalte vermindern die Wirtschaftlichkeit.und Festigkeit der Formkörper.
Das in der Formmasse und dem Formkörper enthaltene Alkali kann auf einem Gehalt an K20 oder Na2O oder beiden Alkalioxiden basieren. E20 ist als alleiniger oder überwiegender Bestandteil bevorzugt, obgleich auch der Alkaligehalt vollständig aus Na2O bestehen kann, wobei jedoch eine längere Härtezeit und schlechtere physikalische Eigenschaften der hergestellten Formkörper auftreten können.
Als wässrige tösungen von Alkali silikaten sind bevorzugt die bekannten stark alkalischen wässrigen Lösungen von lkaliwasserglas d.h. von im Schmelzfluß erstarrten glasigen wasserlöslichen Alkalisilikaten, welche durch Zusammenschmelzen von Quarzsand und Alkalicarbonaten bzw. -hydroxi den in stark wechselnden Mengen von SiO2 und Alkalioxid erhalten werden. Bei Molverhältnissen von 1,5 bis 5 Mol ßiO2, vorzugsweise 2 bis 4 Mol SiO2, Je Mol Alkalioxid sind bei Wasserglaslösungen 28 bis 43 Gew.-%ige, bei Natronwasserglaslösungen bis 60 Gew.-%ige wässrige Lösungen üblich, wobei die wasserärmeren Lösungen bevorzugt sind.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine wässrige Lösung von Alkalisilikat auch durch Auflösen der amorphen, dispers-pulverförmigen wasserhaltigen Kieselsäure in Alkalihydroxid-Lösungen oder gegebenenfalls durch Zugabe vo festem Alkalihydroxid unter Verflüssigung beim Rühren erhalten werden. Die amorphe Kieselsäure geht häufig in exo-Bhermer Reaktion in Lösung, so daß während der Herstellung einer solchen Alkalisilikat-S,öslm erforderlichenfalls zu kühlern ist Eine Filtration oder Reinigung ist trotz der häufi erheblichen Gehalte von Verurreinigungen bei Einsat amorpher wasserhaltiZer Kieselsäure für die Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich. Sc hergestellte Alkalisilikat-Lösungen weisen bei gleichem Alkali/SiO2-Verhältnis vielfach nicht gleiche Fließfähigkeit bzw. Viskosität wie handelsmäßige Alkalisilikat-Lösungen von der Art des Wasserglases auf, vermutlich weil das SiO2 nicht als die gleiche Art oder Verteilung von Oligosilikaten vorliegt. In überraschender und vorteilhafter Weise hat die so hergestellte Alkalisilikat-Lösung trotz de Vorhandenseins von Verunreinigungen gute Eigenschaften als Bestandteil der steinbildenden Formmassen.
Das Oxidgemisch mit Gehalten von amorphem SiO2 und Aluminiumoxid hat stark wechselnde Gehalte beider Oxide, deren gemeinsamer Anteil häufig 75 bis über 90 Gew.-% des Oxidgemischs beträgt, wobei aber auch geringere Gehalte als 75 XGew.-% und höhere Gehalte sonstiger Oxide möglich sind. Das Oxidgemisch ist wasserfrei. Es besteht ausschließlich oder ganz überwiegend aus Gemischen von Oxiden.
Solche Oxidgemische entstehen typischerweise bei industriellen Hochtemperatur-Schmelzprozessen als Stäube und bilden zunächst eine Dampf- oder Gasphase, aus der sie beim Abkühlen als feinverteilter Staub abgeschieden werden.
Häufig entsprechen die Oxidgemische nicht der Zusammensetzung des industriellen Schmelzprodukts.
Im Röntgenogramm finden sich keine Hinweise auf kristallieines Si02, während Al2O3 kristallin zumindest zum Teil als ct-A1205 (Korund) und in wechselnden Anteilen als alkalihaltiges ß-Al2O3 vorliegt. Eisenoxide können anwesend sein, z.B. als Fe203. Erdalkalien, besonders CaO, sind gegebenenfalls in geringen Mengen anwesend. Geringe Anteile von @Fluoriden, P2O5 oder ZrO2 können in Abhängigkeit vom jeweiligen Schmelzprodukt vorkommen.
