Verfahren zur Herstellung von nicht-brennbaren, thermisch isolierenden Formkörpern aus geblähtem Perlit

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von nicht-brennbaren, thermisch isolierenden Formkörpern aus geblähtem Perlit.

Thermisch isolierende Werkstoffe müssen eine niedrige Roh¬ dichte und ein feinporiges Gefüge aufweisen, um die gewünschte Wärme¬ dämmung zu erzielen. Im Bereich der anorganischen Werkstoffe kann dies z.B. dadurch bewirkt werden, daß man poröse Materialien, wie Bims oder geblähten Perlit, als Leichtzuschlagstoffe anderen spezifisch schwereren Materialien, wie Zement oder Beton, zusetzt. Bei der Herstellung leichter Isolierkörper (Rohdichte unter 1000 kg/m ³ ) sind dabei Grenzen gesetzt durch die erforderliche Festigkeit, die ein Werkstück auf¬ weisen muß, damit es Transport und Einbau ohne Beschädi¬ gung übersteht.

Perlit, der nach dem Blähen als leichtes körniges Produkt mit einem Schüttgewicht von etwa 30 bis 150 g/1 und einer

Korngröße im allgemeinen unter 6 mm anfällt, weist zwar gute thermische Isoliereigenschaften auf, hat jedoch eine geringe Korn¬ festigkeit.

um dennoch für die Praxis geeignete Festigkeiten zu er¬ zielen, wurden bereits verschiedene Perlitprodukte mit or¬ ganischen oder anorganischen Bindemitteln vorgeschlagen. So wird in der DE-B-27 43 168 ein Harnstoff-Formaldehyd¬ harz als Binder zur Herstellung von Perlitplatten einge- setzt, während in der JP-B-7573/73 ^: Materialien auf Wasser¬ glasbasis Verwendung finden. Der Einsatz organischer Bin-

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derharze bedingt jedoch aufgrund der Brennbarkeit dieser Harze einen begrenzten thermischen Einsatzbereich (-<250°C) für das fertige Perlitprodukt. Andererseits sind unter Verwendung von Wasserglas hergestellte Formkörper zwar unbrennbar, jedoch können bei Kontakt mit Wasser un- erwünschte Nebenwirkungen auftreten, wenn Alkali freige¬ setzt und an die Umgebung abgegeben wird.

Es ist auch bereits bekannt, daß fein vermahlene silicati- sche Zuschlagstoffe in Kombination mit Kalk hydraulische Eigenschaften zeigen; siehe z.B. DΞ-B-16 46 491. Hierbei reagiert das Siliciumdioxid der silikatischen Zuschlag¬ stoffe mit dem Kalkhydrat und bildet neue Phasen, sogenann¬ te Calcium-Silicat-Hydrate (CSH-Phasen) . Diese CSH-Phasen umschließen den Leichtzuschlagstoff als Bindermatrix, so daß relativ hohe Bindemittelmengen erforderlich sind.

überraschenderweise wurde nun gefunden, daß nicht-vermah- lener geblähter Perlit, der eine relativ kleine reaktive Oberfläche aufweist, auch ohne hydraulische Feinstkomponen- ten mit Kalkhydrat soweit reagieren kann, daß eine feste Verbindung von Korn zu Korn entsteht. Es hat sich gezeigt, daß mit Bindemittelmengen von nur 3 bis 20 Gewichtspro¬ zent stabile Produkte mit einer Rohdichte herab bis zu 50 kg/m ³ hergestellt werden können. Hierbei ist nicht die gesamte Oberfläche des Perlitkorns mit Bindemittel be¬ deckt, bzw. dieses ist nicht in eine Bindermatrix einge¬ lagert, sondern es liegen überwiegend Punktberührungen der einzelnen Partikel über das Bindemittel vor, das im Falle von Kalkhydrat vollständig in CSH-Phasen umgewan- delt worden ist.

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Völlig überraschend ist, daß die genannten Produkte auch durch Kaitabbindung, d.h. ohne Dampfhärtungsprozess, erhal¬ ten werden. Hierbei entstehen dann gelartige CSH-Phasen.

