DE602004012111T2

DE602004012111T2 - Ein phosphatbindemittel enthaltende zusammensetzung und deren herstellung

Info

Publication number: DE602004012111T2
Application number: DE200460012111
Authority: DE
Inventors: Pakiza Mohammad
Original assignee: XEXOS Ltd KINSEALY; Xexos Ltd
Current assignee: XEXOS Ltd KINSEALY; Xexos Ltd
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2024-07-08
Also published as: EP1646594A1; ES2302539T3; US20090155574A1; US7517402B2; US20040234595A1; PL1646594T3; ATE387414T1; WO2005003056A1; EP1646594B1; DE602004012111D1; US7736429B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung umfassend ein anorganisches Bindemittel, genauer ein anorganisches Phosphatbindemittel.
Anorganische Phosphatbindemittel sind bereits in der Vergangenheit vorgeschlagen worden.
Zum Beispiel wurde in der früheren Patentanmeldung WO9903797 in Namen der Metal Chemical und Haji Anas eine polymere Matrix offenbart, wobei diese Matrix ein durch Mischen einer wässrigen Lösung von Alkalimetallsilikat mit einem reaktiven, kieselerde- und tonerdehaltige Rohmaterialien umfassenden Pulver hergestelltes Bindemittel umfasst. Eine Polymerisationszeit von mehr als einer Stunde ist jedoch zum Erreichen einer ausreichenden Härtung der Matrix erforderlich.
In US 6 139 619 ist ebenfalls vorgeschlagen worden, ein Bindemittel durch Mischen von wasserlöslichem Silikat mit einem wasserlöslichen amorphen anorganischen Phosphatglas in einem wässrigen Medium zu bilden. Das Härten dieses Bindemittels erfordert das Entfernen von Wasser durch Wärmebehandlung.
In US 4 375 551 wurde eine saure Lösung durch Mischen von Al₂O₃·3H₂O mit Phosphorsäure hergestellt und die saure Lösung dann mit Calciumsilikat gemischt. Das so erhaltene Bindemittel hatte nach seiner Härtung schlechte mechanische Festigkeit.
Bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist das vorteilhafterweise verwendete Bindemittel wie in WO 03/031366 der Anmelder offenbart.
Das Bindemittel aus WO 03/031366 kann innerhalb eines Zeitraums von weniger als 10 min ausreichend gehärtet werden und hat ausgezeichnete mechanische Eigen schaften. Wie in diesem Dokument festgestellt, kann das Bindemittel mit verschiedenen Füllstoffen gemischt werden.
Es ist nun beobachtet worden, dass es unter Verwendung spezieller Füllstoffe, insbesondere einer Kombination spezieller Füllstoffe, möglich ist, die mechanischen Eigenschaften der Mischung Bindemittel/Füllstoff(e) und/oder das endgültige Erscheinungsbild der Zusammensetzung nach ihrer Härtung und/oder die Feuerbeständigkeit der Zusammensetzung zu verbessern bzw. zu steigern. Zum Beispiel ist beobachtet worden, dass die Aufquellung des Produkts nach Wasserabsorption verhindert werden konnte.
Die vorliegende Erfindung betrifft damit eine Verbesserung des anorganischen Bindemittels der früheren Anmeldung WO 03/031366 der Anmelder, die durch Calciumsilikat-Bindungsstellen gekennzeichnet ist, die miteinander über Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen verbunden sind.
Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung umfassend mindestens:

– ein anorganisches Bindemittel mit Calciumsilikat-Bindungsstellen, die miteinander durch Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen verbunden sind, wobei die Calciumsilikat-Bindungsstellen als Vernetzungsstellen für Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen mit einem Gewichtsverhältnis von Al₂O₃ zu SiO₂ vorteilhafterweise im Bereich von 0,3:1 und 10:1, vorzugsweise von 0,6:1 und 6:1 vorliegen, und
– siliciumhaltige Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm, wobei der Gewichtsgehalt der siliciumhaltigen Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm in der Zusammensetzung nach deren Härtung und nach Entfernung möglichen freien Wassers mindestens 0,5% (d. h. Trockengewichtsgehalt) beträgt.