Die Oxidgemische können ? bis 75 Gew.-% SiO2 iind 12 bis 87 Gew.-3/o A1202 enthalten, wobei hohe SiO2-Gehalte oder hohe Al2O3-Gehalte je nach Art des Schmelzprozesses, jedoch auch bei demselben Schmelzprozeß am Beginn oder Ende einer "Ofenreise" auftreten können. Geeignete Oxidgemische entstehen bei Schmelzprozessen der Herstellung verschiedener Korund-Typen, des Mullit gegebenenfalls auch bei der Herstellung von elementarem Silicium, Ferrosilicium oder bei der Metallverhiittung.
Kennzeichnend für die Verwendbarkeit der Oxidgemische gemäß der Erfindung ist die Unlöslichkeit in Alkalisilikat-Lösungen bei Herstellung der Formmasse und die Reaktionsfähig keit mit t wässriger Alkalisilikat-Lösung bzw. mit wässriger Alkalihydroxid-Lösung in der wasserhaltigen Formmasse >zum steinhildenden Bestandteil der Formkörper@ Die amorphe dispers-pulverförmige wasserhaltige Kieselsäure liegt als lagerfähiges und rieselfähiges Pulver, filterfeucht oder als breiiges Gel vor.
)Der Wassergehalt kann 20 bis 60 Gew.-% oder gegebenenfalls mehr betragen, wobei die Trockensubstanz zu 85 bis 100 Gew.-% analytisch als SiO2 bestimmt wird, neben kleineren Anteilen von u.a. Aluminiumoxid, Eisenoxid, Metallfluoriden, ggf. Ammoniumfluorid sowie Glühverlust.
3Solche amorphen dispers-pulverförnigen wasserhaltigen Kieset säuren werden im allgemeinen durch Fällung aus wässrigen Lösungen erhalten, beispielsweise bei der Gewinnung und Reinigung mineralischer Ausgangsstoffe der Aluminiumindustrx beispielsweise bei der Umsetzung von H2SiF6 zu Alkali-)fluoriden oder Kryolith oder auch aus anderweitig erhaltenen wässrigen Silikatlösungen. Bei diesen in zahlreichen industriellen Prozessen abzutrennenden amorphen wasserhaltigen Kieselsäuren kommt es nur darauf an, daß wasserhaltige Kieselsäuren d.h. hydratisierte nichtoxidische Kiesel-5säuren in amorpher, feinverteilter und bei der Steinbildung reaktionsfähiger Form vorliegen.
Füllstoffe können in geeigneten Meinen, insbesondere bis 200 g je 100 g der steinbildenden Komponenten in der Formmasse enthalten sein. In sehr vorteilhafter Weise sind erfindungsgemäß sehr vielfältige Füllstoffe, vorzugsweise anorganische Stoffe in gemahlener oder verteilter Form möglich, beispielsweise Gesteinsmehle, Basalte, Tone, Feld späte, Glimmermehl, Glasmehl, Quarzsand oder Quarzmehl, Bauxitmehl, Tonerdehydrat, Abfälle der Tonerde-, Bauxit-oder Korundindustrie, Aschen, Schlacken, Fasermaterialien sowie weitere inerte nicht wasserlösliche mineralische sowie gegebenenfalls organische Materialien. Für schäumbare Formmassen werden leichte Füllstoffe wie Bimsmehl, Vermiculite oder Perlite sehr bevorzugt. Die Fiillstoffe bilden mit den reaktionsfähigen steinbildenden Anteilen der Masse einen guten Verbund, sind aber im eigentlichen Sinne keine Reaktionspartner.
Als Schäumittel werden Stoffe verwendet, die bei der zur Härtung erforderlichen Temperaturerhöhung oder bei Einwirkung des Wassers eine genügende Menge von Gasen bilden oder, im Falle von zugegebenen Gasen, diese stabilisieren. Die Art und Menge der Schäummittel wird so ausgewählt, daß bei der Erhöhung der Temperatur zum Zweck der Härtung die Gasbildung abgeschlossen ist, bevor durchdiefflntretende Härtung der Formkörper zu seiner bleibenden Gestalt verfestigt ist.
Die gasbildenden Schäummittel sollen daher bei oder oberhalb Zimmertemperatur bzw. der durch Herstellung der Formmassen entstehenden Temperatur und unterhalb der anzuwendenden Härtungstemperatur das zum Verschäumen dienende Gas abgeben.
