DE2756198B2

DE2756198B2 - Anorganischer Schaumstoff auf Basis von Metallphosphaten, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung als Wärmeschutzmaterial

Info

Publication number: DE2756198B2
Application number: DE19772756198
Authority: DE
Inventors: Isamu Zushi Iwami; Tsuneo Yokohama Wakabayashi; Akira Yokohama Yoshino
Original assignee: Asahi Dow Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1979-04-26
Also published as: DE2756198A1; GB1565740A; DE2756198C3; FR2374393A1; CA1103405A; FR2374393B1

Description

(O)₁

R'—(O)_m—Q=(O)_t (I)

(O)_n
R"

in der Q ein Phosphor- oder Stickstoffatom bedeutet und k, /, m und η ganze Zahlen mit einem Wert von 0 oder 1 sind, wobei falls Q ein Phosphoratom ist,

a) k den Wert 0 oder 1, / und m den Wert 1 und η den Wert 0 oder 1 hat, R und R' Wasserstoffatome sind und R" ein gegebenenfal.s substituierter Alkyl- oder Arylrest ist, oder

b) k den Wert 0 oder 1, / den Wert 1 und m und η den Wert 0 oder 1 haben, R ein Wasserr-'offatom ist und R' und R" gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylreste sind, und falls Q ein Stickstoffatom ist, k, I, m und η den Wert 0 haben, R, R' und R" Wasserstoffatome oder gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylreste sind, mit der Maßgabe, daß R, R' und R" nicht sämtlich Wasserstoffatome sein können, zusetzt.

19. Verwendung der Schaumstoffe nach den Ansprüchen I bis 8 als Wärmeschutzmaterialien.

Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen bezeichneten Gegenstand.

Organische Schaumkunststoffe, wie Polyurethan-, Polystyrol- und Polyethylenschaum, besitzen ausgezeichnete Wärmeisolierfähigkeit und eignen sich für verschiedene Zwecke, z. B. als Baumaterialien und Wärmeschutzmaterialien. Hierbei lassen sich die Polyurethan-Schaumstoffe bei Normaltemperatur schäumen und verfestigen, so daß sie sich insbesondere für Anwendungsbereiche eignen, bei denen die strukturelle Endfertigung direkt am Herstellungsort erfolgt. Alle genannten Materialien sind jedoch aufgrund ihrer organischen Natur entflammbar und besitzen keine zufriedenstellende Wärmebeständigkeit. Vor allem die durch die Ruß- und Giftgasentwicklung beim Verbrennen der organischen Materialien verursachten Schaden haben sich in letzter Zeit zu einem großen Problem entwickelt. Auf dem Gebiet der Wärmeisoliermaterialien werden daher große Anstrengungen unternommen, nicht entflammbare Produkte herzustellen.

Andererseits zeichnen sich anorganische Schaumstoffe, wie Glasschäume und poröser Leichtbeton, durch ihre Nicht-Entflammbarkeit und ausgezeichnete Hitzebeständigkeit aus. Alle diese Materialien werden jedoch bei hoher Temperatur und hohem Druck hergestellt, so daß eine offenzellige Struktur entsteht, die eine hohe Wasserabsorption und schiechte Wärmeisolierfähigkeit aufweist. Ferner hat diese Verfahrensweise den Nachteil, daß nur Produkte von bestimmter

ίο Form hergestellt werden können.

In der US-PS 31 48 996 ist eine bei Normal temperatur schäumbare und härtbare Mischung für anorganische Schaumstoffe beschrieben, die ein saures Metallphosphat, wie saures Aluminiumphosphat, feinpulveriges Calciumsilikat und ein flüssiges Bindemittel, wie Wasser, enthält. In einem typischen Beispiel werden 50 Gewichtsteile einer wäßrigen Aluminiumphosphatlösung mit 50 Gewichtsteilen Calciumsilikatpulver vermischt; d. h. der zum vollständigen Verfestigen der Aluminiumphosphatlösung erforderlichen Menge. Nach teilweiser Verfestigung des Gemisches versetzt man mit etwa 5 Gewichtsteilen Calciumcarbo.nat, wobei unter Schäumen ein Produkt mit einem spezifischen Gewicht von 0,29 g/cm³ entsteht.

In der US-PS 33 30 675 ist eine weitere Mischung für anorganische Schaumstoffe beschrieben, bei der einige physikalische Eigenschaften gegenüber der Mischung der US-PS 3148 996 dadurch verbessert werden, daß day Calciumsilikat durch eine basische Verbindung ersetzt ist, die das freie P₂O₅ in der sauren Aluminiumphosphatlösung vollständig neutralisiert. Aus dieser Mischung hergestellte Schaumstoffe haben eine Dichte von mindestens 0,41 g/cm³. Aufgabe der Erfindung ist es, einen anorganischen Schaumstoff mit einem hohen Expansionsverhältnis und einem spezifischen Gewicht von 0,15 g/cm³ oder weniger bereitzustellen, der (diskrete, d. h. getrennte) Zellen enthält, nicht entflammbar ist und ausgezeichnete Wärmeisolierfähigkeit und Hitzebeständigkeit aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein bei Normaldruck und -temperatur durchführbares Verfahren zur Herstellung dieses Schaumstoffs bereitzustellen.

Es wurde nun gefunden, daß eine wäßrige saure Lösung eines Metallphosphats mit einem spzifischen Atomverhältnis von Metallen zu Phosphor (M/P-Verhältnis) und einem spezifischen Äquivalentverhältnis (Ä-Verhältnis) mit einem basischen Metallcarbonat zu einem Schaumstoff geschäumt werden kann, der ein hohes Expansionsverhältnis aufweist.

Ein wichtiges Merkmal des ernndungsgemäßen

Verfahrens besteht darin, daß man zunächst eine stabile wäßrige Lösung eines Metallphosphats mit einem spezifischen M/P-Verhältnis und Ä-Verhältnis herstellt, die selbst bei längerer Lagerung nicht von selbst aushärtet, und dann die erhaltene stabile Lösung durch Zusatz eines basischen Carbonats eines mehrwertigen Metalls gleichzeitig schäumt und verfestigt. In dem vorstehend genannten bekannten Verfahren zur Herstellung von anorganischen Schaumstoffen müssen demgegenüber unbedingt stöchiometrischc Mengen (Ä-Verhältnis = 1) der Härtungsmittel (Calciumsilikat oder basische Verbindung) verwendet werden, um eine vollständige Härtung des Phosphatgemischs zu bewirken. Außerdem wird mit dem Schäumen begonnen, nachdem die Härtung bereits in gewissem Ausmaß erfolgt ist, oder aber man beginnt mit dem Schäumen und Aushärten gleich-

zeitig, in dem man das Phosphatgemisch gleichzeitig mit dem Härtungsmittel und dem Schäummittel vermischt. Es ist völlig überraschend, daß ein stark expandierter Schaumstoff durch gleichzeitiges Schäumen und Verfestigen einer stabilen wäßrigen Metallphosphatlösung, die auf spezifische Weise nach dem Verfahren der Erfindung erhalten worden ist, hergestellt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist ein anorganischer Schaumstoff auf Basis von Metallsalzen der Phosphorsäure, der dadurch gekennzeichnet ist, daß

a) das Verhältnis der Gesamtzahl der die Salze bildenden Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoraiorne 2/3 bis 2/1 beträgt;

b) zu den die Salze bildenden Metallen mehrwertige Metalle zählen, wobei das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen der Metalle zu den Gesamtvalenzen der Phosphationen 0,65 bis 0,95 beträgt;

c) der Schaumstoff Zellen mit einem mittleren Durchmesser von 3 mm oder weniger und

d) ein spezifisches Gewicht von 0,15 g/cm³ oder weniger aufweist.