Es ist beobachtet worden, dass das Vorliegen von mindestens 0,5 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 1 Gew.-% an siliciumhaltigen Fasern, vorteilhafterweise nicht oder im wesentlichen nicht mit dem Bindemittel reagierenden siliciumhaltigen Fasern, es ermöglichte, die Bildung von Rissen an der Oberfläche sowie vorteilhafterweise auch im Innern der gehärteten Zusammensetzung zu verhindern, sogar wenn die gehärtete Zusammensetzung eine starke Dicke, wie zum Beispiel eine Dicke von mehr als 2 mm, vorteilhafterweise von mehr als 5 mm, hatte, wie eine zwischen 10 mm und 50 mm liegende Dicke.
Vorteilhafterweise umfasst die Zusammensetzung siliciumhaltige Fasern mit einer durchschnittlichen (an Gewicht) Länge von weniger als 500 μm, wobei der Gewichtsgehalt an siliciumhaltigen Fasern mit einer Durchschnittslänge von weniger als 500 μm in der Zusammensetzung nach deren Härtung und nach Entfernen möglichen freien Wassers (freies Wasser ist in der Zusammensetzung, wie zum Beispiel in der gehärteten Zusammensetzung, vorliegendes Wasser, das aber in einem Trocknungsschritt bei einer Temperatur von 100°C entfernt werden kann) mindestens 0,5% (d. h. Trockengewichtsgehalt) beträgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung siliciumhaltige Fasern mit einer durchschnittlichen (an Gewicht) Länge von mehr als 10 μm, vorteilhafterweise von mehr als 20 μm, vorzugsweise zwischen 25 μm und 300 μm, am meisten bevorzugt zwischen 50 μm und 250 μm liegend.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind siliciumhaltige Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm, vorteilhafterweise mit einer durchschnittlichen (an Gewicht) Länge von weniger als 500 μm, im wesentlichen nicht reaktiv mit dem Bindemittel, vorzugsweise nicht reaktiv mit dem Bindemittel, d. h. sie wirken als reiner Füllstoff. Im wesentlichen nicht reaktive siliciumhaltige Fasern sind Fasern, die dadurch gekennzeichnet sind, dass weniger als 10 Gew.-%, vorteilhafterweise weniger als 5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 1 Gew.-%, am meisten bevorzugt 0,5 Gew.-% der siliciumhaltigen Fasern zum Erzeugen von zum Beispiel einer oder mehrerer chemischer Bindungen zwischen den Fasern und dem Bindemittel mit dem Bindemittel chemisch umgesetzt werden.
Gemäß den Ausführungsformen umfasst die Zusammensetzung nach Härtung und Entfernung freien Wassers zwischen 1 bis zu 85% Gew.-%, vorteilhafterweise zwischen 2 bis 75 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 20 bis 65 Gew.-%, mehr bevorzugt zwischen 30 bis 60 Gew.-% siliciumhaltige Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm, vorteilhafterweise mit einer durchschnittlichen (an Gewicht) Länge von weniger als 500 μm.
Siliciumhaltige Fasern sind zum Beispiel möglicherweise behandelte Naturfasern, synthetische Fasern, mineralische Fasern und Mischungen davon. Naturfasern sind bevorzugt, wie zum Beispiel Holzfasern, Strohfasern, Reisspreu oder Kleiefasern und Mischungen davon. Die Naturfasern werden vorteilhafterweise wärmebehandelt, zum Beispiel bei einer Temperatur von höher als 400°C, wie zum Beispiel bei einer Temperatur von höher als 700°C oder 800°C, vorteilhafterweise in einer an Stickstoff reichen Atmosphäre oder einer Stickstoffatmosphäre. Die Wärmebehandlung wird vorteilhafterweise nach einem Trocknungsschritt durchgeführt. Reiskleie oder Reisspreu sind bevorzugte in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendete siliciumhaltige Fasern, wobei die Fasern vorteilhafterweise entfettet und getrocknet sind. Wenn die Fasern in Stickstoffgas gebrannt und karburiert werden, werden keramische Reiskleiefasern erzeugt. Möglicherweise wird etwas phenolisches Harz vor dem Brenn- und Karburierungsschritt zu der Reiskleie oder der Reisspreu gegeben. Möglicherweise kann das phenolische Harz mit Reiskleie zur Herstellung oder Bildung von Fasern oder Filamenten enthaltender Reiskleie gemischt werden, wobei die letzteren Fasern oder Filamente nach dem Trocknen karburiert und gebrannt werden (zum Beispiel bei einer Temperatur von 300 bis 1100°C während einer zur Bildung von keramischen Fasern und Filamenten ausreichenden Zeit). Die siliciumhaltigen Fasern sind vorteilhafterweise keramische siliciumhaltige Fasern. Solche Fasern, speziell keramische Reiskleiefasern, haben eine hohe Festigkeit, eine große Härte, eine geringe Dichte, eine geringe Reibung (hierdurch können die Fasern leicht aneinander entlang gleiten, wodurch der Mischschritt erleichtert wird).
Siliciumhaltige Fasern werden vorteilhafterweise mit einem abweisenden Mittel behandelt, wie zum Beispiel einer wasserabweisenden Beschichtung von weniger als 10 μm. Diese Beschichtung ist zum Beispiel eine Fluorsilan-Beschichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung ferner Quarzmehl mit einer Partikelgröße von weniger als 500 μm, vorteilhafterweise zwischen 2 bis 400 μm liegend, wobei der Gewichtsgehalt an Quarzmehl in der Zusammensetzung nach ihrer Härtung und nach Entfernung möglichen freien Wassers mindestens 0,5% beträgt. Der Quarzmehlgehalt ist vorteilhafterweise zwischen 1 und 10 Gew.-% der Zusammensetzung nach ihrer Härtung und Entfernung des freien Wassers (Wasser, das durch einen Erwärmungsschritt bei einer Temperatur von 100°C entfernt werden kann) liegend (d. h. Trockengewichtsgehalt).
Vorzugsweise umfasst die Zusammensetzung Quarzmehl mit einer durchschnittlichen (an Gewicht) Partikelgröße zwischen 2 und 100 μm, vorteilhafterweise zwischen 5 und 60 μm, vorzugsweise zwischen 10 bis 50 μm liegenden Partikelgröße, wobei der Gewichtsgehalt an Quarzmehl in der Zusammensetzung nach ihrer Härtung und nach Entfernung möglichen freien Wassers zwischen 1 und 10%, vorteilhafterweise zwischen 2 und 8% liegend ist.
Gemäß einer spezielleren Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung mit oder ohne (vorteilhafterweise mit) Quarzmehl ferner kristallisierte Tonerdesilikat-Partikel, die im wesentlichen nicht reaktiv mit dem Bindemittel sind und die eine durchschnittliche (an Gewicht) zwischen 5 bis 100 μm liegende Teilchengröße haben, wobei der Gewichtsgehalt von kristallisiertem Tonerdesilikat in der Zusammensetzung nach Härtung und nach Entfernung möglichen freien Wassers zwischen 1 bis 10%, vorteilhafterweise zwischen 2 bis 8% liegend ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das in den Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen vorliegende Gewichtsverhältnis von Calciumsilikatstellen zu SiO₂ größer als 1, vorzugsweise größer als 1,5.
Vorteilhafterweise sind die Calciumsilikatstellen Calciummetasilikatstellen mit einer im wesentlichen nadelförmigen Beschaffenheit mit einem Verhältnis Länge zu Durchmesser von 2:1 bis 50:1, vorteilhafterweise von 3:1 bis 20:1.
Vorzugsweise haben die Calciummetasilikatstellen eine durchschnittliche Länge (durchschnittlich an Gewicht) von 10 μm bis 10 mm, vorteilhafterweise von 50 μm bis 5 mm, wie zum Beispiel 100 μm, 300 μm und 500 μm.
Die Calciumsilikatstellen wirken vorzugsweise als Vernetzungsstellen für Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen.
Gemäß einer Ausführungsform haben die Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen ein Verhältnis von Al₂O₃ zu SiO₂ im Bereich von 0,3:1 und 10:1, vorteilhafterweise von 0,6:1 und 6:1.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Gewichtsverhältnis von Calciumsilikatstellen zu Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen zwischen 0,1 und 1,1 liegend, vorteilhafterweise zwischen 0,3 und 0,9, vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,7.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann auch einen oder mehrere Füllstoffe und/oder verstärkte Materialien enthalten.
Beispiele von Füllstoffen oder verstärkten Materialien, die mit dem Bindemittel vor oder während seiner Herstellung, vor oder während seiner Härtung gemischt werden können, sind

– Abfallmaterialien, wie zum Beispiel feinverteiltes Abfallmaterial wie zum Beispiel Brennstoffasche, Flugasche, Abfall von Baumaterialien, etc.,
– flockenartige Materialien wie Glimmererde etc.,
– Quarzsand, Quarzmehl,
– Färbemittel oder -materialien, wie anorganische Färbemittel, Pigmente etc.,
– Zellulose und/oder Fasern auf Proteinbasis wie Naturfasern, Flachs, Hackschnitzel, Stroh, Hanf, Wollfasern etc.,
– synthetische Fasern wie zum Beispiel organische synthetische Fasern, anorganische synthetische Fasern wie zum Beispiel Polyester, Polypropylen, Glas- und Keramikfasern etc.,
– natürliche oder synthetische organische Abfallmaterialien von Grundstoffen wie Sägemehl, Reisspreu, Stroh und rezyklierte organische Abfälle,
– natürliche Fasern mineralischen Ursprungs,
– natürliches, möglicherweise behandeltes Material (zum Beispiel wärmebehandelt) wie Perlit, Vermiculit, etc.,
– etc.,
– Mischungen von einem oder mehreren der obigen Füllstoffe.

Spezielle Beispiele möglicher Füllstoffe sind:

– Reisspreu,
– rezyklierter Abfall von Pappkartons,
– zerfetztes Papier,
– Gemisch aus Reisspreu/zerfetztem Papier,
– Reisspreu + rezyklierter Abfall von Pappkartons,
– Tannennadeln,
– laminierte Bestandteile wie Wabenpappe, normaler Pappkarton etc.,
– Pigmente.

Zusatzstoffe können zu dem Bindemittel vor und während seiner Herstellung sowie vor oder während seiner Härtung gegeben werden, solche Zusatzstoffe sind zum Beispiel:

– Schaummittel wie Wasserstoffperoxid, organisches Peroxid, etc.,
– Mittel zur Viskositätssteuerung wie Superweichmacher,
– Material zur Verbesserung der Undurchlässigkeit oder der Wasserabweisung wie Lignosulfonate und Quarzrauch,
– etc.