In jedem Fall ist es jedoch für die geschilderten Produkt- eigenschaften erforderlich, das Verpressen der Mischung aus geblähtem Perlit und Bindemittel innerhalb eines spezifi¬ schen Preßdruckbereiches von 0,1 bis 1,5 MN/m ² durchzuführen. 'Nur hierdurch werden für praktische Zwecke geeignete Druck¬ festigkeiten erzielt, wobei überraschenderweise die Festig- keit der mit den außerordentlich geringen Bindemittelmengen erhaltenen Perlit-Formkörper höher ist als die Eigen¬ festigkeit des Perlitkorns. Dieser Effekt läßt sich unter Aufrechterhaltung der für die Wärmeisolation erforderlichen niedrigen Rohdichten allerdings nur mit den erfindungsgemäß angewandten geringen Bindemittelmengen erzielen. Bei Verwen¬ dung großer Bindemittelmengen ergibt das Verpressen mit hohem Preßdruck für gute Wärmeisolation unbrauchbare Roh¬ dichten. Dies hat seinen Grund in den besonderen Eigen¬ schaften des Perlits, die dazu führen, daß unter den erfin- dungsgemäß angewandten Bedingungen ein festerer Gefügeaufbau entsteht.

Weitere Versuche haben ergeben, daß die geschilderten Er¬ gebnisse auch dann erzielt werden, wenn man anstelle von Kalkhydrat Kieselsäureester als Bindemittel in den genann¬ ten Mengenverhältnissen und unter Anwendung des genannten Preßdruckes einsetzt. Dies war an sich nicht zu erwarten, da aufgrund der Porosität des Perlits damit gerechnet wer¬ den mußte, daß ein nicht unbeträchtlicher Bindemittelan- teil vom Perlitkorn absorbiert und somit nicht mehr für Bindungszwecke zur Verfügung stehen würde.

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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von nicht-brennbaren, thermisch isolierenden Formkörpern aus geblähtem Perlit durch Vermischen von Perlit, Wasser und einem Bindemittel, anschließendes Verpressen und Trocknen des erhaltenen Formkδrpers, wobei zwischen dem Verpressen und Trocknen gegebenenfalls eine Dampf ärtung durchgeführt wird^ das dadurch gekennzeichnet ist, daß man 3 bis 20 Gewichts¬ prozent, bezogen auf das Trockengewicht der Mischung aus Perlit und Bindemittel, eines Bindemittels aus der Gruppe (a) Kalkhydrat und (b) Kieselsäureestern der Formel

Si(OR) ₄ wobei R ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist, verwendet und die Mischung bei einem Preßdruck von 0,1 bis 1,5 MN/m ² verpreßt.

Der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte geblähte Perlit hat eine Korngröße von gewöhnlich mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,2 mm, und bis zu 6 mm, vorzugs¬ weise bis zu 1 mm. Sein Schüttgewicht beträgt im allgemei¬ nen 30 bis 150 g/1, vorzugsweise 50 bis 100 g/1.

Bei Verwendung von Kalkhydrat als Bindemittel wird dieses in Form von ungelöschtem oder gelöschtem Kalk eingesetzt. Die Kalkhydratmenge beträgt 3 bis 20 Gewichtsprozent, vor¬ zugsweise 5 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Trok- kengewicht der Mischung aus Perlit und Bindemittel. Die weitere Verarbeitung erfolgt z.B. folgendermaßen: Wasser wird in ausreichender Menge zugesetzt, um eine ho¬ mogene Mischung (feuchter, körniger bis gießfähiger Versatz) zu erhal¬ ten. Nach Zugabe des Perlits rührt man bei Raumtemperatur, bringt die Mischung in eine Preßform ein und verpreßt mit einem

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Preßdruck von 0,1 bis 1,5 Mn/m ² , vorzugsweise 0,5 bis 1,0 MN/m ² , zu dem gewünschten Formkörper. Dabei muß darauf geachtet werden, daß der Entspannungsprozess nach dem Pressen langsam erfolgt, da andernfalls die im Perlit eingeschlossene Luft beim schnellen Expandieren zu einer Störung des Korngefüges führt und die Herstellung kompak¬ ter Körper verhindert. Die aus der Form entnommenen Teile werden schließlich bei Raumtemperatur oder erhöhter Tem¬ peratur von z.B. 150 bis 250°C getrocknet.