Im allgemeinen soll die Temperatur der Gasbildung der Schäummittel zwischen 20 und 95 °C liegen.
Die Zugabe von Gasen wie N2, Luft, COS o.a. md deren Stabilisierung durch zugesetzte Emulgatoren ist möglich, aber nicht bevorzugt.
Als gasbildende Schäummittel sind besonders das sogenannte Natriumperborat, einer Additionsverbindung aus Natriumborat und Wasserstoffperoxid oder Aluminiumpulver, in nhlegmatisierter oder unphlegmatisierter Form bevorzugt.
Die Menge der Schäummittel hängt stark von der Dichte des Schaunkörpers, von dessen zu erzielender Festigkeit und der Art des Schäummittels ab. Geeignete Mengen des Perborats liegen zwischen 0,5 und 4 Gew.-%, vorzugsweise 0,7 bis 3,4 Gew.-% der Formmasse. Geeignete Mengen Al-Pulver, das eine große Menge Wasserstoffgas je Gewichtseinheit liefert, liegen zwischen 0,05 und 0,8 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 0,6 Gew.-% der Formmasse. Bei allen Schäummitteln sind für besondere Zwecke auch kleinere oder größere Mengen möglich. Das mit einem bei Normaltemperatur nicht angreifbaren Oberflächenfilm phlegmatisierte Al-Pulver verschäumt bei Temperaturen z. B.
60 bis 90 0C. Soweit der Beginn des Schäumens bei niedrigen Temperaturen nicht hinderlich ist, kann unphlegmatisiertes Al-Pulver, verwendet werden.
Weitere ausbildende Schäummittel wie anorganische oder organische Peroxide, die unter Einwirkung von Wasser und/ oder der Erwärmung bei der Härtung zerfallen, Ammonium-oder Alkalicarbonat, H2Q, weitere Peroxiverbindungen od.
dgl. können verwendet werden sind aber nicht bevorzugt.
Die Schäumzeiten sind durch die Art und Menge der Schäummittel stark beeinflußbar innerhalb von 10 Minuten bis 3 Stlmder., jedoch sind lange Schiumzeiten mir bei großen Formkörpern nötig, deren Inneres sich bei der Härtung erst langsam erwärmt.
Gegebenenfalls können auch Gase wie CO2, Luft u.a. eingebracht, durch Rühren verteilt und mit z.B. Emulgatoren verteilt werden.
Die Formmassen gemäß der Erfindung benötigen überraschend nach der Vermischung keine Reifezeit Durch Fehlen der Reifezeit ist unmittelbar nach der Herstellung der Formmasse und der Formgebung die Härtung zu Formkörpern durch Erwärmen möglich.
Der Wassergehalt braucht nur so groß zu sein, daß eine genügende Fließfähigkeit erreicht wird.
Bei schäumbaren Formmassen erfolgt das Verschäumen und gleichzeitig bzw. danach durch weiteres Erwärmen die Anhärtung in der Form, bis eine genügende Festigkeit erreicht ist, die das Entformen gestattet.
Die Formmassen der Erfindung erlauben gegebenenfalls eine frühzeitige Entformung und anschließende Aushärtung in der Wärme. Bevorzugt erfolgt die Aushärtung in der Form.
Die Temperatur der Härtungssorgänge und die Härtungszeiten sind von der Zusammensetzung der Formmasse, von der Art des Schäummittels und gegebenenfalls von Art und Menge der Füllstoffe abhängig. Die Härtungstemperaturen liegen jedoch höchstens bei 200 °C und ermöglichen damit den Vorteil der Energieersparnis gegenüber zahlreichen traditionellen Erzeugnissen z.B. der Baukeramik.
Die Temperaturen der Härtung liegen allgemein bei 50 bis 200 00. Für die Anhärtung in der Form sind Temperaturen von 50 bis 150 OC, vorzugsweise 60 bis 95 °C erforderlich.