Gemäß einer Ausführungsform werden im wesentlichen alle Tonerde-Kieselerde-Stellen des anorganischen Bindemittels durch Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen miteinander verbunden.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann zum Aneinanderhängen von zwei Elementen, z. B. als Klebstoff, hitzebeständiger Klebstoff oder als Dichtungsmittel, verwendet werden.
Die Zusammensetzung ist zur Herstellung eines Produkts oder einer Schicht mit einem leichten Gewicht (wie einem Gewicht von 70 bis 140 kg/m³) oder einem schweren Gewicht (wie einem Gewicht von 2000 kg/m³ oder sogar mehr) geeignet. Erfindungsgemäße Produkte oder Schichten haben starke mechanische Eigenschaften, wie eine Kompressionsfestigkeit von mehr als 40 N/mm², eine Biegefestigkeit von mehr als 10 N/mm², etc.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Produkt, das mindestens teilweise aus einer erfindungsgemäßen, wie oben offenbarten gehärteten Zusammensetzung hergestellt oder mindestens teilweise mit einer solchen assoziiert ist, sowie auch ein Produkt umfassend mindestens eine gehärtete Schicht umfassend ein anorganisches Bindemittel wie in PCT/BE03/00121 offenbart. Zum Beispiel kann das Produkt eine mit einer Beschichtungsschicht mit einer Stärke von zum Beispiel 0,1 bis 10 mm oder sogar mehr ausgestattete Auflage sein. Das Produkt kann ebenfalls die Form eines laminierten Produkts haben, mit einer inneren oder einer äußeren aus einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellten Schicht, wobei die innere oder die äußere Schicht zum Beispiel eine Stärke von 0,5 mm bis 100 mm oder sogar mehr hat.
Das in PCT/BE03/00121 offenbarte Bindemittel ist ein durch miteinander über Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen verbundene Calciumsilikatstellen gekennzeichnetes anorganisches Bindemittel. Vorteilhafterweise sind die Calciumsilikatstellen Calciummetasilikatstellen mit einer im wesentlichen nadelförmigen Beschaffenheit mit einem Verhältnis Länge zu Durchmesser von 2:1 bis 50:1, vorteilhafterweise vom 3:1 bis 20:1. Vorzugsweise haben die Calciummetasilikatstellen eine durchschnittliche Länge von 10 μm bis 10 mm, vorteilhafterweise von 50 μm bis 5 mm. Die Calciumsilikatstellen wirken vorzugsweise als Vernetzungsstellen für Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen. Gemäß einer Ausführungsform haben die Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen ein Gewichtsverhältnis von Al₂O₃ zu SiO₂ im Bereich von 0,3:1 und 10:1, vorteilhafterweise von 0,6:1 und 6:1. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Gewichtsverhältnis von Calciumsilikatstellen zu Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen zwischen 0,1 und 1,1, vorteilhafterweise zwischen 0,3 und 0,9, vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,7.
Das Bindemittel ist zur Herstellung eines Produkts mit einem leichten Gewicht (wie einem Gewicht von 70 bis 140 kg/m³) oder einem schweren Gewicht (wie einem Gewicht von 2000 kg/m³ oder sogar mehr) mit starken mechanischen Eigenschaften geeignet, wie einer Kompressionsfestigkeit von mehr als 40 N/mm², einer Beugefestigkeit von mehr als 10 N/mm² etc.
Erfindungsgemäße Produkte haben starke mechanische, wie eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften (vorzugsweise mehrere der Eigenschaften): Kompressionsfestigkeit von mehr als 40 N/mm², Beugefestigkeit von mehr als 10 N/mm², sehr geringe Verbrennungswärme (weniger als 500 kJ/kg, vorteilhafterweise weniger als 100 kJ/kg, verwendetes Verfahren: ASTM D 2015 und BS EN ISO 1716), ein hohes Bruchmodul (wie mehr als 10 MPa, zum Beispiel zwischen 12 und 20 MPa, Analyseverfahren: NBN EN 196-1), eine hohe Kompressionsfestigkeit (mehr als 50 MPa, wie von 70 bis 100 MPa, Analyseverfahren; NBN EN 196-1), ein hohes Young-Modul (mehr als 5000 MPa, wie zwischen 8000 und 15000 MPa, Analyseverfahren: NBN EN 196-1), fehlendes Ausquellen sogar bei Wasserabsorption von 10% bis zu 30% in Abhängigkeit von der Porosität etc.
Erfindungsgemäße Produkte können als Isoliermaterialien (als Platten, Folien, Granula etc.), Feuerschutzmaterial, Wärmeschutzmaterial, Schutzmaterial in der Chemie, Baumaterial (wie Backsteine, Beton etc.), zur Herstellung von Gussformen, als Modellier-, Guss- und Formprodukte, Dachziegel, Bedachungsfolien, Beschich tungsschichten, Innenschichten, laminierte Produkte, Metallprofil, Aluminiumprofil, Stahlprofil, Metallband oder -blech, flexible Membran, Polyethylengewebe, Polymerschicht (Polyurethan, Latex, etc.) etc. verwendet werden. Spezielle Beispiele sind:
Bedachungsfolien, Isolierplatten, Oberflächenbeschichtungsmaterial, abnutzungsbeständige Fliesen, Bauelemente von hoher Festigkeit, feuer- und wärmebeständige Elemente, adhäsives Material, Abdichtungsmittel, Schieferplatten, laminierte Elemente, Fugenmassen, Feuerfestprodukte, Mineralfasern, etc.
Die Erfindung betrifft genauer ebenfalls ein mindestens zum Teil aus einer wie oben offenbarten gehärteten erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestelltes oder ein mindestens zum Teil mit einer solchen assoziiertes Produkt. Zum Beispiel kann das Produkt eine mit einer Beschichtungsschicht mit einer Stärke von zum Beispiel 1 bis 10 mm oder sogar mehr ausgestattete Auflage sein.
Das Produkt kann auch die Form eines laminierten Produkts haben, wobei eine Innenschicht aus einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellt ist, wobei die Innenschicht zum Beispiel eine Stärke von 5 mm bis zu 100 mm oder sogar mehr hat.
Gemäß einer Ausführungsform bedeckt die gehärtete Schicht mindestens teilweise eine Fläche eines Auflageelements. Eine oder mehrere Fläche(n) der Auflage können mit einer gehärteten Schicht ausgestattet werden. Die Stärke der Schicht ist vorteilhafterweise unter 10 mm, wie unter 5 mm, wie 4 mm, 3 mm, 2 mm, 1 mm, 500 μm, 250 μm, 100 μm, in Abhängigkeit von den benötigten Eigenschaften.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform bedeckt die gehärtete Schicht mindestens teilweise eine Fläche der Auflage umfassend einen Kern, der einem Aufquellen in Wasser unterworfen werden kann. Es ist beobachtet worden, dass es bereits durch Beschichtung einer Fläche einer Platte (die einem Aufquellen in Wasser unterworfen werden kann) mit einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung nach deren Härtung möglich war, sogar nach Eintauchen in Wasser bei 20°C während 72 h ein Produkt mit reduzierter Aufquellung zu erhalten. An handelsüblich erhältlichen, eine Aufquellung von 37% nach Eintauchen in Wasser bei 20°C während 72 h aufweisendem Holzfaserverbundwerkstoff durchgeführte Test zeigten, dass es durch Ausstattung einer oder mehreren Flächen des Materials mit einer dünnen gehärteten Schicht der erfindungsgemäßen Zusammensetzung möglich ist, die Aufquellung auf weniger als 10%, vorteilhafterweise auf weniger als 6%, vorzugsweise auf weniger als 2% zu reduzieren.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform wird eine mindestens teilweise nicht mit einer erfindungsgemäßen gehärteten Schicht überzogene Fläche mit einer wasserabweisenden Beschichtung, vorteilhafterweise einer Silicium enthaltenden wasserabweisenden Beschichtung wie einer Fluorsilicium-Beschichtung (Fluorsilan etc., wie Fluorsilan von 3M als wasserabweisend vermarktetes Mittel, wie zum Beispiel das Produkt Scotchgard^®) ausgestattet.
Die Stärke der wasserabweisenden Beschichtung ist vorteilhafterweise geringer als 500 μm, wie weniger als 250 μm, vorzugsweise weniger als 150 μm, mehr bevorzugt weniger als 100 μm, zum Beispiel weniger als 50 μm oder sogar noch weniger, wie weniger als 20 μm oder sogar weniger als 10 μm.
Gemäß einer spezielleren Ausführungsform werden im wesentlichen alle nicht mit einer gehärteten Schicht überzogenen Flächen mit einer wasserabweisenden Beschichtung ausgestattet.
Gemäß einer Ausführungsform hat die Auflage zwei im wesentlichen parallele Flächen (Ober- und Unterseiten oder Hauptflächen, Vorder- und Rückseiten) die miteinander durch Seitenflächen verbunden sind, wobei die Seitenflächen (Ober-/Unter- oder Vorder-/Rückseiten) eine höhere Wasserdurchlässigkeit haben als die beiden im wesentlichen parallelen Flächen. In dieser Ausführungsform werden die Seitenflächen der Auflage mit einer wasserabweisenden Beschichtung ausgestattet. Die wasserabweisende Beschichtung dieser Seitenflächen bedeckt ebenfalls mindestens einen Teil der Vorder-/Rückseiten entlang ihren Rändern oder mindestens einen den Rändern der Vorder- und Rückseiten benachbarten Teil der gehärteten Schicht. Die wasserabweisende Beschichtung kann vor und/oder nach Ausstattung der Auflage mit der erfindungsgemäßen ausgehärteten Beschichtung durchgeführt werden.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Ziel ist ein Kit zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung, wobei der Kit umfasst:

– einen wasserunlösliches Calciumsilikat, siliciumhaltige Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm und möglicher- aber vorteilhafterweise auch Quarzmehl mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von weniger als 500 μm enthaltenden Behälter oder Beutel, und
– einen oder mehrere Verbindungen zur Herstellung einer sauren Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung oder eine Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung, in der die Kieselerde gelöst ist, wobei der bei 20°C gemessene pH-Wert der Lösung niedriger als 1,5, vorteilhafterweise niedriger als 1, vorzugsweise niedriger als 0,5 ist, enthaltenden Behälter oder Beutel.

Es ist beobachtet worden, dass die Vormischung von wasserunlöslichem Calciumsilikat mit siliciumhaltigen Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm in einer Form vorlag, die ein einfaches und rasches Mischen mit einer sauren Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung ermöglichte.
Das wasserunlösliche Calciumsilikat, die siliciumhaltigen Fasern, das Quarzmehl wie im Kit verwendet, haben vorteilhafterweise eine oder mehrere hier in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung offenbarte Charakteristika.
Die Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung hat vorteilhafterweise ein Gewichtsverhältnis von Al₂O₃ zu SiO₂ im Bereich von 0,3:1 und 10:1, vorzugsweise von 0,6:1 und 6:1.
Der Kit umfasst ferner vorteilhafterweise einen Behälter mit einer ein wasserabweisendes Mittel enthaltenden Zusammensetzung, vorteilhafterweise in Form einer Lösung, vorzugsweise einer gebrauchsfertigen Lösung. Eine solche Zusammen setzung ist zum Beispiel eine als wasserabweisendes Mittel Silan, vorzugsweise ein Fluorsilan, enthaltende Lösung auf Wasser- oder Lösungsmittelbasis.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung, worin die Bindemittelmischung durch Mischen von wasserunlöslichen Calciumsilikat-Partikeln mit einer sauren Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung bei einer Temperatur von unter 50°C hergestellt wird, wobei die saure Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung gelöstes SiO₂ umfasst und einen pH-Wert von unter 2, vorteilhafterweise von unter 1,5, vorzugsweise einen zwischen 0,5 und 1,5 liegenden pH-Wert hat, worin die Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung ein Gewichtsverhältnis von Al₂O₃ zu SiO₂ vorteilhafterweise im Bereich von 0,3:1 und 10:1, vorzugsweise von 0,6 und 6:1 hat, worin siliciumhaltige Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm vor oder während des Mischens der wasserunlöslichen Silikatpartikel mit einer sauren Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung mit wasserunlöslichen Calciumsilikat-Partikeln gemischt werden und/oder worin siliciumhaltige Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm mit der Bindemittelmischung vor deren vollständiger Härtung gemischt werden.
Vorzugsweise wird die Bindemittelmischung zuerst hergestellt und es werden dann die siliciumhaltigen Fasern zugegeben. Diese Zugabe wird durchgeführt, wenn die Bindemittelmischung noch ausreichend flüssig oder unter Schwerkraft gießfähig ist. Möglicherweise kann zur Steuerung der Viskosität vor und/oder während der Zugabe der Fasern Wasser zugegeben werden. Möglicherweise werden die siliciumhaltigen Fasern vor der Zugabe zu der Bindemittelmischung vorbefeuchtet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird vor oder während des Mischens der wasserunlöslichen Silikatpartikel mit einer sauren Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung und/oder zu der Bindemittelmischung vor ihrer vollständigen Härtung Quarzmehl zu den wasserunlöslichen Calciumsilikat-Partikeln gegeben, wobei dessen Zugabe vor, während oder nach der Zugabe der siliciumhaltigen Fasern erfolgt.
Vorzugsweise werden die siliciumhaltigen Fasern und das Quarzmehl vor ihrer Zugabe zu der sauren Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung oder zu der Bindemittelmischung vorgemischt. Gemäß einer möglichen Ausführungsform werden die unlöslichen Calciumsilikat-Partikel, die siliciumhaltigen Fasern und das Quarzmehl vor ihrer Zugabe zu und ihrer Mischung mit der sauren Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung vorgemischt.
Vorteilhafterweise ist das Gewichtsverhältnis der in der Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung vorliegenden wasserunlöslichen Calciumsilikat-Partikel zu gelöstem SiO₂ größer als 1, vorzugsweise größer als 1,5.
Vorzugsweise wird das Härten des Bindemittels bei einer zwischen 0°C und 50°C liegenden Temperatur, wie vorteilhafterweise zwischen 10 und 30°C durchgeführt.
Die Zusammensetzung wird vorzugsweise unter Druck gehärtet, wie zum Beispiel unter einem zwischen 2 × 10⁵ Pa und 100 × 10⁵ Pa, zum Beispiel 5 × 10⁵ Pa, 10⁶ Pa, 2 × 10⁶ Pa etc. liegendem Druck.
Die Menge des zu der sauren Kieselerde-Tonerde-Phosphatlösung gegebenen Calciumsilikats ist vorteilhafter so, dass das in der sauren Lösung vorliegende Gewichtsverhältnis von Calciumsilikat zu SiO₂ zwischen 1 und 5 liegend ist, vorteilhafterweise zwischen 1,5 und 3,5.
Vorzugsweise ist die Menge des zu der sauren Kieselerde-Tonerde-Phosphatlösung gegebenen Calciumsilikats so, dass das in der sauren Lösung vorliegende Gewichtsverhältnis von Calciumsilikat zu SiO₂ größer als 2 ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die zur Herstellung der sauren Kieselerde-Tonerde-Phosphatlösung verwendete Kieselerde präzipitierte Kieselerde.
Die saure Tonerde-Kieselerde-Lösung hat vor ihrer Mischung mit den unlöslichen Calciumsilikat-Partikeln vorteilhafterweise einen pH-Wert von weniger als 2, vorzugsweise weniger als 1,5, zum Beispiel einen zwischen 0,1 und 1,5, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 liegenden pH-Wert. Der saure pH-Wert wird voteilhafterweise unter Verwendung von Phosphorsäure oder einer Mischung von Säuren erhalten, die mindestens Phosphorsäure enthält. Vorzugsweise wird im wesentlichen nur Phosphorsäure als Mineralsäure verwendet, am meisten bevorzugt als Säure zum Senken des pH-Werts der Lösung auf unter 2.
Die Calciumsilikat-Partikel sind vorteilhafterweise Calciummetasilikat-Partikel mit einer im wesentlichen nadelförmigen Beschaffenheit mit einem Verhältnis Länge zu Durchmesser zwischen 2:1 bis 50:1, vorteilhafterweise zwischen 3:1 bis 20:1.
Die Calciummetasilikat-Partikel haben vorzugsweise eine durchschnittliche Länge von 10 μm bis 10 mm, vorteilhafterweise zwischen 50 μm bis 5 mm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wirken die Calciumsilikat-Partikel als Vernetzungsstellen für die Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen. Die Gegenwart von unlöslichen Calciumsilikat-Partikeln scheint ebenfalls die Bildung von Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen zu katalysieren.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat die Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung vorteilhafterweise ein Gewichtsverhältnis von Al₂O₃ zu SiO₂ im Bereich zwischen 0,3:1 und 10:1, vorzugsweise zwischen 0,6:1 und 6:1.
Zum Beispiel ist das Gewichtsverhältnis von Calciumsilikat-Partikeln zu Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung zwischen 0,1 und 1,1, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,9, am meisten bevorzugt zwischen 0,4 und 0,7 liegend.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren können verschiedene Füllstoffe und/oder verstärkte Materialien mit den Calciumsilikat-Partikeln vor deren Mischung mit der Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung gemischt werden und/oder es wird ein Füllstoff und/oder ein verstärktes Material zu der Mischung aus Calciumsilikat/Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung vor oder während deren Härtung gemischt.
Beispiele von Füllstoffen oder verstärkten Materialien, die mit der Zusammensetzung oder ihrem Bindemittel vor und während ihrer Herstellung, vor oder während ihrer Härtung vermischt werden können, sind:

– Abfallmaterialien, wie feinverteilte Abfallmaterialien wie zum Beispiel Brennstoffasche, Flugasche, Abfall von Baumaterialien, etc.,
– flockenförmige Materialien wie Glimmererde, etc.,
– Quarzsand, Quarzmehl,
– Färbemittel oder -materialien, wie anorganische Färbemittel, Pigmente etc.,
– Zellulose und/oder Fasern auf Proteinbasis, wie Naturfasern, Flachs, Hackschnitzel, Stroh, Hanf, Wollfasern, etc.,
– synthetische Fasern wie organische synthetische Fasern, anorganische synthetische Fasern, wie Polyester, Polypropylen, Glas- und Keramikfasern, etc.
– natürliche und synthetische organische Abfälle von Grundstoffmaterialien wie Sägemehl, Reisspreu, Stroh und rezyklierter organischer Abfall,
– natürliche Fasern mineralischen Ursprungs,
– natürliche, möglicherweise behandelte (zum Beispiel wärmebehandelte) Materialien wie Perlit, Vermiculit, etc.,
– etc.

Zusatzstoffe können zu der Zusammensetzung oder ihrem Bindemittel vor und während ihrer Herstellung, vor und während ihrer Härtung gegeben werden, wobei Beispiele solcher Zusatzstoffe sind:

– Schaummittel, wie Wasserstoffperoxid, organisches Peroxid, etc.,
– Mittel zur Viskositätssteuerung, wie Superweichmacher,
– Material zur Verbesserung der Undurchlässigkeit oder der Wasserabweisung wie Lignosulfonate und Quarzrauch,
– etc.

Möglicherweise können Zusatzstoffe oder Füllstoffe während oder nach der Härtung, zum Beispiel nach einer teilweisen Härtung, zum Beispiel zur Herstellung einer Deckschicht zugegeben werden.
Das Bindemittel der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird unter Verwendung einer sauren Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung hergestellt, wobei die Lösung vorteilhafterweise durch Umsetzen von Alumiumoxid-Pulver (Größe vorteilhafterweise geringer als 50 μm, vorzugsweise geringer als 30 μm, zum Beispiel zwischen 5 bis 25 μm) mit einer Reinheit von mehr als 95%, vorzugsweise mehr als 99%, Kieselerde-Pulver (Größe vorteilhafterweise geringer als 50 μm, vorzugsweise geringer als 30 μm, zum Beispiel zwischen 10 bis 25 μm) mit einer Reinheit von mehr als 95%, vorzugsweise mehr als 99%, und Phosphorsäure als wässrige Phosphorsäure oder in Gegenwart eines wässrigen Medium hergestellt wird. Die Phosphorsäure hat vorzugsweise eine Reinheit von mehr als 95%, mehr bevorzugt von mehr als 99%. Phosphorsäure ist in verschiedenen Konzentrationen erhältlich. Vorzugsweise soll die Phosphorsäure eine wässrige Phosphorsäurelösung mit einer Phosphorsäure-Konzentration von mehr als 75%, vorzugsweise von mehr als 85% sein. Vorzugsweise wird das Kieselerde-Pulver zuerst mit der Phosphorsäure gemischt und dann die Tonerde-Partikel zugegeben.
Die saure Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung enthält möglicherweise einige weitere Säuren, wie eine organische Säure, eine starke Mineralsäure, etc., in diesem Fall ist jedoch der Gehalt einer solchen Säure vorzugsweise geringer als 10% des Phosphorsäuregehalts der Lösung.
Anstelle der Verwendung von Aluminiumoxid ist die Verwendung von Aluminiumphosphat, Aluminiumhydroxid etc. möglich. Aluminiumoxid ist jedoch bevorzugt.
Anstelle der Verwendung von Kieselerde, vorzugsweise präzipitierten Kieselerde-Partikeln, ist die Verwendung von aus Glasflaschen gefertigtem Abfallmaterial möglich.
Möglicherweise enthält die wässrige Phosphorsäure-Lösung weitere Lösungsmittel wie Alkohol etc.
Wenn ein aufgeschäumtes Produkt gewünscht wird, wird mehr Wasser oder Lösungsmittel verwendet, um die Viskosität so weit wie möglich zu senken. Es ist ebenfalls möglich, ein aufgeschäumtes Produkt durch Auftragen der sauren Zusammensetzung auf eine eine Base enthaltende Auflage oder auf eine alkalische Auflage zu erhalten.
Die saure Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung hat vorteilhafterweise einen pH-Wert von unter 2, vorteilhafterweise von unter 1.
Es ist beobachtet worden, dass bei Verwendung von Kieselerde-Partikeln zur Herstellung der sauren Tonerde-Phosphatlösung mit einem pH-Wert von unter 2, am meisten bevorzugt von unter 1, die Auflösung der Tonerde-Partikel verbessert ist. Das Vorliegen von gelöstem SiO₂ in der sauren Lösung verbesserte ebenfalls die Bildung der Bindungen bei der Zugabe der wasserunlöslichen Calciumsilikat-Partikel. Sogar wenn einige Calciumsilikat-Partikel aufgrund des niedrigen pH-Werts gelöst waren, blieben einige Calciumsilikat-Partikel zum Beispiel aufgrund des Anstiegs des pH-Werts auf einen zwischen 3 und 6 liegenden Wert unlöslich.
Die esfindungsgemäße Zusammensetzung ist zur Herstellung eines Produkts mit einem leichtem Gewicht (wie zum Beispiel einem Gewicht von 70 bis 140 kg/m³) oder mit einem schweren Gewicht (wie zum Beispiel einem Gewicht von 2000 kg/m³ oder sogar mehr) geeignet.
Einzelheiten und Charakteristika der Erfindung werden aus der Beschreibung der nachfolgenden Beispiele zu Tage treten.
In diesen Beispielen sind die folgenden Produkte verwendet worden:
WASSER: Wasser mit einem geringen Calcium/Magnesium-Gehalt (geringer als 100 ppm).
SiO₂: präzipitierte SiO₂-Partikel mit einer durchschnittlichen Größe von 10 bis 15 μm und einer Reinheit von 99%.
Al₂O₃: Pulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0 bis 15 μm und einer Reinheit von 99%.
Phosphorsäure: wässrige, 90% Phosphorsäure enthaltende Lösung.
Calciumsilikat: Calciumetasilikat-Pulver, wasserunlöslich, nadelförmige Beschaffenheit, Länge von 1 mm, Durchmesser 100 μm.
Reisspreufasern (RHF1): Getrocknete natürliche Fasern (Wassergehalt geringer als 2%) mit einer durchschnittlichen (an Gewicht) Länge von etwa 100 μm.
Reisspreufasern (RHF2): Getrocknete natürliche Fasern (Wassergehalt geringer als 2%) mit einer durchschnittlichen (an Gewicht) Länge von etwa 200 μm.
keramische Reiskleiefasern (RBCF1): entfettete, mit phenolischem Harz gemischte Kleie, filamentförmig, getrocknet, karburiert und unter Stickstoffatmosphäre bei 800°C gebrannt, die Fasern haben eine Länge von etwa 100 μm.
Quarzmehl (SF): durchschnittliche (an Gewicht) Partikelgröße von etwa 30 μm.
Quarzrauch (Sf): durchschnittliche (an Gewicht) Partikelgröße 50 μm.
Glasfaser (GF): Glasfasern mit einer Länge von 50 μm bis 250 μm, die mit einem wasserabweisenden Mittel (Fluorsilan) behandelt worden waren.
Beispiele von Bindemitteln
Die Bindemittel waren durch Zugabe von SiO₂-Partikeln zu Phosphorsäure hergestellt worden. Nach Auflösen der SiO₂-Partikel wurden Al₂O₃-Partikel zugegeben. Eine saure Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung wurde auf diese Weise hergestellt. Der pH-Wert der sauren Lösung wurde dann bei 20°C gemessen. Möglicherweise wurde etwas Wasser zugegeben.
Zu dieser sauren Lösung wurden Calciumsilikat-Partikel gegeben. 5 bis 10 min nach der Zugabe der Calciumsilikat-Partikel kann das Bindemittel gehärtet werden. Die Härtung kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Zur Steuerung der Viskosität der Mischung kann Wasser zugegeben werden.