Der anorganische Schaumstoff der Erfindung unterscheidet sich strukturell von allen bekannten anorganischen Schaumstoffen. Der Unterschied wird aus der Zeichnung deutlich, in der

F i g. 1 eine mikroskopische Aufnahme (13 χ ) eines Querschnitts des erfindungsgemäßen Schaumstoffs aus Beispiel 8,

F i g. 2 eine mikroskopische Aufnahme (13 χ ) eines Querschnitts des in Vergleichsbeispiel 6 durch herkömmliches Schäumen bei Normaltemperatur hergestellten Schaumstoffs und

Fig. 3 eine mikroskopische Aufnahme (13 χ ) eines Querschnitts durch eine handelsübliche Calciumsilikatplatte bedeutet, die unter hohem Druck bei hoher Temperatur hergestellt worden ist.

Ein Vergleich der F i g. 1 bis 3 zeigt, daß der erfindungsgemäße Schaumstoff im Vergleich zu den bekannten Produkten in den F i g. 2 und 3 (diskrete, d. h. getrennte) Zellen von gleichmäßiger Größe aufweist, was auf ein hohes Expansionsverhältnis des erfindungsgemäßen Schaumstoffs hinweist. Aufgrund dieser strukturellen Unterschiede ist der erfindungsgemäße Schaumstoff ein neuartiges Produkt mit niedrigem spezifischen Gewicht, ausgezeichneter Wärmeisolierfähigkeit und Hitzebeständigkeit sowie geringer Wasserabsorption.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung des anorganischen Schaumstoffes, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine schäumbare Mischung, die

(A) ein Metallphosphat, das mindestens ein mehrwertiges Metall enthält, vobei das Verhältnis der Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome in dem Metallphosphat 1 /3 bis 3/2 und das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen der Metallatome zu den Gesamtvalenzen der Phosphationen in dem Metallphosphat 1/3 bis 3/4 betragen,

(B) ein Carbonat eines mehrwertigen Metalls und

(C) Wasser enthält, bei Normaltemperatur schäumen und aushärten läßt.

Die Menge des Carbonate des mehrwertigen Metalls wird hierbei so gewählt, daß das Verhältnis der Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome in dem entstehenden Schaumstofl 2/3 bis 2/1 und das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen der Metalle in bezug auf die Gesamtvalenzen der Phosphationen in den entstehenden Schaumsloffen 0,65 bis 0,95 betragen.

Im Verfahren der Erfindung kann z.B. eine Mischung eingesetzt werden, die 100 Gewichtsteile des Metallphosphats (A), 5 bis 50 Gewichtsteile des Carbonats (B) und 20 bis 200 Gewichtsteile Wasser

(C) enthält.

Spezielle Beispiele für die mehrwertigen Metallphosphate (A) sind primäre Phosphate, -.vie primäres Magnesiumphosphat, Calciumphosphat, Strontiumphosphat, Bariumphosphat, Zinkphosphat oder AIuminiumphosphat, und Gemische aus diesen primären mehrwertigen Metallphosphaten mit einem sekundären Phosphat, tertiären Phosphat oder Pyrophosphat von Metallen, wie Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Aluminium, Zink, Eisen oder Mangan. Die mehrwertigen Metallphosphate können gegebenenfalls mit Oxiden, Hydroxiden oder Silikaten von ein- oder mehrwertigen Metallen, z. B. Alkalimetallen, wie Lithium, Natrium oder Kalium, Magnesium. Calcium, Strontium, Barium, Aluminium, Zink, Eiser oder Mangan, modifiziert werden.

Als mehrwertiges Metall des Metallphosphats wird im allgemeinen ein zwei- oder dreiwertiges Metali verwendet. Hierbei sind im Hinblick auf die mechanische Festigkeit des Schaumstoffs Magnesium, Zink und Aluminium bevorzugt. Ferner wird Calcium wegen der geringen Koten vorzugsweise verwendet Die genannten Metallphosphate können direkt

durch Umsetzen einer wäßrigen Phosphorsäurelösuns mit Oxiden, Hydroxiden oder Salzen der genannten Metalle hergestellt werden. In jedem Fall ist vor kritischer Bedeutung, daß das Verhältnis (M/P) dei Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl dei Phosphoratome in dem Metallphosphat 1/3 bis 3/2 beträgt.

Falls das M/P-Verhältnis in dem eingesetzten Metallphosphat weniger als 1/3 beträgt, verläuft die gleichzeitig mit dem Schäumen erfolgende Aushärtung nicht ausreichend und es ist schwierig, das Schäumen und Aushärten im erforderlichen Gleichgewicht zu halten. Dies hai: zur Folge, daß Schaumstoffe mil gleichmäßigen und feinen Schaumzellen nur schwei herstellbar sind. Es entstehen lediglich Schaumstoffe mit schlechter Wasser- und Hitzebeständigkeit. Wendet man andererseits ein M/P-Verhältnis von mehr ah

so 3/2 an, so sind die wäßrigen Lösungen dieser Salze äußerst instabil. Die wäßrige Lösung neigt zur Selbsthärtung, wodurch ebenfalls das Schäumen und Aushärten nicht in dem erforderlichen Gleichgewicht gehalten werden können, so daß nur ein Schaumstofl mit niedrigem Expansionsverhältnis entsteht.

Ferner beträgt das Äquivalentverhältnis (Ä) in dem eingesetzten Metallphosphat vorzugsweise 1 /3 bis 3/4. Ä ist hierbei nach folgender Gleichung definiert als das Verhältnis der Gesamtvalenzen der Metalle zu

A =

Σ i χ E;

3 χ N_n

Hierbei bedeuten N₁, die Anzahl der Phosphoratom« in dem Metallphosphat, f die Wertigkeit des jeweiliger Metalls und £,- die Anzahl der Metallatome mit dei Wertigkeit i.

Beispiele für geeignete Carbonate von mehrwertigen Metallen sind Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Strontiumcarbonat, Bariumcarbonat, Zinkcarbonat, Eisencarbonat, Kobaltcarbonat, Zirkoniumcarbonat, basisches Magnesiumcarbonat und basisches Kobaltcarbonal. Die Carbonate müssen sich von einem Metall mit einer Wertigkeit von 2 oder mehr ableiten, damit sie als Treibmittel, das bei der Reaktion mit dem genannten Phosphat Kohlendioxid entwickelt, und gleichzeitig als Härtungsmittel zum Verfestigen des Metallphosphats fungieren können.