Solange während des Anhärtens die Schäumung erfolgt und der Formkörper noch nicht die endgültige Gestalt gebildet hat, soll eine Temperatur eingehalten werden, bei der sich kein Wasserdampf bildet. Nach der Entformung kann sich eine Aushärtung bei 70 bis 200 °C, vorzugsweise bei 80 160 °C anschließen. uebliche Härtungszeiten liegen zwischen 0,1 und 3 Stunden.
bevorzugt wird die Form nur soweit gefüllt, daß der geschäumte feste Formkörper die Form vollständig füllt, way durch Vorversuche zu ermitteln ist. Da bei der Härtung keine Schwindung auftritt, können so alle Einzelheiten der Form sehr genau im Formkörper abgebildet werden.
Die Trocknung erfolgt ohne Hilfe technischer Maßnahmen von selbst bei der Lagerung an Luft oder bei erhöhter Temperatur.
Eine Einfärbung ist möglich und unterliegt wegen der gerin gen Temperatur bei der Härtung keinen Einschränkungen.
Die Farbstoffe sollen beständig gegenüber den Schäummittel@ und gegerüber Alkali sein.
Weiterer otegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formmassen nach dem Patentanspruch 3 sowie das Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus den erfindungsgemäßen Formmassen gemäß den Anspriichen 5 bis 7.
Die Komponenten können in bbeliebiger Reihenfolge miteinander vermisc-ht werden. Die festen Bestandteile und die flüssigen Bestandteile werden mit Hilfe eines Rührers oder gegebenenfalls durch Kneten gut gemischt. Erforderlichenfalls werden die festen Bestandteile in Pulverform in Portionen oder über längere Zeit zugegehen und homogen vertei@t. Wenn erforderlich, werden die Schäummittel erst kurz vor dem Gießen der Formmasse eingearbeitet.
Die geschäumten Formmassen werden besonders zweckmäßig mit einem Gewichtsverhältnis des Oxidgemischs zu Alkalisilikat-Lösun von X,5 : 1 bis 3 : 1 hergestellt. Die Alkalisilikat-Lösung wird bevorugt aus amorpher wasserhaltiger Kieselsäure hergestellt.
Die Formkörper erreichen durch die Härtung hohe Temperaturbeständigkeit bis 1000, teils bis 1200 OC, d.h. Werte wie bisher nur durch die aufwendigen Prozesse bei der Herstellung keramischer Platten oder Klinker bzw. bei Naturstein erhältlich. Die Schaumkörper haben Dichten von 100 bis 1000, vorzusweise 200 bis 800 kg/m3.
Im Rahmen der Erfindung können die Formkörper ganz oder zum Teil aus geschäumtem Material bestehen. Besonders können die Formkörper aus einem flächigen geschäumten Teil und einem flächigen massiven Teil bestehen, der z.B. die Sichtfläche bildet.
Der massive Teil kann aus einem beliebigen Material, wie Keramik, Natur- oder Kunststein, Metall oder Kunststoffen bestehen. Bevorzugt besteht der massive Teil aus Ton- bzw.
Keramikmassen wie Fliesen, Kacheln oder Klinkern, aus Naturstein oder Kunststein oder ist aus einer erfindungsgemäßen Formmasse ohne oder mit geringer Schäummittelmenge hergestellt, auf welchen ein angegossener Schaumkörper fest verankert wird. Durch Profile, Stege od. dgl. an dem massiven Teil kann erforderlichenfalls eim zusätzliche Ver ankerung bewirkt werden. Soweit der Schaumteil ungenügend haftet, kann eine Verklebun vorgesehen werden.
Der geschäumte Teil kann auf den fertigen massiven in die Form eingelegten Teil aufgegossen werten.
Eine gleichzeitige Herstellung - naß in naß - von Schaiimteil und massivem Teil ist bei härtbaren massiven Teilen möglich, besonders soweit diese aus Formmassen mit Zusammensetzungen entsprechend der Erfindung unter Fortlassen der Schäummittel hergestellt werden.
Die Formkörper besitzen eine sehr gute Formtreue.
Die Neigung zllr Rißbildung und Formschwindung ist sehr gering, so daß besonders auch Formkörper von gro9.en Dimensionen und großflächige Hinterschäumungen herstellbar sind.
Die Formkörper sind bohrbar bzw. sä-ar und ermöglichen, soweit gewollt, eine nachträgliche Bearbeitung der Oberfläche durch z.B. Schleifen oder Fräsen.