Die folgende Tabelle gibt die Zusammensetzung der hergestellten Bindemittel an.

Bindemittel	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
SiO₂ (g)	35	16	21	13,6	46,2	60	182	130,8	97,2	233
Al₂O₃ (g)	24	23	13	50,8	30,8	60	136,5	21,8	58,1	46,6
Phosphorsäure (g)	141	141	167	123	135,6	180	182	87,4	184,7	350,4
Molares Verhältnis SiO₂/P₂O₅ d. Lösung	0,43	0,2	0,2	0,19	0,59	0,58	1,73	2,62	0,92	1,15
Calciumsilikat (g)	120	100	150	60	100	150	200	140	240	310
Wasser(ml)	80	40			25	60	118	21	71	65
pH-Wert d. sauren Lösung	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
pH-Wert d. Lösung nach Zugabe d. CalciumSilikats	1	0,5	1	0,5	0,5	1,5	1	1	1,5	1,5
Erscheinung d. Mischung nach Zugabe d. Calciumsilikats (LS, S–D, P)*	LS	LS	S-D	S-D	P	LS	LS	S-D	P	P

*: LS (liquid suspension) = flüssige Suspension/S-D (semi-dry) = halbtrocken, P (pasty) = zähflüssig.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Menge des zu der sauren Kieselerde-Tonerde-Phosphatlösung gegebenen Calciumsilikats so, dass das Gewichtsverhältnis von in der sauren Lösung vorliegendem Calciumsilikat zu SiO₂ vorteilhafterweise größer als 1, vorzugsweise größer als 1,5, am meisten bevorzugt größer als 2 ist, zum Beispiel zwischen 1 und 5, vorteilhafterweise zwischen 1,5 und 3,5 liegend ist.
Die Bindemittel 3 bis 5 und 8 bis 10 werden nach ihrer Herstellung mit Wasser gemischt, so dass sie eine flüssigere Erscheinung haben, wodurch die Zugabe von Fasern und anderen Partikeln angemessener ist.
Beispiele erfindungsgemäßer Zusammensetzungen
Das Bindemittel Nr. 2, das nach seiner Herstellung flüssig ist, wurde mit verschiedenen Zusatz- und/oder Füllstoffen gemischt.

Die folgende Tabelle gibt die verschiedenen verwendeten Zusatz- und Füllstoffe ausgedrückt in Gewichtsteilen und das Bindemittel ausgedrückt als Trockenmasse (ohne Wasser) an. TABELLE 1

Produkt Nr.	1	2	3	6	7	8
Bindemittel (Trockenmasse, Gewichtsteile)	1	1	1	1	1	1
RHF1	0,1	0,1
RHF2		0,1
RBCF1			0,2	0,4	0,4	0,4
RBC
CAS
SF	0,02	0,02	0,05	0,1	0,1	0,1
Sf				0,1	0,2	0,2
GF				0,5	1

Zur Herstellung der Zusammensetzungen kann zur Steuerung der Viskosität der Zusammensetzung Wasser zugegeben werden, wobei die Viskosität während des Mischungsschritts vorzugsweise so niedrig wie möglich gehalten werden sollte.
Zu den Zusammensetzungen können ein oder weitere Zusatzstoff(e) oder Füllstoff(e) gegeben werden.

Die folgende Tabelle gibt die Zusatz- und Füllstoffe an, die zu den Zusammensetzungen der obigen Tabelle gegeben werden können. Die Zugabe wird durchgeführt, wenn die Zusammensetzung ausreichend flüssig ist. Möglicherweise kann etwas Wasser vor der Zugabe und/oder während der Zugabe der Zusatz- und Füllstoffe zugegeben werden.

Beispiele möglicher Zusatz- und Füllstoffe, zugegeben zu 1 Volumen einer Zusammensetzung mit einem Feststoffgehalt von 25 und 50 Gew.%
Zusatzstoff (Volumenanteil)	H₂O₂ 0,13	Quarzrauch 0,42	Aluminium-Pulver 0,12	Superweichmacher 0,15	Lignosulfonat 0,13	Quarz 0,54
Füllstoff (Volumenanteil)	Vermiculit 0,33	Stroh 3 Teile	Flugasche 0,52	Hackschnitzel 1,22	Flachsfaser 0,75	Quarzmehl 0,25
Erscheinungsbild des Produkts	Schaumgeringe Dichte	geringe Dichte	Schaum, geringe Dichte	geringe Dichte	geringe Dichte	erhebliche Dichte