Die eingesetzte Carbonatmenge hängt vom M/P-Verhältnis und vom Äquivalentverhältnis Ä ab. Verwendet man nämlich ein Metallphosphat mit einem höherem M/P-Verhältnis und Äquivalentverhältnis A, so kann das Gleichgewicht zwischen Schäumen und Aushärten durch Verwendung einer geringen Carbonatmenge aufrecht erhalten werden. Sind andererseits das M/P-Verhältnis und das Äquivalentverhältnis Ä kleiner, so ist eine relativ große Carbonatmenge erforderlich, um das erforderliche Gleichgewicht zwischen Schäumen und Aushärten aufrecht zu halten. Eine Analyse der erhaltenen Daten hat ergeben, daß zufriedenstellende Ergebnisse dann erzielt werden, wenn man das Äquivalentverhältnis Ä des eingesetzten Metallphosphats, das im Bereich von 1/3 bis 3/4 liegt, durch Zusatz des Carbonats auf 0,65 bis 0,95 erhöht. Um durch Entwicklung von Kohlendioxidblasen eine ausreichende Expansion zu erzielen, wird das Carbonat ferner vorzugsweise in einer Menge verwendet, die zur Erhöhung des Äquivalentverhältnisses um mindestens 0,06, vorzugsweise 0,15 oder mehr, ausreicht. Um den genannten Bedingungen zu genügen, werden üblicherweise 5 bis 50 Gewichtsteile Carbonat pro IOO Gewichtsteile Metallphosphat verwendet.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt man zunächst eine wäßrige Lösung oder Dispersion des Metallphosphats her. Hierbei ist wichtig, daß die Komponenten homogen vermischt werden und die erhaltene wäßrige Lösung oder Dispersion eine geeignete Viskosität aufweist. Bei zu niedriger Viskosität kann der Schaumstoff vor dem Verfestigen schrumpfen. Andererseits ist es bei zu hoher Viskosität schwierig, das Treibmittel zuzumischen. In keinem dieser Fälle wird daher ein brauchbarer Schaumstoff erhalten. Zur Erzielung einer geeigneten Viskosität verwendet man 20 bis 200 Gewichtsteile Wasser pro 100 Gewichtsteile des Phosphats bzw. modifizierten Phosphats. Eine Analyse der erhaltenen Daten hat ferner ergeben, daß man besonders günstige Ergebnisse erzielt, wenn man das Carbonat einer wäßrigen Lösung oder Dispersion des Phosphats oder modifizierten Phosphats zusetzt, bei dem das M/P-Verhältnis 1/3 bis 3/2 und das Äquivalentverhältnis Ä 1/3 bis 3/4 betragen und das M/P-Verhältnis nicht kleiner als das Äquivalentverhältnis Ä und nicht höher als das 2/3fache des Äquivalentverhältnisses Ä ist. Die Zusatzmenge wird hierbei so gewählt, daß das Äquivalentverhältnis Ä um mindestens 0,06 auf ein Äquivalentverhältnis Ä des erhaltenen Schaumstoffs im Bereich von 0,65 bis 0,95 erhöht wird

Die wäßrige Lösung oder Dispersion des Metallphosphats, deren Zusammensetzung innerhalb des genannten bevorzugten Bereichs liegt, ist selbst bei längerer Lagerung stabil und zeigt keine Selbsthärtungsneigung. Die stabile wäßrige Lösung oder Dispersion des Metallphosphats kann durch Zugabe des genannten Metallcarbonats mit einem hohen Expansionsverhältnis geschäumt und gleichzeitig verfestigt werden, üblicherweise wird das Carbonat zugegeben, in dem man die wäßrige Phosphatlösung oder -dispersion mit hoher Geschwindigkeit rührt. Hierauf gießt man das erhaltene Gemisch in eine geeignet geformte Form und läßt es bei Normaltemperatur schäumen und aushärten. Innerhalb einigen Sekunden bis zu einigen IO Minuten nach dem Mischen beginnt gewöhnlich das Schäumen und die vollständige Aushärtung erfolgt innerhalb 10 Minuten bis 10 Stunden. Der Expansionsgrad, die Expansionsgeschwindigkeit und die Aushärtungsgeschwindigkeit

is können anhand der Zusammensetzung des Phosphats, des verwendeten Carbonats und seiner Menge sowie der Rührgeschwindigkeit beim Mischen beliebig geregelt werden.
Der anorganische Schaumstoff der Erfindung weist vorzugsweise an die Phosphatgruppen chemische gebundene hydrophobe Gruppen auf. Unter diesen hydrophoben Gruppen verleihen insbesondere Reaktionsprodukte zwischen den Phosphatgruppen und Verbindungen der allgemeinen Formel (I) dem Schaumstoff ausgezeichnete wasserabstoßende Eigenschaften:

(O),
R'—(O)_m—Q=(O)* (I)

?■

R"

Hierbei bedeutet Q ein Phosphor- oder Stickstoffatom und k, /, m und η sind ganze Zahlen von 0 bis 1. wobei, falls Q ein Phosphoratom ist,

a) k den Wert 0 oder 1, / und m den Wert 1 und η den Wert 0 oder 1 haben, R und R' Wasserstoffatome sind und R" ein Alkyl-, Aryl-, substituierter Alkyl- oder substituierter Arylrest ist. oder

b) k den Wert 0 oder 1, / den Wert 1, ;» und /i den Wert 0 oder 1 haben, R ein Wasserstoffatom ist. und R' und R" Alkyl-, Aryl-, substituierte Alkyl- oder substituierte Arylreste sind, und falls Q ein Stickstoffatom ist, k, /, m und η den Wert 0 haben und R, R' und R" Wasserstoffatome oder Alkyl-. Aryl-, substituierte Alkyl- oder substituierte Arylreste sind, mu ^er Maßgabe, daß R, R' und R" nicht gleichzeitig Wasserstoffatome sein können.

Typische Beispiele für Verbindungen der Formel (I) sind:

R₂ OH

R₃-O OH

R₁

(C)

P-OH

Rl O

(d) P-OH
/

R₃-O

(e) R₅-N
R*

wobei Ri einen Alkyl-, Aryl-, substituierten Alkyl- oder substituierten Arylrest, R₂ eine Hydroxygruppe oder einen Alkyl-, Aryl-, substituierten Alkyl- oder substituierten Arylrest, R₃ ein Wasserstoffe torn oder einen Alkyl-, Aryl-, substituierten Alkyl- oder substituierten Arylrest und R₄, R₅ und R₆ Wasserstoffatome oder Alkyl-, Aryl-, substituierte Alkyl- oder substituierte Arylreste bedeuten, R₄, R₅ und R₆ jedoch nicht gleichzeitig Wasserstoffatome sein können.

Bekannte anorganische Schaumstoffe oder poröse Materialien haben gemeinsam den Nachteil, daß sie eine schlechte Wasserbeständigkeit aufweisen und Wasser oder Feuchtigkeit stark absorbieren. Die ursprünglich gute Wärmeisolierfähigkeit wird daher oft im praktischen Einsatz durch die Wasser- bzw. Feuchtigkeitsabsorption beeinträchtigt.

Zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit ist bereits vorgeschlagen worden, eine hydrophobe Substanz, z. B. Paraffinwachs, Mineralöl oder Siliconöl, in einem anorganischen Material, wie Zement oder Gips, zuzusetzen. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß sich die hydrophobe Verbindung nur äußerst schwer mit den anorganischen Material homogen mischen läßt. Ein bei makroskopischer Beobachtung homogen erscheinendes Gemisch kann sich bei mikroskopischer Beobachtung als inhomogen herausstellen. Die Verbesserung der Wasserbeständigkeit ist daher recht beschränkt; insbesondere bei Schaumstoffen oder porösen Materialien mit einer Struktur, die die Wasserabsorption begünstigt, ist es unmöglich, die Wasserbeständigkeit nach dem beschriebenen Verfahren zu verbessern.

1 m Gegensatz iu den bekannten Verfahren wird die Wasserbeständigkeit des anorganischen Schaumstoffs der Erfindung dadurch beeinflußt, daß man die Verbindung der allgemeinen Formel (I), die mit dem Metallphosphat reaktive funktionelle Gruppen in Kombination mit hydrophoben Gruppen aufweist, homogen dispergiert. Die Verbindung entfaltet ihre Wirkung bereits bei äußerst geringen Zusatzmengen und die Wirkung ist praktisch permanent, da die Verbindung chemisch an das anorganische Material gebunden ist. Es ist daher von kritischer Bedeutung, daß die Verbindung (I) mit dem Metallphosphat reaktive funktionelle Gruppen in Kombination mit hydrophoben Gruppen aufweist. Eine nur hydrophobe Gruppen aufweisende Verbindung ist nicht im Sinne der Erfindung wirksam. Als hydrophobe Gruppen eignen -ich z. B. Alkyl-, Aryl-, substituierte Alkyl- und substituierte Arylreste. Ferner sind Alkylsilylgruppen

R—Si—

ίο verwendbar. Die mit dem Metallphosphat reaktiven funktionellen Gruppen sind Aminogruppen, die durch eine Neutralisationsreaktion an die Phosphorsäuregruppen des Metallphosphats chemisch gebunden werden, oder Phosphorhydroxidgruppen, die durch Neutralisations- oder Austauschreaktion an die Metallionen des Metallphosphats chemisch gebunden werden. Spezielle Beispiele für Verbindungen der allgemeinen Formel (I) sind organische Amine, wie Mono- (oder Di- oder Tri-)-butylamin, Mono- (oder Di- oder Tri-)hexylamin, Mono- (oder Di- oder Tri-)-octylamin. Mono- (oder Di- oder Tri-)laurylamin, Mono- (oder Di- oder Tri-)palmitylamin, Anilin oder Myristylphenylamin, organische Phosphorsäuren, wie Mono- (oder Di-)phenylphosphorsäure oder Mono- (oder Di-)phenylphosphorsäure, Phosphorsäureester, wie Phosphorsäuremono- (oder -di-)butylester oder Phosphorsäuremono- (oder -di-)-oleylester, organophosphorige Säuren, wie Mono- (oder Di-)-stearylphosphorige Säure, oder Mono- (oder Di-)-dodecylphenylphosphorige Säure, und Phosphorigsäureester, wie Phosphorigsäure-(octyl)-(dodecyl)-ester, Phosphorigsäure-(butyl)-(nonylphenyl)-ester und Phosphorigsäurestearylester.

Die Verbindung der Formel (I) wird in einer Menge von 0,01 bis 10 Gewichtsteilen, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gewichtsteilen, pro 100 Gewichisteile Metallphosphat verwendet. Mit Mengen von weniger als 0,01 Gewichtsteil ist kein signifikanter Effekt erzielbar. Andererseits verhindern Mengen von mehr als 10 Gewichtsteilen ein homogenes Vermischen und Umsetzen und führen in extremen Fällen zu einem Verlust der gewünschten Eigenschaften, d. h. der ausgezeichneten Wärmeisolierfähigkeit und Nichtentflammbarkeit.

Die Verbindung der Formel (I) kann zu beliebiger Zeit während der Herstellung des Schaumstoffs zugesetzt werden. Beispielsweise kann sie in der eingesetzten wäßrigen Metallphosphatlösung oder-dispersion enthalten sein, oder aber man kann sie dem Carbonat zumischen, das der wäßrigen Metallphosphatlösung oder -dispersion zugesetzt wird.

Wie vorstehend beschrieben, wird der erfindungsgemäße Effekt durch Verwendung einer Verbindung erzielt, die mit dem Metallphosphat reaktive funktionell Gruppen in Kombination mit hydrophoben Gruppen aufweist.

Mit dem Metallphosphat reaktive hydrophobe Verbindungen, wie Alkohole, Epoxyverbindungen und Aminsalze von schwachen Säuren, können daher ebenfalls verwendet werden, um in situ die Verbindung der Formel (I) zu bilden.

Der anorganische Schaumstoff der Erfindung kann ferner gegebenenfalls Zuschlagstoffe, Verstärkungsmaterialien und/oder Füllstoffe enthalten, um die mechanische Festigkeit zu verbessern. Hierbei ist von Bedeutung, daß die Zellform und -größe des Schaumstoffs durch die Verwendung eines derartigen Verstärkungsmaterials stark beeinflußt wird. Insbesondere die physikalischen Eigenschaften, wie die

Wärmeisolierfähigkeit, können manchmal verschlechtert werden, so daß die Art und die Menge des Verstärkungsmaterials sorgfältig ausgewählt werden sollten. Als Verstärkungsmaterialien eignen sich z. B. faserförmige Materialien, wie Glasfasern, Asbestfasern, Steinwolle, faseriges Calciumsilikat, Cellulosefasern und Synthesefasern, wie Polyester und Polyamide, sowie pulverförmige Verstärkungsmaterialien, wie Flugasche, Talcum, Kaolinit, Zirkonsand, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und Perlit. Die Menge des Verstärkungsmaterials beträgt vorzugsweise 1 bis 1000 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Phosphats. Vor allem faserförmige Verstärkungsmaterialien können bei Verwendung in zu großen Mengen einen sehr nachteiligen Einfluß auf den Schäumzustand ausüben, während sie andererseits die Festigkeit des Schaumstoffs beträchtlich erhöhen. Sie werden daher vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 25 Gewichtsteilen verwendet. Demgegenüber verbessern pulverförmige Verstärkungsmaterialien in geringer Menge die Festigkeit des Schaumstoffs nicht nennenswert, haben jedoch andererseits bei größeren Mengen keinen negativen Einfluß auf den entstehenden Schaumstoff. Sie werden daher vorzugsweise in Mengen von 10 bis 1000 Gewichtsteilen verwendet. Mengen von mehr als 1000 Gewichtsteilen sind nicht bevorzugt, da die Verarbeitbarkeit verschlechtert wird und die Schaumstoffe ein geringeres Expansionsverhätnis und schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die Obergrenze des Gehalts an Verstärkungsmaterialien ist ferner dann beschränkt, wenn sie mit dem Metallphosphat der Erfindung reaktive Metallverbindungen enthalten.