Diese Eienschaften ermöglichen die Verwendun der Formkörper für zahlreiche technische Verwendungszwecke die bisher hocherhitzten z.B. keramischen Formkörpern vorbehalten sind. Eine weitere Verwendun ist als hochwertige Formkörper im Bereich des Hochbaus vorgesehen, beispielsweise als Platten für die Verkleidung und/oder den Aufbau von Wänden oder fiir die Deckung von Dächern, z.B. in der Art von Platten, Klinkern, Bekleidungen, o.ä., wobei im Gegensatz zu bekannten Materialien durch besonders die hohe Biegebruchfestigkeit auch dünne Formkörper von größeren Abmessungen als bisher verwendbar sind, beispiels weise Verkleidungselemente von der Größe mehrerer Platten, Klinkern od. dgl.
Die Schaumkörper sind als Wärmedämmung und Schalldämmung vorteilhaft einsetzbar und lassen sich mechanisch z.B.
durch Sägen erforderlichenfalls leicht bearbeiten.
In dQr Zeichnung werden die aus den Formmassen hergestellten Formkörper gemäß der Erfindung in Ausführungsbeispielen schematisch gezeigt und anhand dieser noch näher erläutert. Es zeigen Fi. 1 einen rechteckigen Formkörper als einer massiven Deckschicht und einer damit verbunderen Schaumschicht, Fig. 2 einen beispielsweise für eine Rohrisolierung verwendbaren Schaumkö@per in Form eines Halbzylinders, Fig. 3 einen rechteckiger Formkörper aus einer massiven, mit einem erhabenen Relief versehenen Deckschicht und einer wä@@eisolierenden durch Aufgießen einer schäumbaren Formmasse hergestellten Schaumschicht.
Der in einer perspektivischen Ansicht dargestellte Form- körper der Fig. 1 weist eine massive ungeschäu@te Deckschicht 1 aus einer anorganischen Formmasse und eine durch Aufgießen einer schäumbaren Formmasse in dieselbe Form hergestellte Schaumschicht 2 auf, die nach dem Härten fest mit der massiven Deckschicht verbunden ist.
Fig. 2 zeit einen Schaumkörper in Form eine Halbzylinders, der zusammen mit einem 7weiten gleichen Halhzylinder als umhüllende Wärmeisolierung beispielsweise einer Rohres oder eines Kessels, ver.fendbar ist.
Fig. 3 zeigt einen rechteckigen Formkörper aus einer Schaumschicht 2 und einer massiven Deckschicht 1, welche auf der Sichtfläche eine daraus hervorragende Profilierung 3 aufweist. Ein solcher Körper kann beispielsweise aus einem vorgefertigten keramischen Körper, der die Deckschicht 1 mit Profilierung darstellt, durch Aufgießen einer schäumbaren Formmasse auf den keramischen Körner und Härten zu einem Schaumkörper hergestellt werden.
Beispiel 1 200 g einer kalialkalischen Lösung von wasserhaltiger amorpher Kieselsäure enthaltend 53 Gew.-«o H20, 23,5 Gew.-% SiO2 und 23,5 Gew.-aX K20 werden mit 400 g eines Oxidgemischs mit Gehalten von 46 Gew.-% amorphem SiO2 und 43 Gew.-% Al203 sowie Fe203 und weiteren Oxiden und als Schäummittel 15 g NaBO2#H2O2# 3H2O homogen gemischt und in eine allseitig verschließbare Form von geeignetem Volumen gegossen. Die verschlossene Form wird auf ca. 80 0C aufgeheizt, wodurch Sauerstoff freigesetzt wird und die Masse in einem Schaumstoff umwandelt. Der Formkörper ist in 30 Minuten gehärtet und kann entformt werden. Der entformte Schaumstoffkörper wird weitere 30 Minuten bei Temnera- turen von 90 °C nachgetrocknet. Die Dichte des offenporigen Schaums liegt bei 450 kg/m3.
Beispiel 2 Eine Mischung wie in Beispiel 1 genannt wird auf die Rückseite einer keramischen Kachel, die in eine entsprechende Form eingelegt ist, gegossen und wie im Beispiel 1 beschrieben, gehärtet. Nach der Entformung ist der Schaum mit der saugfähigen Rückseite der Kachel zu einem festen Verbundmaterial geworden, das die dekorative Vorderseite der Kachel und eine wärme- und schalldämmende Rückseite aufweist.