Die einen oder mehrere inerte(n) Füllstoff(e) enthaltenden Zusammensetzungen werden vorzugsweise durch Vormischen mindestens eines Teils der inerten Füllstoffe mit Calciumsilikat hergestellt, bevor dies zur Herstellung des Bindemittels verwendet wird. Die Vormischung wurde demzufolge mit der sauren Kieselerde-Tonerde-Phosphatlösung gemischt.
Beispiele des Beschichtungsvorgangs
Ein Holzbrett mit einer Stärke von 20 mm war zu Probestücken mit einer Größe von 200 mm × 200 mm geschnitten worden. Ein Probestück wurde als Kontrollstück verwendet. Das Kontrollstück wurde in Wasser bei 20°C während 72 h getaucht. Die Wasserabsorption des Kontrollstücks betrug 46% (d. h. das Gewicht des Bretts war aufgrund des Eintauchens in Wasser bezüglich des Gewichts des trockenen Bretts vor dem Eintauchen um 46% erhöht – wobei „trocken" einen Wassergehalt von weniger als 10 Gew.-% in dem Brett bedeutet), während das Ausquellen des Produkts 37% betrug (d. h. das Volumen der Probe war aufgrund des Eintauchens bezüglich des Volumens des trockenen Bretts um 37% erhöht – wobei „trocken" einen Wassergehalt von weniger als 10 Gew.-% bedeutet).
Die Probestücke sind jeweils der folgenden Behandlung unterworfen worden.
Probestück 1
Zusammensetzung 7 aus Tabelle 1 ist direkt nach ihrer Herstellung zur Beschichtung der Vorderseite des Probestücks verwendet worden. Die Beschichtung hatte nach dem Trocknen eine Stärke von 2 mm. Nach deren vollständiger Aushärtung wurde das Probestück in Wasser (20°C) während 72 h eingetaucht. Die Wasserabsorption war etwa 25% mit einer Aufquellung von etwa 8%.
Probestück 2
Probestück 2 wurde hergestellt wie für Probestück 1 offenbart, außer das nach Beschichtung der Vorderseite, die Rückseite ebenfalls mit einer mm dicken Beschichtung (Zusammensetzung 7 aus Tabelle 1) versehen wurde.
Nach vollständiger Aushärtung der beiden beschichteten Flächen, wurde das Probestück während 72 h in Wasser (20°C) eingetaucht. Die Wasserabsorption betrug etwa 20% mit einer Aufquellung von etwa 6%.
Probestück 3
Das Probestück 3 wurde hergestellt wie für Probestück 2 offenbart, außer dass anschließend die vier Seitenflächen des Probestücks ebenfalls mit einer Beschichtungsschicht (Zusammensetzung 7) versehen wurden, wobei die Schicht eine Stärke von etwa 1 bis 2 mm hatte.
Nach vollständiger Aushärtung oder Härtung der Beschichtungsschicht wurde das Probestück während 72 h in Wasser (20°C) eingetaucht. Die Wasserabsorption war etwa 14% mit einer Aufquellung von etwa 2%.
Probestück 4
Probestück 4 wurde hergestellt wie für Probestück 2 offenbart, außer dass die Seitenflächen mit einem wasserabweisenden Mittel (Scotchgard^® 3M) behandelt wurden.
Nach vollständiger Aushärtung der beiden Beschichtungsschichten und des wasserabweisenden Mittels wurde das Probestück während 72 h in Wasser (20°C) eingetaucht. Die Wasserabsorption war etwa 14% mit einer Aufquellung von etwa 0%.
Probestück 5
Probestück 5 wurde hergestellt wie für Probestück 1 offenbart, außer dass die Seitenflächen mit einem wasserabweisenden Mittel (Scotchgard^® 3M) behandelt wurden.
Nach vollständiger Aushärtung der beiden Beschichtungsschichten und des wasserabweisenden Mittels wurde das Probestück während 72 h in Wasser (20°C) eingetaucht. Die Wasserabsorption war etwa 15% mit einer Aufquellung von etwa 0 bis 2%.
Probestück 6
Probestück 6 wurde hergestellt wie für Probestück 2 offenbart, außer dass vor der Beschichtung der Rück- und Vorderseiten mit der Zusammensetzung 7 aus Tabelle 1 die Seitenflächen sowie die Ränder der Ober- und Rückseiten mit einem wasserabweisenden Mittel behandelt wurden. Nach vollständiger Aushärtung der beiden Beschichtungsschichten und des wasserabweisenden Mittels wurde das Probestück während 72 h in Wasser (20°C) eingetaucht. Die Wasserabsorption war etwa 14% mit einer Aufquellung von etwa 0 bis 2%.
Probestück 7
Probestück 7 wurde hergestellt wie für Probestück 3 offenbart, außer dass danach die gehärtete Schicht weiter mit einem wasserabweisenden Mittel (Scotchgard) beschichtet wurde. Nach vollständiger Aushärtung der beiden Beschichtungsschichten und des wasserabweisenden Mittels wurde das Probestück während 72 h in Wasser (20°C) eingetaucht. Die Wasserabsorption war etwa 15% mit einer Aufquellung von etwa 0 bis 2%.
Probestück 8
Probestück 8 wurde hergestellt wie für Probestück 3 offenbart, außer dass vor Auftragen der gehärteten Schicht der Zusammensetzung 7 alle Flächen des Probestücks mit einem wasserabweisenden Mittel (Scotchgard) beschichtet wurden.
Nach vollständiger Aushärtung der beiden Beschichtungsschichten und des wasserabweisenden Mittels wurde das Probestück während 72 h in Wasser (20°C) eingetaucht. Die Wasserabsorption war etwa 15% mit einer Aufquellung von etwa 0 bis 2%.
Die Wasserabsorptions- und Aufquelltests wurden bei Brettern mit orientierten Fasersträngen wiederholt. Die Schlussfolgerungen wie bei den Probestücken 1 bis 8 wurden aufrechterhalten.
Die Zusammensetzung 6 wurde auf eine Fläche eines Polyethylengewebes von 200 g/m² aufgetragen. Nach Härtung der Zusammensetzung wurde eine biegsame Filmschicht erhalten.
Die Zusammensetzung 8 wurde gegossen, um Probestücke für Tests gemäß den Standards BS EN ISO 1716 und ASTMD2015 herzustellen. Die maximale Menge an Wärme, die das Probestück unter hochgradig idealisierten Bedingungen freisetzen kann, wurde in einem Wasserstoffbomben-Kalorimeter unter Verwendung von adiabatischen und isothermen Verfahren bestimmt. Dieser Test bestimmte die maximale Gesamtwärmefreisetzung des Materials nach vollständiger Verbrennung, d. h. die Differenz zwischen maximaler Verbrennungswärme und der Restwärme 2 h nach Verbrennung. Eine maximale Verbrennungswärme von 85 kJ/kg wurde bestimmt, was bedeutet, dass das Produkt als hochgradig nicht-brennbares Material (M0) zu betrachten ist.
Mechanische Tests wurden ebenfalls an dem Probestück gemäß den NBN EN 196-1 Standards durchgeführt. Es wurde bestimmt, dass das Produkt die folgenden Eigenschaften hat: Bruchmodul 15,5 MPa, Kompressionsfestigkeit 30 bis 40 MPa, Young-Modul 2200 bis 4500 MPa.
Die kapillare Porosität für Wasser war etwa 13 bis 14% (ASTM C948-81).