Gegebenenfalls führt man nach dem Pressen und vor dem Trock¬ nen eine Dampfhärtung in einem Autoklaven durch. Die Dampf- härtung erfolgt 4 bis 16 Stunden bei 160 bis 220°C, vor¬ zugsweise 4 Stunden bei 190°C,unter Sattdampfbedingungen. Die durch Dampfhärtung erhaltenen Produkte zeigen keine basische Reaktion bei Kontakt mit Wasser, sondern reagie¬ ren neutral, da das Kalkhydrat vollständig umgesetzt wur¬ de.

Bei Verwendung von Kieselsäureestern, wie Tetramethoxy- silan oder Tetraethoxysilan, als Bindemittel wird z.B. eine Emulsion aus dem Kieselsäureester und Wasser herge¬ stellt und zu dem Perlit gegeben. Anschließend erfolgt die Zugabe einer wäßrigen Lösung eines sauren oder basischen Katalysators, wie HC1, H.SO , NaOH oder NH.OH, um die Hydrolyse und Kondensation des Kieselsäureesters zu kataly¬ sieren. Der Katalysator kann auch der Emulsion kurz vor deren Zugabe zu dem Perlit zugesetzt werden.

Das Mengenverhältnis Bindemittel : Perlit und die sonstigen Verarbeitungsbedingungen entsprechen denen, die vorstehend für die Verwendung von Kalkhydrat als Bindemittel ange¬ geben wurden.

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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Perlitproduk- te verschiedener Form hergestellt werden, z.B. Platten, Halbrohre oder andere Formkörper. Diese Produkte sind nicht-brennbar und haben ausgezeichnete Wärmeisoliereigen- schaften. Ihre Rohdichte beträgt gewöhnlich 150 bis 250 kg/m ³ und ihre Druckfestigkeit liegt im allgemeinen im Bereich von 0,2 bis 0,6 MN/m ² , im Falle der Dampfhärtung bis zu 1 ,5 MN/m ² .

Zur zusätzlichen Erhöhung der Festigkeit können gegebenen- falls übliche Verstärkungsmaterialien eingesetzt werden, z.B. anorganische Fasern, wie Glasfasern, Kohlefasern oder Schlackenwolle. Die Verstärkungsmaterialien können im Falle von Kalkhydrat als Bindemittel z.B. der Mischung aus Kalk¬ hydrat und Wasser vor Zugabe des Perlits zugemischt werden. Im Falle von Kieselsäureestern als Bindemittel vermengt man z.B. den Perlit vor Zugabe der Emulsion trocken mit den faserfδrmigen Verstärkungsmaterialien.

Um den Formkörpern zusätzlich verbesserte Biegezugfestig- keit und Abriebfestigkeit zu verleiben, können Kaschierun¬ gen, z.B. Glasfaservliese, direkt beim Verpressen der Roh¬ mischung aufgebracht werden. Bei Verbundplatten dieser Art mit Kalkhydrat als Bindemittel haftet das Vlies ohne zu¬ sätzliche Maßnahmen. Bei Perlitplatten mit Kieselsäure- estern als Bindemittel wird für die Kaschierung vorzugs¬ weise zusätzlich eine Klebeschicht aus Perlitmehl und Bin¬ demittel vorgesehen.

Gegenstand der Erfindung sind auch Perlit-Zusammensetzungen, die geblähten Perlit, Wasser und 3 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Trockengewicht der Mischung aus Perlit und Bindemittel, eines Bindemittels aus der Gruppe (a) Kalkhydrat und (b) Kieselsäureestern der Formel

Si(0R) ₄

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wobei R ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist, sowie gegebenenfalls Ver¬ stärkungsmaterialien enthalten.

