DE60031458T2

DE60031458T2 - Leichtes, wärmedämmendes geformtes produkt hoher mechanischer festigkeit und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE60031458T2
Application number: DE60031458T
Authority: DE
Inventors: Ismail Girgin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2000-11-03
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2020-11-04
Also published as: US7354542B1; WO2002036522A1; CA2439000C; DE60031458D1; EA200300534A1; EA005771B1; EP1339653B1; AU2001220386A1; EP1339653A1; CA2439000A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf leichte, wasserunlöslich und isolierende geformte Produkte, die enthalten expandierte Mineralien, solche wie Perlit und/oder Bimsstein in Kombination mit ausgewählten anorganischen Zusätzen zum Formen unter einer permanent festen Bindung in der Struktur und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Stand der Technik
Perlit ist ein glasiges vulkanisches Aluminiumsilicat, das 2 bis 5% gebundenes Wasser enthält, welches sich ausdehnt auf das 10 bis 30 fache seines ursprünglichen Volumens, wenn es erhitzt wird auf eine Temperatur zwischen 760–1150°C, abhängig von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials. Durch das Verflüchtigen von dem gebundenen Wasser während der Wärmebehandlung expandiert der heiße, der erweichende Schaum, welcher sich verfestigt in ein leichtes, zellulares Produkt mit einer Schüttdichte zwischen 80–240 kg/m³. Das erhaltene expandierte Produkt findet unterschiedliche Anwendungen in Industrie und Konstruktion, wegen seiner besonderen Eigenschaften von: Leichtigkeit, Porosität, nicht entflammbar, Wärmeisolation, Lärmschutz, schwitzhemmend und nicht toxisch.
Bimsstein ist ein leichtes vulkanisches Aluminiumsilikat mit ähnlich schwammiger Struktur gebildet durch Expansion von Gasen, während die geschmolzene Lava schnell abkühlt. Der Name bezieht sich auf eine Gruppe von Materialien, die eine ähnliche Herkunft und physikalische Struktur haben, solche wie Bimssteine, vulkanische Aschen, Schlacke und vulkanischer Tuff. Es ist immer verbunden mit jüngster vulkanischer Aktivität und es kann besitzen saure oder basische Eigenschaften in Abhängigkeit von seinen SiO_2– und CaO/MgO-Gehalten, wobei der Bimsstein ist stärker sauer und die Aschen, Schlacke und der Tuff sind stärker basisch. Der Bimsstein hat eine geringe Schüttdichte in einer Größe von 480–960 kg/m³, eine hohe Festigkeit zum Gewichtsverhältnis, eine geringe Wärmeleitfähigkeit und geringe Schallübertragungscharakteristiken. Alle diese Merkmale machen es wünschenswert für die Anwendung als ein Baumaterial für Leichtbaublöcke und Beton, ein Schleifmittel, ein Absorbtionsmittel, ein Trägermaterial für Insektizide und als Mineralstofffüller und als Konditionierer.
Expandiertes Perlit, Bimsstein und mit Bimsstein verwandte Materialien, das abblätternde Vermiculit und Phlogopit, Blähtone usw. sind poröse, leichte und isolierende Materialien, welche werden in einem großen Umfang verwendet für den Bau, bestehend aus konkreten Zusammensetzungen, Gipszusammensetzungen, geformte Produkte und Mauerwerk und Hohlschüttung. In der Herstellung von leichten und isolierenden Produkten aus diesen Materialien werden Zement, Gips, Alkalisilikate(Wasserglas) und Polymermaterialien von verschiedenster Art als Bindemittel verwendet. Auch, Fasern, organischen und anorganischen Ursprungs werden verwendet für Verstärkungszwecke in einigen Formulierungen.
Die Produkte besitzen solche Nachteile, wie geringe Widerstandfähigkeit gegen Wasser und Feuer, geringere Dämmungs- und Druckfestigkeitswerte abhängig vom Typ und der Qualität des angewendeten Bindemittels. Zum Beispiel, wenn Zement oder Gips verwendet wird, die Druckfestigkeit vom Formteil steigt mit Zunahme der Menge von dem verwendeten Zement oder Gips aber, gleichzeitig werden Nachteile in der Leichtigkeit und Dämmungseigenschaften beobachtet.