UlIlVI TUnüItUUllg UVI Vl llllUUllt^agVUiaiJVH IVll-

schungen können bei Normaltemperatur und Normaldruck anorganische Schaumstoffe von komplizierter Form hergestellt werden, die mit bekannten anorganischen Schaumstoffen nicht herstellbar sind. Außerdem besitzen die Schaumstoffe der Erfindung ausgezeichnete Nicht-Entflammbarkeit, Wärmeisolierfähig-

1. Messung der Wasserabsorption

Aus der Probe wird ein 5 χ 5 χ 5 cm großer Prüf- wiegt. Die pro 100 cm³ des Prüfblocks absorbierte

block ausgeschnitten und nach Messung des Gewichts Wassermenge wird nach folgender Gleichung berech-

und des scheinbaren Volumens 3 Stunden in Wasser 45 net: von 25°C getaucht, worauf man den Block nochmals

Gewicht nach der Absorption (g) — Gewicht vor der Absorption (g)
Scheinbares Volumen des Prüfblocks vor der Absorption (cm³)

keit. Hitzebeständigkeit und Wasserbeständigkeit sowie mechanische Festigkeit.

Der erfindungsgemäße Schaumstoff eignet sich ausgezeichnet zur Herstellung von Verbundstoffe!! mit anderen Materialien. Wie vorstehend beschrieben, ist die erfindungsgemäße Mischung bei Normaltemperatur und -druck schäumbar, so daß Verbundstoffe einfach dadurch hergestellt werden können, daß man die Mischung in den Zwischenraum zwischen den anderen Materialien gießt und schäumen und aushärten läßt. Diese Verarbeitungsweise ist bei bekannten anorganischen Schaumstoffen völlig undenkbar. Durch Gießen der Mischung in den Zwischenraum zwischen den anderen Matrialien, die verschiedene komplizierte Form aufweisen können, z. B. eine Ebene, gekrümmte oder Honigwabenstruktnr, und anschließendes Schäumen und Aushärten der Mischung können daher leichtgewichtige Verbundstoffe mit ausgezeichneter Wärmeisolierfähigkeit hergestellt werden, die für verschiedene Zwecke, vorzugsweise als Wärmeschutzmaterialien, verwendet werden können. Hierbei ist es nicht erforderlich, großkalibrige Anlagen zu verwenden, sondern die erfindungsgemäße Mischung eignet sich auf für Wärmeisoliermaterialien von Wärmespeichern, Wärmeisoliermaterialien für Schiffeoder flammhemmende Wärmeisoliermaterialien für Stahlgerüste, bei denen die Formgebung am Ort der Herstellung der Mischung erfolgt.

Andere, in Kombination mit der erfindungsgemäßen Mischung verwendbare Materialien sind z. B. Metalle, Gläser, Zementprodukte, Gipsprodukte, Kunststoffe, Hölzer, Papiere und Gewebe. Der anorganische Schaumstoff zeigt eine ausgezeichnete Haftung an diesen anderen Materialien.

Die Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Teile beziehen sich auf das Gewicht; die Wärmeleitfähigkeit wird nach ASTM-C 518 gemessen.

Zur Bestimmung der Wasserbeständigkeit werden folgende Test verfahren angewandt:

Wasserabsorption (g/lOOcm ) =

100.

2. Prüfung des Eindringens von roter Tinte

Aus der Probe wird ein 3 χ 3 χ 6 cm großer Prüf- den Block quer durchschneidet und das Eindringen der block ausgeschnitten und 12 Stunden in handeis- roten Tinte auswertet,
übliche wäßrige rote Tinte getaucht, worauf man

Beispiel 1

Primäres Aluminhnnphosphat 150 Teile
(50prozentige wäßrige Lösung)

Tertiäres Magnesiumphosphat 50 Teile

Tertiäres Calciumphosphat 40 Teile

Die vorstehenden Komponenten mit einem M/P-Verhältnis von 0,91 und einem Ä-Verhältnis von 0,67 werden bei Nonnaltemperatur vollständig vermischt, worauf man 20 Teile basisches Magnesiumcarbonat zumischt. Das Gemisch wird dann entnommen und stehengelassen. Der sofort beginnende Schäumvorgang ist nach 15 Minuten praktisch vollständig, wobei ein Schaumstoff (M/P = 1,07; A = 0,77) entsteht, dessen

Eigenschaften in Tabelle I genannt sind. Die Wärmeleitfähigkeit wird bei einer mittleren Temperatur von 35°C gemessen und die Hitzebeständigkeit wird anhand der Änderungen ausgewertet, die nach 2stündiger Behandlung des Schaumstoffs in einem Elektroofen

bei 1000° C zu beobachten sind. Zum Vergleich sind auch die Eigenschaften eines Polystyrolschaums in Tabelle I genannt.

Tabelle I	13	Expansions verhältnis	27 56 1	98	14
Probe		19,5 25,0	Spez. Gewicht	Wärmeleit fähigkeit (kcal/m.h. ^CC)	Hitzebeständigkeil
Beispiel 1 Polystyrolschaum		0,11 0,04	0,035 0,030	keine Änderung nach 2 h bei 1000⁰C vollständige Verformung nach 5 min bei 110⁰C

Beispiele 2 und 3 _Die Komponenten werden gründlich vermischt

Vergleichsbeispiele 1 und 2 _{15 un}d bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei eine

75prozentige wäßrige 91,4 Teile transparente viskose Lösung (M/P = 0,66; Ä = 0,50)

Phosphorsäure-Lösung entsteht. Die Lösung wird mit verschiedenen, in

Aluminiumhydroxid 11,4 Teile Tabelle II genannten Mengen Calciumcarbonat ver-

Zinkoxid 11,4 Teile mischt.

Magnesiumoxid 7.5 Teile 20

Tabelle II

Vergleichs- Beispie! 2 Beispiel 3 Vergleichs

beispiel I beispicl 2

Calciumcarbonatmenge (Teile) 4 23 34 51

Die Eigenschaften der entstehenden Schaumstoffe sind in Tabelle III genannt.
Tabelle III

	Spez. Gewicht	M/P	A	Wärmeleit	Schäumung
				fähigkeit
				(kcal/m, h. "C)
Vergleichsbeispiel 1	—	0,73	0.54	—	geschäumt, jedoch nicht verfestigt
Beispiel 2	0,09	1,00	0,72	0,038	gleichmäßige, getrennte Zellen
					mit einer durchschnittlichen
					Zellengröße von 2,1 mm
Beispiel 3	0,05	1,16	0,83	0,033	gleichmäßige, getrennte Zellen
					mit einer durchschnittlichen
					Zellgröße von 1,5 mm
VereleichsbeisDiel 2		1.40	0.99		nicht mischbar

Beispiele 4 bis 9
Es werden die in Tabelle IV genannten wäßrigen Metallphosphatmischungen hergestellt. Die Mengenangaben

sind Gewichtsteile.	Beispiel 4	Beispiel 5	Beispiel 6	Beispiel 7	Beispiel 8	Beispiel 9
Tabelle IV	140	140	140	140	160	160

Phosphorsäure	40	30	25	20	20	20
(75% wäßrige Lösung)	10	20	25	30	—	—
Aluminiumhydroxid	—	—	—	—	35	35
Magnesiumoxid	—	—	—	—	—	40
Zinkoxid	50	50	50	50	—	20
Natriumhydroxid	0,70	0,81	0,87	0,93	0,55	1,38
Wasser	0.63	0.66	0.68	0,70	0,44	0,72
M/P
S

Die Metallphosphatmischungen sind sämtlich stabile Lösungen, die nach 24 Stunden weder eine Viskositätszunahme noch Verfestigungserscheinungen zeigen.