Beispiel 3 70 q einer kalialkalischen Lösung von amorpher Kieselsäure enthaltend 51 Gew.-% H20 und SiO2 und E20 im Molverhältnis 2 : 1, werden mit 70 g eines Oxidgemisches, enthaltend 56 Gew.-% amorphes SiO2, 37 Gew.-% Al2O3 sowie Fe2O3 und weitere Oxide, als Füllstoffe 120 g feingemahlenem Quarzsand, 40 g Quarzmehl und 3 g Farbpiment auf Basis von Fe203 intensiv gemischt urid in eine mit einer Strukturoberfläche versehene Eisenform gegossen. Gleich anschlie werden 250 g derselben kalialkalischen Lösung von amorpher Eieselsäure mit 250 g des genannten Oxidgemischs, 60 g feingemahlenem Perlite und 10 g NaBO2#H2O2#3H2O gut gemischt und auf die schaummittelfreie Masse in der gleichen Form gegossen. Nach Schließen der Form wird diese auf 85 °C erhitzt und nach 45 Minuten wieder geöffnet. Der entstandene Formkörper wird anschließend 1 Stunde bei 90 getrocknet. Er besteht aus einer eingefärbten auf der Sichtseite strukturierten massiven Vorderseite und einer aus anorganischem Schaut bestehenden Rückseite, die eine Dichte von 350 kg/m3 aufweist, während der massive Teil eine Dichte von 1700 kVn3 hat.
Beispiel 4 Entsprechend Beispiel 3 mit den dort genannten Formmassen, jedoch mit dem Unterschied, daQ die massive Masse in strukturierte Vielfachformen gegossen und erhärtet wird, bevor die Schaummasse in einem zweiten Arbeitsgang zum Hinterschäumen der bereits gehärteten massiven Formteile verwendet wird. In einer Variante a) enthält die Vielfachform voneinander durch Stege der Form getrennte massive Formkörper, die durch den Schaum miteinander verbunden sind, gemeinsam entformt werden und einen einzigen zu verwendenden Formkörper bilden. In einer Variante b) werden mehrere Formkörper gegossen, die jeder eine massive strukturierte Vorderseite und eine als Schaum bestehen8 Riickseite aufweisen.
Beispiel 5 150 g einer kalialkalischen Lösung von amorpher wasserhaltiger Kieselsäure mit einem Gehalt von 48 Gew.-% H20 und SiO2 und K20 im Molverhältnis von 1,5 : 1 werden mit 250 eines Oxidgemischs mit Gehalten von 70 Gew. -Yo amorphem SiO2 und geringen Gehalten von A120 und weiteren Oxiden und als Treibmittel mit 0,5 g Aluminiumpulver(phlegmatisiert mit dem Ca-Salz feiner Fettsäure) vermischt und in eine Form gegossen. Nach Schließen der Form bis auf eine kleine Bluteröffnung (zum Entweichen überschüssiger Gasmengen) wird durch Erhitzen auf 80 0 die Masse in 10 Minuten ge schäumt und gehartet. Nach dem Entformen wird bei 80 oC nachgetrocknet. Der entstandene Schaum hat eine Dichte von 380 kg/m3.
Beispiel 6 200 g einer kalialkalischen Lösung von amorpher Kieselsäure mit einem Gehalt von 52 Gew.-% Wasser und SiO2 und K2O im Molverhältnis von 2,5 : 1 und 200 g eines Oxidchemisches mit Gehalten von 20 Gew.-% amorphem SiO2, 60 Gew.-3/o Al2O3 und weiteren Oxiden sowie 0,5 g unphlegmatisiertem Aluminiumpulver werden gemischt und sofort anschließend in eine Form gegossen. Durch die Reaktion des Aluminiums mit dem Alkali wird unter Erwärmung gleichzeiti Schaumbildun und Verfestigung bewirkt, die durch Nach heizen auf 60 0C nach 10 Minuten einen entformbaren Schaum körper ergibt, der an der Luft nachgetrocknet wird.