Es wird vorzugsweise Aufgabe sein, wie immer, solche leichten und dämmenden Materialien mit einem geringen Anteil von solchen Bindemitteln herzustellen, dass das Produkt erhält bessere Werte der mechanischen Festigkeit, Leichtigkeit, Dämmungseigenschaften, Feuerbeständigkeit und Wasserunlöslichkeit verglichen mit den Produkten, die zuvor hergestellt wurden.
In dem U.S. Patent Nr. 4,451,294 wird offenbart eine Zusammensetzung von Silikatmaterial in Form von Blöcken und Gegenständen, bestehend im wesentlichem aus flüssigen Natriumsilikat, festen Natriumsilikat, Borax und Perlit. Die Wasserbeständigkeit, Wärmedämmung (λ = 0.04–0.1 W/m.deg.) des Materials besitzt eine Schüttdichte von 100 bis 300 kg/m³ mit einer Druckfestigkeit von 0.3 bis 1 MPa und kann angewendet werden bei Temperatur von –50 bis zu 550°C. Obwohl die Wasserbeständigkeit, Wärmedämmungs- und geringen Druckfestigkeitsdaten dieser Zusammensetzung günstig sind, wird es am meisten angewendet bei geringer Temperatur (550°C) und besonders der maximale Druckfestigkeitswert von 1 MPa begrenzt einzig seine Anwendung für viele Konstruktionszwecke. Auch, die größeren Komponenten von der Zusammensetzung sind flüssige und feste Natriumsilikate, Perlit wird verwendet nur von 6 bis 17% als ein Additiv.
U.S. Patent Nr. 4,313,997 offenbart eine Zusammensetzung die 65–95 Gew.-% Perlit enthält und 5–35 Gew.-% von einer wässrigen Emulsion, klebriger Polyacrylatharze. Obwohl der Anteil von expandierten Perlit in der Zusammensetzung hoch ist, ist das Produkt nur geeignet für die Anwendung als plattenähnliches Produkt, weil es niedrige mechanische und niedrige Feuerwiderstandswerte aufweist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es wurde gefunden, dass wenn geringe Mengen von Na₂O und B₂O₃ enthaltene Material wird zugegeben entweder zu dem expandierten Perlit, Bimsstein und Bimsstein ähnliche Materialien oder eine geeignete Mischung von den oben erwähnten; man leichte, mit hoher mechanischer Festigkeit, wasserunlösliche und Dämmungsmaterialien in Form von Blöcken und Gegenstände durch Hitzbehandlung erhält. Es ist vorausgesetzt eine Zusammensetzung, die mehr als 90 Gew.-% entweder von Perlit, Bimsstein oder Bimsstein ähnliche Materialien oder Mischungen von diesen und eine Zugabe enthält von einer geringeren Menge als 10 Gew.-% Na₂O und B₂O₃.
Diese Zusammensetzung kann verwendet werden zur Herstellung eines leichten, Wärme dämmenden, hoch druckfesten, wasserunlöslichen Materials durch Wärmehandlung bei Temperaturen zwischen 650–950°C, das eine niedrige Schüttdichte (von 300 bis 800 kg/m³) und einen verbesserten Wärmedämmungswert (λ = 0.07 bis 0.25 W/m.deg.) besitzt, wenn zur Formung der Gegenstände ein Kompressionsdruck von 0.49 bis 5.59 MPa angewendet wird.
Spezifische Verbesserungen werden erreicht durch ein verbessertes Material mittels der vorliegenden Erfindung. Erstens, eine geringere Menge von Additiven in der vorliegenden Erfindung ermöglicht ein signifikantes Vergrößern in den Gewichtsprozenten von Perlit (oder Bimsstein und Bimsstein ähnliche Materialien), welche direkt bewirken die Leichtigkeit und Dämmungswerte von dem Produkt.
Ein zweiter Vorteil von der Erfindung ist, dass die Dauer der Wärmebehandlung kurz ist.
Weitere Vorteile sind, dass das Material von der unmittelbaren Erfindung ist Flammen- und Hitzebeständig und kann nur sintern bei Temperaturen von höher als 1000°C.