Die einzelnen Mischungen werden mit basischem Magnesiumcarbonat in der in Tabelle V genannten Menge versetzt. Durch gründliches Mischen der jeweiligen Gemische erhält man Schaumstoffe, deren Eigenschaften in Tabelle V genannt sind.

Tabelle V

	Beispiel 4	Beispiel 5	Beispiel 6	Beispiel 7	Beispiel 8	Beispiel 9
Basisches Magnesium-	40	35	30	25	80	20
carbonat (Teile)
M/P	1,08	1,15	1,16	1,17	1,23	1,59
Ä	0,89	0,88	0,87	0,86	0,89	0,83
Spez. Gewicht	0,08	0,07	0,07	0,06	0,04	0,09
Mittlere Zellengröße	1,1	1,0	1,5	1,0	1,5	2,0
(mm)

Vergleichsbcispiele 3 bis 5

Es werden die in Tabelle VI genannten Metallphosphatmischungen hergestellt. Die Mengenangaben sind Gewichtsteile.

Tabelle VI	Vergleichs	Vcrgleichs-	Vergleichs
	beispiel 3	beispiel 4	beispiel 5
	100	100	100
Prim. Alu
miniumphosphat
(50prozentige
wäßrige Lösung)	12,9	—	—
Magnesiumoxid	— ■	26,9	—
Zinkoxid	—	—	100
Calciumsilicat	1,00	1,03	2,!
M/P	0,78	0,80	1,5
Ä

25

30

35

40

Die Metallphosphatmischungen sind sämtlich instabil und verfestigen sich in wenigen Minuten. Bei Zusatz eines Carbonate eines mehrwertigen Metalls ist bei diesen Mischungen praktisch kein Schäumen zu beobachten.

Vergleichsbeispiel 6

Primäres Alumin iumphosphat 100 Teile (50prozentige wäßrige Lösung)

Calciumsilicat 100 Teile

Die Komponenten (M/P = 2,1; Ä = 1,5) werden gründlich vermischt und dann vor der vollständigen Verfestigung der Komponenten mit 10 Teilen Calciumcarbonat vermengt. Die Eigenschaften des erhaltenen Schaumstoffs sind in Tabelle VII genannt.

Tabelle VIl

Spez. Gewicht Mittlere Zellengröße Wärmeleitfähigkeit

(kcal/m, h. "C)

55

60

5,00 min

0,115

65 mit M/P-Verhältnissen und Ä-Verhältnissen außerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche keine stark expandierten Schaumstoffe mit niedrigem spezifischem Gewicht hergestellt werden können.

Vergleichsbeispiel 7

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man Natriumcarbonat an Stelle von basischem Magnesiumcarbonat in derselben Menge. Die Mischung schäumt zwar, jedoch kommt es selbst nach längerer Zeit zu keiner Aushärtung, so daß kein fester Schaumstoff entsteht. Es ist somit von kritischer Bedeutung, ein Carbonat eines mehrwertigen Metalls zu verwenden, das auch als Härtungsmittel fungiert.

Beispiel 10

Primäres Zinkphosphat 450 Teile
(50prozentige wäßrige Lösung)

Tertiäres Magnesiumphosphat 150 Teile

Tertiäres Calciumphosphat 120 Teile

Die Komponenten (M/P = 1,01 :Ä = 0,68) werden gründlich vermischt, worauf man 75 Teile Magnesiumcarbonat zumischt. Das erhaltene Gemisch wird in den ringförmigen Raum zwischen den Doppelwandungen von senkrecht angeordneten Doppelrohren aus Stahl gegossen, wobei das äußere Rohr eine Höhe von 300 mm, einen Durchmesser von 100 ml und eine Stärke von 1 mm und das innere Rohr eine Höhe von 300 mm, einen Durchmesser von 50 mm und eine Stärke von 1 mm aufweisen. Nach 10 Sekunden beginnt das Schäumen und nach 45 Minuten ist die Aushärtung vollständig. Der Raum zwischen den Doppelwandungen ist vollständig mit einem Schaumstoff (M/P = 1,22; Ä = 0,81) gefüllt, der an den Wandungen fest haftet. Das Expansionsverhältnis eines zur Messung entnommenen Teils des Schaumstoffs beträgt 18,5.

Beispiel 11

Phosphorsäure 80 Teile
(75prozentige wäßrige Lösung)

Aluminiumhydroxid 15 Feile

Zinkoxid 25 Teile
Phosphorsäuremonolaurylester 0.5 Teile

Die Ergebnisse der Vergleichsbeispiele 3 bis 6 zeilen, daß aus selbsthärtendcn A.us^o3n^osniischun°cn Die Komponenten werden gründlich vermischt und bsi Normallsm^ratur urn°esetzt wobei eine trsns-

parente viskose Lösung (M/P = 0,79; Ä = 0,66) entsteht. Beim Vermischen dieser Lösung mit 20 Teilen basischem Magnesiumcarbonat setzt sofort das Schau-Tabelle VIII

men ein und ist nach 10 Minuten praktisch vollständig. Es entsteht ein Schaumstoff (M/P = 1,13, A = 0,87) mit den in Tabelle VIII genannten Eigenschaften.

Dichte Wärmeleit- Druck Wasserbeständigkeit fähigkcit festigkeit

Wasser- Eindringen

absorption von roter

Tinte

(g/cm³) (kcal/m, h. (kg/cm²) (g/100cm³) "C)

0,08 0,035 0,5 1,5

nein

Beispiele 12 bis 17
Vergleichsbeispiele 8 bis 14

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die in Tabelle IX genannten Verbindungen anstelle von Phosphorsäuremonolaurylester. Die Eigenschaf-

ten der erhaltenen Schaumstoffe sind in Tabelle X genannt.

Tabelle IX	Beispiel 12	Beispiel 13	Beispiel 14	Beispiel 15
	Phosphorsäure- dibutylester H O	Phosphorigsäure- monostearylester H O	Diphenyl- phosphorsäure H O	Monooctyl- phosphorige Säure H O
Verbindung Chem. Formel

(Fortsetzung)

C₄H₉-O-P=O HO—P QH₅-P=O

Q-QH₉ Q-C₁₈H₃₇ QH₅

Beispiel 16

Verbindung Laurylamin

Chem. Forme] H

Beispiel 17 Vergleichsbeispiel 8

Dimethyloctylamin Stearinsäure

CH₃
QH₁₇-N

CH₃

OH
C₁₇H₃₅-C=O

HO-P

Vergleichsbeispiel 9

Dodecylnatriumsulfat ONa

Q₂H₂₅-O-S=O O

(Fortsetzung)

	Vergleichsbeispiel 10	Vergleichs beispiel 11	Vergleichsbeispiel 12	Vergleichsbeispiel 13	Vergleichs beispiel 14
Verbindung	Dodecylbenzol- natriumsulfonsäure	festes Paraffin	Phosphorsäure- triphenylester	Phosphorigsäure- tributylester	kein Zusatz
Chem. Formel	ONa ι		O—QH₅	0-QH₉
	Q--°	Q_nH_n,	QH₅O-P=O	C₄H₉-O-P	—
	/— Il Q₂H₂₅ O		0-QH₅	Q-QH₉

i

Beispiel 12

8

19

27

Wasserbeständigkeit

Eindringen

56

198

20

Wasser- Eindringen

Anmerkung

\ Beispiel 13

9

Wasser

von roter

absorption von roter
Tinte

Tabelle X

i Beispiel 14

10
11
52

absorption

Tinte

(g/100 cm³)

r Beispiel 15

13

Wasserbeständigkeit geprüft, wobei die in Tabelle Xl

Beispiel 18 1,6 nein

nach der

Beispiel 16

14

(g/100 cm³)

nein

genannten Ergebnisse erzielt werden.