Claims

Zusammensetzung umfassend mindestens: – ein anorganisches Bindemittel mit Calciumsilikatstellen, die miteinander durch Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen verbunden sind, wobei die Calciumsilikatstellen als Vernetzungsstellen für die Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen mit einem vorteilhafterweise im Bereich von 0,3:1 bis 10:1, vorzugsweise von 0,6:1 bis 6:1 liegenden Gewichtsverhältnis von Al₂O₃ zu SiO₂ wirken, und – siliciumhaltige Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm, wobei der Gewichtsgehalt der siliciumhaltigen Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm in der Zusammensetzung nach deren Härtung und nach Entfernung möglichen freien Wassers mindestens 0,5% beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, umfassend siliciumhaltige Fasern mit einer Durchschnittslänge (an Gewicht) von mindestens 500 μm, wobei der Gewichtsgehalt der siliciumhaltigen Fasern mit einer Länge von weniger als 500 μm in der Zusammensetzung nach deren Aushärtung und nach Entfernung möglichen freien Wassers mindestens 0,5% beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, die siliciumhaltige Fasern mit einer Durchschnittslänge (an Gewicht) von mehr als 10 μm, vorteilhafterweise von mehr als 20 μm, vorzugsweise zwischen 25 μm und 300 μm, am meisten bevorzugt zwischen 50 μm und 250 μm, umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der die siliciumhaltigen Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm, vorteilhafterweise mit einer Durchschnittslänge (an Gewicht) von weniger als 500 μm, im wesentlichen nicht reaktiv mit dem Bindemittel sind.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der die siliciumhaltigen Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm, vorteilhafterweise mit einer Durchschnittslänge (an Gewicht) von weniger als 500 μm, nicht reaktiv mit dem Bindemittel sind.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, die nach Härtung und Entfernung freien Wassers von 1 bis zu 85 Gew.-%, vorteilhafterweise zwischen 2 bis zu 75% Gew.-%, vorzugsweise zwischen 20 bis 65 Gew.-%, am meisten bevorzugt zwischen 30 bis 60 Gew.-% siliciumhaltige Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm, vorteilhafterweise mit einer Durchschnittslänge (an Gewicht) von weniger als 500 μm, umfasst, die mit dem Bindemittel nicht reaktiv sind.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, die Quarzmehl mit einer Partikelgröße von weniger als 500 μm, vorteilhafterweise zwischen 2 und 400 μm liegend umfasst, wobei der Gewichtsgehalt an Quarzmehl in der Zusammensetzung nach deren Härtung und nach Entfernung möglichen freien Wassers mindestens 0,5% beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, die Quarzmehl mit einer im Durchschnitt (an Gewicht) zwischen 2 und 100 μm, vorteilhafterweise zwischen 5 und 60 μm, vorzugsweise zwischen 10 und 50 μm liegenden Teilchengröße umfasst, wobei der Gewichtsgehalt des Quarzmehls in der Zusammensetzung nach deren Härtung und nach Entfernung des möglichen freien Wassers zwischen 1 und 10%, vorteilhafterweise zwischen 2 und 8% liegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 7, die weiterhin kristallisierte Tonerde-Kieselerde-Teilchen umfasst, die im wesentlichen mit dem Bindemittel nicht reaktiv sind und die eine im Durchschnitt (an Gewicht) zwischen 5 und 100 μm liegende Teilchengröße haben, wobei der Gewichtsgehalt an kristallisierter Tonerde-Kieselerde in der Zusammensetzung nach deren Härtung und nach Entfernung möglichen freien Wassers zwischen 1 bis 10%, vorteilhafterweise zwischen 2 und 8% liegend ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Gewichtsverhältnis von in den Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen vorliegenden Calciumsilikatstellen zu SiO₂ größer als 1, vorzugsweise größer als 1,5 ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der die Calciumsilikatstellen Calciummetasilikatstellen mit im wesentlichen nadelförmiger Beschaffenheit mit einem Länge zu Durchmesser-Verhältnis von 2:1 bis 50:1, vorteilhafterweise von 3:1 bis 20:1 sind.
Zusammensetzung nach Anspruch 11, in der die Calciummetasilikatstellen eine Durchschnittslänge von 10 μm bis 10 mm, vorteilhafterweise von 50 μm bis 5 mm haben.
Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der das Gewichtsverhältnis der Calciumsilikatstellen zu den Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen zwischen 0,1 und 1,1, vorteilhafterweise zwischen 0,3 und 0,9, vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,7 liegend ist.
Ein mindestens teilweise aus einer gehärteten Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestelltes oder ein mindestens teilweise mit dieser assoziiertes Produkt.
Produkt nach Anspruch 14, das eine Auflage umfasst, die einen Kern, der einer Wasseraufquellung unterworfen werden kann, und eine mindestens teilweise mit einer gehärteten Schicht einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 überzogene Fläche umfasst, wodurch die Auflage mit einer wasserabweisenden Beschichtung ausgestattet ist und wodurch die nicht mit einer gehärteten Schicht ausgestatteten Flächen mit einer wasserabweisenden Beschichtung ausgestattet sind.
Produkt nach Anspruch 15, in dem die wasserabweisende Beschichtung eine siliciumhaltige wasserabweisende Beschichtung ist.
Kit zur Herstellung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, worin der Kit umfasst: – einen wasserunlösliches Calciumsilikat, siliciumhaltige Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm, und möglicher- aber vorteilhafterweise Quarzmehl mit einer Durchschnittsteilchengröße von weniger als 500 μm enthaltenden Behälter oder Beutel, und – einen oder mehrere, Verbindungen zur Herstellung einer sauren Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung oder einer Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung, worin das Silicium gelöst ist, deren bei 20°C gemessener pH-Wert weniger als 1,5, vorteilhafterweise weniger als 1, vorzugsweise weniger als 0,5 beträgt, enthaltende(n) Behälter oder Beutel.
Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem eine Bindemittelmischung durch Vermischen von wasserunlöslichen Calciumsilikat-Teilchen mit einer sauren Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung bei einer Temperatur von unter 50°C hergestellt wird, wobei die saure Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung gelöstes SiO₂ umfasst und einen pH-Wert von unter 2, vorteilhafterweise unter 1,5, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 liegend hat, wobei die Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung vorteilhafterweise ein Al₂O₃ zu SiO₂-Verhältnis im Bereich von 0,3:1 und 10:1, vorzugsweise von 0,6:1 und 6:1 hat, in der die siliciumhaltigen Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm mit den wasserunlöslichen Calciumsilikat-Teilchen vor oder während des Mischens der wasserunlöslichen Silikat-Teilchen mit einer sauren Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung gemischt werden und/oder bei dem siliciumhaltige Fasern mit einer Länge von weniger als 1000 μm mit der Bindemittelmischung vor deren vollständiger Härtung gemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem Quarzmehl zu den wasserunlöslichen Calciumsilikat-Teilchen vor oder während des Vermischens wasserunlöslicher Silikat-Teilchen mit einer sauren Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung und/oder zu der Bindemittelmischung vor deren vollständiger Härtung gegeben wird, wobei die Zugabe vor, während oder nach der Zugabe von siliciumhaltigen Fasern durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei dem das Gewichtsverhältnis der in der Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung vorliegenden wasserunlöslichen Calciumsilikat-Teilchen zu gelöstem SiO₂ größer als 1, vorzugsweise größer als 1,5 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem die Härtung des Bindemittels bei einer zwischen 0°C und 50°C liegenden Temperatur durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei dem die Zusammensetzung unter Druck gehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei dem die Menge des zu der sauren Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung gegebenen Calciumsilikats so bemessen ist, dass das Gewichtsverhältnis von in der sauren Lösung vorhandenem Calciumsilikat zu SiO₂ zwischen 1 und 5, vorteilhafterweise zwischen 1,5 und 3,5 liegend ist.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Menge des zu der sauren Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung gegebenen Calciumsilikats so bemessen ist, dass das Gewichtsverhältnis des in der sauren Lösung vorliegenden Calciumsilikats zu SiO₂ größer als 2 ist.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die zur Herstellung der sauren Tonerde-Kieselerde-Phosphatlösung verwendete Kieselerde präzipitierte Kieselerde ist.
Verfahren zur Herstellung eines Produkts, umfassend eine Auflage, die mit mindestens einer gehärteten Schicht, umfassend ein anorganisches Bindemittel mit Calciumsilikatstellen, die miteinander durch Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen verbunden sind, ausgestattet ist, wobei die Calciumsilikatstellen als Vernetzungsstellen für die Tonerde-Kieselerde-Phosphatbindungen in einem Gewichtsverhältnis von Al₂O₃ zu SiO₂ im Bereich von 0,3:1 und 10:1 wirken, bei dem eine Fläche der Auflage mindestens teilweise mit einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 vor deren vollständiger Härtung in Kontakt gebracht und bei dem die Zusammensetzung auf der Auflage gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem mindestens ein Teil einer nicht mit der Zusammensetzung in Kontakt gebrachten Fläche der Auflage mit einer wasserabweisenden Beschichtung ausgestattet ist.
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem die wasserabweisende Beschichtung eine Fluorsilicium-Beschichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem mindestens eine, nicht für das in Kontakt bringen mit der Zusammensetzung vorgesehene Fläche der Auflage mit einer wasserabweisenden Beschichtung ausgestattet ist.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem eine Fläche der Auflage vor dem mindestens teilweisen in Kontakt bringen einer Fläche der Auflage mit der Zusammensetzung mindestens teilweise mit einer wasserabweisenden Beschichtung ausgestattet wird.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem mindestens ein Teil der Fläche, der dem mit einer gehärteten Schicht ausgestatteten Teil der Fläche benachbart ist, mit einer wasserabweisenden Beschichtung ausgestattet wird.