In einer am meisten bevorzugten Art und Weise der Erfindung enthält das Produkt expandiertes Perlit und es wird verwendet in einer Menge ≥ 90 Gew.-%. Der expandierte Perlit hat eine Korngröße von 0–1 mm bis zu 0–6 mm. Statt von Perlit als Ausgangsmaterial können auch Bimsstein oder Bimsstein ähnliche Materialien (Pumicite, Schlacken, vulkanische Aschen, vulkanischer Tuff), Blähtone, Blähglimmer, Blähphlogopit oder eine ähnliche Mischung von allen den genannten Materialien verwendet werden.
Die Additive können ausgewählt werden aus einer Gruppe, die enthalten entweder Kernit, Tincalconit (Tincal), Boraxerz oder Konzentrat, Natriumtetraboratpentahydrat, Natriumtetraboratdecahydrat, kristallwasserfreies (geschmolzenes) Natriumtetraborat, ein Mischung aus Natriumhydroxid und Borsäure und eine Mischung aus Natriumcarbonat und Borsäure oder eine Kombination von den beiden. Die Additive können angewendet werden entweder in trockener Pulverform, als wässriger Schlamm oder in Form einer Lösung.
Additiv wird zugegeben zum expandierten Perlit, gründlich gemischt. Wenn möglich, eine bestimmte Menge Wasser zugegeben zum Formen eines dicken Schlamms und diese Mischung wird sorgfältig gemischt. Danach wird die Mischung geformt zu dem gewünschten Gegenstand.
Die geformte Mischung wird erhitzt unter einer kontrollierten Temperatur zwischen 650–950°C von über 10 Minuten bis zu 2 Stunden.
Die folgenden Beispiele illustrieren diese Erfindung.
Beispiel 1:
Eine Mischung wurde hergestellt bestehend aus:
93,3 Gew.-% expandiertes Perlit (Teilchengröße unter 0,7 mm, Schüttdichte = 297 kg/m³)
6,7 Gew.-% von gemahlenem Tincalconitkonzentrat (B₂O₃ Gehalt = 32%).
Eine ausreichende Menge Wasser wird zu der zum Gegenstand zu formenden Mischung gegeben und die Mischung wird gründlich gemischt, geformt zum Gegenstand und die Form wird erhitzt auf 750° für 1 Stunde. Der hergestellte Artikel besitzt eine Schüttdichte von 415 kg/m³; Druckfestigkeit von 0,69 MPa und einen Wert der thermischen Leitfähigkeit von λ = 0.080 W/m.deg.
Beispiel 2:
Eine Mischung wird hergestellt bestehend aus:
93,8 Gew.-% expandiertes Perlit (Teilchengröße zwischen 0–2 mm, Schüttdichte = 70,5 kg/m³)
6,2 Gew.-% von Natriumtetraboratedecahydrat (Reinheit = 99,5%).
Eine ausreichende Menge von Wasser wird zugegeben zu der Mischung, gründlich gemischt, geformt zum Gegenstand und die Form wird erhitzt auf 900° für 1 Stunde. Der hergestellte Gegenstand besitzt eine Schüttdichte von 400 kg/m³; Druckfestigkeit von 2,84 MPa und der Wert der thermischen Leitfähigkeit ist λ = 0.076 W/m.deg.
Beispiel 3:
Eine Mischung wird hergestellt bestehend aus:
96,1 Gew.-% expandiertes Perlit (Teilchengröße zwischen 0–1 mm, Schüttdichte = 60 kg/m³)
3,9 Gew.-% von wasserfreien (geschmolzenen)
Natriumtetraborat (Reinheit = 99%), in Form einer 8%-igen wässrigen Lösung.
Eine Mischung wird gründlich gemischt, geformt zu einem Gegenstand und dann erhitzt auf 900° für 15 Minuten. Der hergestellte Gegenstand besitzt eine Schüttdichte von 597 kg/m³; Druckfestigkeit von 3,59 MPa und der Wert der thermischen Leitfähigkeit ist λ = 0.099 W/m.deg.
Beispiel 4:
Eine Mischung wird hergestellt bestehend aus:
96,9 Gew.-% Bimsstein (Teilchengröße zwischen 0–3 mm, Schüttdichte = 645 kg/m³)
3,1 Gew.-% von wasserfreien (geschmolzenen)
Natriumtetraborat (Reinheit = 99%).