Extraktion

- Beispiel 17

4,1

nein

5

Tabelle Xl

Beispiel 11 1,5 nein

vor der

Vergleichsbeispiel

U

nein

Extraktion

Vergleichsbeispiel

3,7

nein

Vergleichsbeispiel
- Vergleichsbeispiel
Vergleichsbeispiel

1,3

nein

Beispiele 19 bis 21

Vergleichsbeispiel

3,8

nein

10

Vergleichsbeispiele 15 bis

16

Vergleichsbeispiel

2,9

ja

Primäres Aluminiumphosphat
(50prozentige wäßrige Lösung)
Magnesiumoxid

160 Teile
15 Teile

30,1

ja

Zinksilicat

5 Teile

34,6

ja
ja
ja

36,1
31,9
32,6

ja

30,9

ja

15

32,3

20

Beispiel 18

Aus dem in Beispiel 11 erhaltenen Schaumstoff wird ein 3 χ 3 χ 6 cm großer Prüfblock ausgeschnitten, in einen Soxhlet-Extraktoreingebracht und 24Stunden mit 200 ml Isopropanol extrahiert. Der Prüfkötper wird nach der Extraktion getrocknet und auf seine Die Komponenten werden gründlich vermischt und umgesetzt, wobei eine transparente viskose Lösung (M/P = 0,87; Ä = 0,68) entsteht. Einige Tests werden unter Zugabe der in Tabelle XIl genannten Mengen von Phosphorsäuredistearylester durchgeführt, worauf man die Lösung vollständig dispergiert und mit 25 Teilen Calciumcarbonat versetzt, um das Schäumen und Aushärten zu bewirken. Es entstehen jeweils Schaumstoffe mit M/P = 1,20 und Ä = 0,90.

Tabelle XIl

Phosphorsäuredistearylester (Teile)

Vergleichsbeispiel 15

0,005

Beispiel 19 Beispiel 20

Beispiel 21

0,1

5,0

Vergleichsbeispie! 16

15,0

Die erhaltenen Schaumstoffe werden auf ihre Wasserbeständigkeit und durch lOminütiges Erhitzen auf 800⁰C auf ihre Hitzebeständigkeit geprüft. Hierbei werden die in Tabelle XIlI genannten Ergebnisse ermittelt.

Beispiel 22

Tabelle XlII	Wasserbeständigkeit	Eindringen	Hitzebestän
		von roter	digkeit
	Wasser	Tinte
	absorption
		ja
	(g/100 cm¹)
	25,0	nein	normal
Vergleichs		nein
beispiel 15	2,1	nein	normal
Beispiel 19	1,4	nein	normal
Beispiel 20	1,0		normal
Beispiel 21	0,8		Ruß- und
Vergleichs			Geruchsent
beispiel 16		wicklung

Phosphorsäure	80 Teile
(75prozentige wäßrige Lösung)
Aluminiumhydroxid	15 Teile
Magnesiumoxid	10 Teile
Zinkoxid	15 Teile
Octylamin	1,0 Teil

Die Komponenten werden gründlich vermischt und bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei eine halbtransparente viskose Lösung (M/P = 1,0: Ä = 0,79) entsteht. Nach Versetzen der Lösung mit 3,0 Teilen Papierpulpe und vollständiger Dispersion mischt man 10 Teile Calciumcarbonat zu und gießt die Mischung in den Zwischenraum zwischen zwei 300 χ 300 χ 1 mm großen Aluminiumplatten, um einen Sandwich-Verbundstoff mit einer Dicke von 50 mm herzustellen. Der Schaumstoff (M/P = 1,18; Ä = 0,90) haftet fest an den Aluminiumplatten. Ein Teil des Schaumstoffs wird herausgeschnitten, um seine Dichte, Wärmeleitfähigkeit, Wasserbeständigkeit und Druckfestigkeit zu prüfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle XIV genannt.

Tabelle XIV

Dichte

Wärmeleitfähigkeit

Ikcai/m. h. Cl

0,041 """'

Eindringen von Druckfestigkeit roter Tinte

nein

Beispiel 23

Phosphorsäure

(75prozentige wäßrige Lösung)
Aluminiumhydroxid
Zinkoxid

(kg/cm²)
2,5

80 Teile

15 Teile
25 Teile

Die Komponenten werden gründlich vermischt und umgesetzt, wobei eine transparente viskose Lösung (M/P = 0,79; Ä = 0,66) entsteht. 5 Teile Glasfasern (der Asahi Glass Fiber Co., Japan) werden der Lösung zugesetzt und darin vollständig dispergiert. Hierauf mischt man 20 Teile basisches Magnesiumcarbonat zu, entnimmt das Gemisch und läßt es stehen. Das sofort beginnende Schäumen ist nach 10 Minuten praktisch vollständig. Es entsteht ein Schaumstoff (M/P = 1.13: Ä = 0,87) mit einer Dichte von 0,09 g/cm³, einer Wärmeleitfähigkeit von 0,039 kcal/ m. h. C und einer Druckfestigkeit von 2,0 kg/cm².

Beispiele 24 bis 27

Phosphorsäure 80 Teile
(75prozentige wäßrige Lösung)

Aluminiumhydroxid 15 Teile

Magnesiumoxid 10 Teile

Zinkoxid 15 Teile

Die Komponenten werden gründlich vermischt und bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei eine halbtransparente viskose Lösung (M/P = 1,0; A = 0,79) entsteht.

In den Beispielen 24 bis 27 wird diese Lösung mit verschiedenen, in Tabelle XV genannten Mengen an Papierpulpe versetzt, worauf man vollständig dispergiert, 10 Teile Calciumcarbonat zumischt und das Gemisch schäumen und aushärten läßt. Es entstehen jeweils Schaumstoffe (M/P = 1.18; Ä = 0,90). deren Eigenschaften in Tabelle XV genannt sind.