Beispiel 7 22,5 g wasserhaltige amorphe Kieselsäure mit einem Gehalt von 50 Gew.-% SiO2, 17,5 g 90 Gew.-%ige KOH und 30 g Wasser werden aufgekocht und nach Abkühlen mit 100 g Quarzmehl als Füllstoff, 20 g 50 Gew.-%ige KOH-Lösung, 71 g wasserhaltiger amorpher Kieselsäure mit Gehalten von 50 Gew.-% SiO2 und 14,5 g NaBO2#H2O2#3H2O gemischt, in eine Form gegossen und bei 85 C 90 Minuten lang gehärtet.
Nach dem Entformen wird der entstandene Schaumkörper 30 Minuten lang, bei 85 O, erhitzt.

Claims

Patentansprüche: 1. Schäumbare wasserhaltige härtbare Formmassen aus anorganischen Bestandteilen mit gegebenenfalls enthaltenen Anteilen von Füllstoffen, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Formmassen 1,5 bis 10 Gew.-Teile Oxidgemisch mit Gehalten von amorphem SiO2 und Aluminiumoxid und 0,7 bis 2,5 Gew.-Teile K20 bzw. 0,55 bis 1,5 Gew.-Teile Na2O je Gew.-Teile gelöstes SiO2, Wassergehalte und gegebenenfalls Füllstoffgehalte bis zur Grenze der Fließfähigkeit und Schäummittel enthalten wobei das Oxidgemisch und gegebenenfalls durch SiO2 aus amorpher dispers-pulverförmiger wasserhaltiger Kieselsäure erset ist, K20 bzw. Na2O als Alkalihydroxid, dessen wässriger Lösung und/oder einer wässrigen Lösung von Alkalisilikaten und gelöstes SiO2 aus einer wässrigen Lösung von Alkalisilikaten stammt.
2. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Verwendung von wässriger Lösung von Alkali silikaten diese ganz oder teilweise durch Auflösen von amorpher dispers-pulverförmiger wasserhaltiger Kieselsäure in Alkalihydroxiden oder deren wässrigen Lösungen hergestellt werden.
3. Verfahren zur Herstellung von Formmassen nach den Anspriichen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine fließfähige Masse mit Gehalten von 1,5 bis 10 Gew.-?eilen Oxidgemisch mit Gehalten von amorphem SiO2 und Aluminiumoxid und 0,7 bis 2,5 Gew.-Teilen K20 bzw.

0,55 bis 1,5 Gew.-Teilen Na2O ae 1 Gew.-Teil gelöstes SiO2,eines Schäummittels,sowie gegebenenfalls Füllstoffen, durch a) Einmischung eines amorphen SiO2 und Aluminiumoxid enthaltenden Oxidgemischs und gegebenenfalls teilweise von amorpher wasserhaltiger Kieselsäure in wässrige Alkalisilikat-Lösung, die gegebenenfalls mit festem oder gelöstem Alkalihydroxid versehen wir oder b) Auflösen von amorpher wasserhaltiger Kieselsäure in wässriger Alkalihydroxid-Lösung zu wässriger Alkalisilikat-Lösung und Zugabe des Oxidgemischs und gegebenenfalls von SiO2 aus amorpher wasserhaltiger Kieselsäure oder c) Vermischen von amorpher wasserhaltiger Kieselsäure mit Alkalihydroxid oder dessen wässriger Lösung und Reaktion des zu lösenden Anteils der Kieselsäure zu Alkalisilikat-Lösung und Zugabe des Oxidgemischs hergestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Auflösen von amorpher wasserhaltiger Kieselsäure in Alkalihydroxid oder dessen Lösungen eine Alkalisilikat-Lösung vor der Zufügung der weiteren Komponenten der Formmasse hergestellt wird.
5. Zumindest teilweise aus anorganischem Schaum bestehende Formkörper, hergestellt durch Gießen in Formen aus Formmassen entsprechend einem der Anspriiche 1 bis 3 und Härten bei 50 bis 200 00.
6. Formkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anhaftung bei 50 bis 150 OC, nach Erreichen der erforderlichen Festigkeit eine Ausformung und darauf eine Aushärtung bei 80 bis 200 0C erfolgt.
7. Formkörper nach Anspruch 5 aus einem geschäunten Teil und einem damit verbundenen nicht geschälmten eil, wobei beide Teile nacheinander oder gleichzeitig hergestellt sind.