Eine ausreichende Menge Wasser wird zugegeben zu einer Mischung, gründlich gemischt, geformt zum Gegenstand und die Form wird erhitzt auf 650° für 30 Minuten. Der hergestellte Artikel besitzt eine Schüttdichte von 631 kg/m³; Druckfestigkeit von 1,74 MPa und der Wert der thermischen Leitfähigkeit ist λ = 0.189 W/m.deg.
Beispiel 5:
Eine Mischung wird hergestellt bestehend aus:
96,8 Gew.-% Bimsstein (Teilchengröße zwischen 0–3 mm, Schüttdichte = 645 kg/m³)
3,2 Gew.-% von Natriumtetraboratdecahydtat (Reinheit = 99,5%).
Eine ausreichende Menge von Wasser wird zu der zu formenden Mischung zum Gegenstand zugegeben, gründlich gemischt, geformt zum Gegenstand und die Form wird erhitzt auf 825° für 10 Minuten. Der hergestellte Artikel besitzt eine Schüttdichte von 603 kg/m³; Druckfestigkeit von 2,16 MPa und der Wert der thermischen Leitfähigkeit ist λ = 0.175 W/m.deg.
Beispiel 6:
Eine Mischung wird hergestellt bestehend aus:
93,4 Gew.-% Bimsstein (Teilchengröße zwischen 0–3 mm, Schüttdichte = 645 kg/m³)
6,6 Gew.-% von gemahlenen Tincalconitkonzentrat (B₂O₃ Gehalt = 32%), in Form von 20 Gew.-% wässrigen Schlamms).
Die Mischung wird gründlich gemischt, geformt zum Gegenstand und die Form wird erhitzt auf 825°C für 30 Minuten. Der hergestellte Artikel besitzt eine Schüttdichte von 625 kg/m³; Druckfestigkeit von 2,96 MPa und der Wert der thermischen Leitfähigkeit ist λ = 0.189 W/m.deg.
Durch die Erfindung wurde dargestellt und beschrieben mit Bezug zu allen spezifischen Merkmalen in Verbindung mit den erhaltenen Gegenständen, ist zu verstehen, das Veränderungen von gewissen Merkmalen, welche nicht verändern die Gesamtfunktion und die Idee der Erfindung, können Abweichungen eintreten im Geltungsbereich der Erfindung, wie definiert in den Ansprüchen.

Claims

Verfahren zur Bildung eines Materials, das in wesentlichen aus den folgenden Schritten besteht: (a) Bilden einer Mischung, die aufweist: ein Mineral in der Menge von mindestens 90 Gew.-%, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die expandiertes Perlit, Bimsstein, mit Bimsstein verwandte Materialen, Blähtone, Blähglimmer, Blähphlogopit oder eine Kombination daraus enthält, ein Bindemittel, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Kerniterz, Kernitkonzentrat, Tincalconiterz, Tincalconitkonzentrat, Boraxerz, Boraxkonzentrat, Natriumtetrabiratpentahydrat, Natriumtetraboratdecahydrat, wasserfreies Natriumtetraborat, eine Mischung aus Natriumhydroxid und Borsäure oder eine Mischung aus Natriumcarbonat oder jede Kombination daraus enthält, in Trockenpulverform, als Lösung oder als wässrige Schlämme, die Na₂O und B₂O₃ in einer Menge unter 10 Gew.-% enthält, um eine verstärkte dauerhafte Bindung in der Struktur beim Erwärmen zu bilden; (b) Formen der Mischung in die gewünschte Form durch Zugeben einer ausreichenden Wassermenge; (c) Erwärmen der geformten Mischung unter eng gesteuerter Temperatur auf eine Temperatur zwischen 650 und 950°C.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Teilchengrößenbereich für expandiertes Perlit 0 bis 6 mm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Teilchengrößenbereich für Bimsstein 0 bis 30 mm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Teilchengrößenbereich für mit Bimsstein verwandte Materialien 0 bis 30 mm beträgt.
Produkt, das nach Anspruch 1 bis 4 hergestellt ist.