Diese Zusammensetzungen stellen gießfähige Massen dar, die z.B. auch in Hohlräume von Bauteilen eingefüllt werden können und dort unter Umgebungsbedingungen (ohne Dampfhär¬ tung) zu Isolierkörpern ohne nennenswerte Schrumpfung ab¬ binden.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

B e i s p i e l 1

4 Liter Perlit (Körnung 0,2 bis 1 mm, Schüttgewicht 50 bis 60 g/1) werden innerhalb von 3 Minuten in eine Mischung aus 50 g Kalkhydrat und 2 Liter Wasser eingerührt. Anschließend wird der Versatz mit 0,53 MN/m ² verpreßt. Nach dem Trocknen bei 200°C weist die Probe eine Druckfestigkeit von 0,49 MN/m ² und eine Rohdichte von 238 kg/m ³ auf.

B e i s p i e l 2

4 Liter Perlit (Körnung 0,2 bis 1 mm, Schüttgewicht 50 bis 60 g/1) werden innerhalb von 3 Minuten in eine Mischung aus 12,5 g Kalkhydrat und 2 Liter Wasser eingerührt. Anschlie¬ ßend wird der Versatz mit 0,53 NM/m ² verpreßt. Nach der Trocknung bei 200°C weist die Probe eine Druckfestigkeit von 0,42 MN/m ² und eine Rohdichte von 183 kg/m ³ auf.

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B e i s p i e l 3

4 Liter Perlit (Körnung 0,2 bis 1 mm, Schüttgewicht 50 bis 60 g/1) werden innerhalb von 3 Minuten in eine Mischung aus 12,5 g Kalkhydrat und 2 Liter Wasser eingerührt. An¬ schließend wird der Versatz mit 0,80 NM/m ² verpreßt. Nach der Trocknung bei 200°C weist die Probe eine Druckfestig- keit von 0,56 NM/ ² und eine Rohdichte von 246 kg/m ² auf.

B e i s p i e l 4

4 Liter Perlit (Körnung 0,2 bis 1 mm, Schüttgewicht 50 bis 60 g/1) werden innerhalb von 3 Minuten in eine Mischung aus 50 g Kalkhydrat und 2 Liter Wasser eingerührt. An¬ schließend wird der Versatz mit 0,16 MN/m ² verpreßt und dann 4 Stunden bei 190°C in einem Autoklaven gehärtet. Nach dem Trocknen bei 200°C weist die Probe eine Druc - festigkeit von 0,31 MN/m ² und eine Rohdichte von 148 kg/m ³ auf.

B e i s p i e l 5

Das Verfahren von Beispiel 4 wird wiederholt, jedoch wen¬ det man einen Preßdruck von 0,64 MN/m ² an. Die erhaltene Probe hat eine "Druckfestigkeit von 1,33 MN/m ² und eine Rohdichte von 246 kg/m ³ .

B e i s p i e l 6

2 Liter Perlit (Korngröße 0,2 bis 3 mm, Schüttgewicht 40 bis 50 g/1) werden mit 260 ml einer Bindermischung ver¬ setzt, die Wasser mit einem Anteil von 3 Gewichtsprozent Tetraethoxysilan enthält. Nach dem Durchmischen gibt man 40 ml einer 2gewichtsprozentigen Natronlauge als Kataly¬ sator zu und mischt nochmals. Anschließend wird der Ver-

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satz mit 0,17 MN/m ² verpreßt. Nach dem Trocknen bei 200°C weist die Probe eine Druckfestigkeit von 0,17 MN/m ² und eine Rohdichte von 168 kg/m ³ auf.

B e i s p i e l

Das Verfahren von Beispiel 6 wird wiederholt, jedoch wen¬ det man einen Preßdruck von 0,52 MN/m ² an. Die erhaltene Probe hat eine Druckfestigkeit von 0,42 MN/m ² und eine Roh¬ dichte von 240 kg/m ³ .