Tabelle XV	Papierpulpe	Dichte	Wärmeleit	Druckfestig
Bei			fähigkeit	keit
spiel	!Teile)	(g/c:r,³)	(kcal/m, h. Q	(kg/cm²)
	0	0,06	0,033	0,5
24	2,5	0,07	0,033	1,5
25	5,0	0,09	0,037	2,0
26	20	0,15	0,041	7,5
27

35

Beispiele 28 bis 30
Vergleichsbeispiel 17

Primäres Aluminiumphosphat 160 Teile
(50prozentige wäßrige Lösung)

Magnesiumoxid 15 Teile

Zinksilicat 5 Teile

Die Komponenten werden gründlich gemischt und umgesetzt, wobei eine transparente viskose Lösung (M/P = O,87:Ä = 0,67)entsteht. Verschiedene Experimente werden unter Zusatz verschiedener, in Tabelle XVI genannter Mengen von Kaolinit (SiO₂ 72,10%; Ai₂O₃ 19,57%; Fe₂O₃ 0,39%; CaO 0,80%; MgO 0,54%) durchgeführt, wobei man nach vollständiger Dispersion die einzelnen Gemische mit 30 Teilen basischem Magnesiumcarbonat versetzt und Schäumen und Aushärten läßt. Es entstehen jeweils Schaumstoffe (M/P = 1,13; Ä = 0,84), deren Eigenschaften in Tabelle XVI genannt sind.

Tabelle XVI

30 Kaolinit Dichte

(Teile)

Wärme- Druckieitfähigfesligkeil keit

(g/cm³) (kcal/m.h. (kg/cm²)
C)

Beispiel 28
Beispiel 29
Beispiel 30
Vergleichsbeispiel 17

0 0,05

50 0,07

100 0,09

1250 0,47

0,032 0,4

0,035 2,5

0,038 2,7

0,078 9,3

Beispiel 31

Phosphorsäure	80 Teile
(75prozentige wäßrige Lösung)
Aluminiumhydroxid	15 Teile
Magnesiumoxid	10 Teile
Zinkoxid	15 Teile

40

45 Die Komponenten werden gründlich vermisch und bei Normaltemperatur umgesetzt, wobei ein« halbtransparente viskose Lösung (M/P = 1,0 Ä = 0,79) entsteht. Die Lösung wird mit 3,0 Teiler Papierpulpe versetzt, vollständig dispergiert, mi 10 Teilen Calciumcarbonat vermischt und in der Zwischenraum zwischen zwei 300 χ 300 χ 1 mir großen Aluminiumplatten gegossen, um einen Sand wich-Verbundstoff mit einer Dicke von 50 mm her zustellen. Der Schaumstoff (M/P = 1,18; A = 0,90 haftet fest an den Aluminiumplatten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

R'—(O)n,-Q=(O)t (O)n R" (D !0 15 20 Patentansprüche:

1. Anorganischer Schaumstoff auf Basis von Metallsalzen der Phosphorsäure, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Verhältnis der Gesamtzahl der die Salze bildenden Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome 2/3 bis 2/1 beträgt,

b) die die Salze bildenden Metalle mindestens ein mehrwertiges Metall umfassen und das Äquivalentverhältuis der Gesamtvalenzen des Metalls zu den Gesamtvalenzen des Phosphations 0,65 bis 0,95 beträgt,

c) der Schaumstoff aus Zellen mit einem mittleren Durchmesser von 3 mm oder weniger besteht und

d) ein spezifisches Gewicht 0,15 g/cm³ oder weniger aufweist.

2. Schaumstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrwertige Metall mindestens ein zweiwertiges und/oder dreiwertiges Metall ist.

3. Schaumstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrwertige Metall Magnesium, Zink und/oder Aluminium ist.

4. Schaumstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrwertige Metall zusätzlich Calcium ist.

5. Schaumstoff nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallphosphat zusätzlich mindestens ein Alkalimetall enthält.

6. Schaumstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens einen Zusatz aus der Reihe der Zuschlagstoffe, Verstärkungsmaterialien und Füllstoffe enthält.

7. Schaumstoff nach einen? der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er an das Metallphosphat chemisch gebundene hydrophobe Gruppen enthält.

8. Schaumstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophoben Gruppen durch Umsetzen des Metallphosphats mit einer Verbindung der allgemeinen Formel I erzeugt worden sind:

50

55

in der Q ein Phosphor- oder Stickstoffatom bedeutet und k, I, m und η ganze Zahlen mit einem Wert von 0 oder 1 sind, wobei falls Q ein Phosphoratom ist,

a) k den Wert 0 oder 1, / und m den Wert 1 und /i den Wert 0 oder 1 haben, R und R' Wassersloffatome sind und R" ein gegebenenfalls substituierter Alkyl- oder Arylrest ist, oder

b) k den Wert 0 oder 1, / den Wert 1 und m und η jeweils den Wert 0 oder 1 haben, R ein

' Wasserstoffatom ist und R' und R" gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylreste sind, und falls Q ein Stickstoffatom ist, k, I, m und η den Wert 0 haben, R, R' und R" Wasserstoffatome oder gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylreste sind, mit der Maßgabe, daß R, R' und R" nicht sämtlich Wasserstoffatome sein können.

9. Verfahren zur Herstellung eines anorganischen Schaumstoffs auf Basis von Metallsalzen der Phosphorsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung, die

a) ein Metallphosphat mit mindestens einem mehrwertigen Metall, wobei das Verhältnis der Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome in dem Metallphosphat 1/3 bis 3/2 und das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen der Metallatome zu den Gesamtvalenzen der Phosphationen in dem Metallphosphat 1/3 bis 3/4 beträgt,

b) sin Carbonat eines mehrwertigen Metalls und

c) Wasser enthält, wobei die Menge des Metallcarbonats (b) so geregelt wird, daß das Verhältnis der Gesamtzahl der Metallatome zur Gesamtzahl der Phosphoratome in dem entstehenden Schaumstoff 2/3 bis 2/1 und das Äquivalentverhältnis der Gesamtvalenzen der Metallatome zu den Gesamtvalenzen der Phosphationen in dem entstehenden Schaumstoff 0,65 bis 0,95 beträgt, schäumt, und bei Normaltemperatur aushärten läßt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als mehrwertiges Metall mindestens ein zweiwertiges und/oder dreiwertiges Metall verwendet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man als mehrwertiges Metall Magnesium, Zink, Aluminium oder deren Kombinationen verwendet.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man als mehrwertiges Metall zusätzlich Calcium verwendet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Metallphosphat verwendet, das zusätzlich mindestens ein Alkalimetall enthält.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß man das Metallphosphat mit Oxiden, Hydroxiden oder Silikaten von ein- oder mehrwertigen Metallen modifiziert.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß man der schäumbaren Mischung ferner mindestens einen Zusatz aus der Reihe der Zuschlagstoffe, Verstärkungsmaterialien und Füllstoffe zugibt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Strontiumcarbonat, Bariumcarbonat, Zinkcarbonat, Eisencarbonat, Kobaltcarbonat, basisches Magnesiumcarbonat, basisches Zinkcarbonat und/oder basisches Kobaltcarbonat als Carbonate eines mehrwertigen Metalls verwendet.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß man der Mischung

0,01 bis 10 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Metallphosphats, einer Verbindung mit einer hydrophoben Gruppe und einer funktioneilen Gruppe, die mit dem Metallphosphat reaktionsfähig ist, als wasserabstoßendes Mittel zusetzt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man der Mischung zusätzlich eine Verbindung der allgemeinen Formel I