DE3711549C2

DE3711549C2 - Leichter Calciumsilicat-Gegenstand sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE3711549C2
Application number: DE19873711549
Authority: DE
Inventors: Waichi Kobayashi; Satoshi Otaka; Hideo Uchiyama; Toshihiro Nakata; Tetsuya Sadatani
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1986-04-04
Filing date: 1987-04-06
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2007-04-07
Also published as: DE3711549A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines leichten Calciumsilicat-Gegenstands sowie einen Calciumsilicat-Gegenstand mit leichtem Gewicht, hoher me chanischer Festigkeit, hoher Hitzebeständigkeit und hoher Dimensionsstabilität, welcher, wie Holz, leicht verarbei tet werden kann.

Calciumsilicat ist ein leichtes und wärmestabiles Material. Es werden daher im Handel verschiedene Calciumsilicat-Gegenstände, die diese Eigenschaften aufweisen, verkauft. Bei spiele solcher Gegenstände sind Wärmeisolationsplat ten bzw. -bretter, bei denen die Eigenschaft des leichten Gewichts ausgenutzt wird, und eine feuerfeste Calciumsili catplatte, wo die Hitzestabilitätseigenschaften ausgenutzt werden. Von beiden Gegenständen werden in der Industrie große Mengen produziert. Die Wärme- bzw. Hitzeisolations platte besitzt eine Schüttdichte von unter 300 kg/m³ während die feuerfeste Platte eine Schüttdichte über 700 kg/m³ aufweist. Es sind daher Calciumsilicat-Gegen stände mit einer Schüttdichte im Bereich von 300-700 kg/m³ im Handel nur schwer erhältlich.

Die Schüttdichte von 300-700 kg/m³ ist fast die glei che wie die von natürlichem Holz. Man hat daher vorge schlagen, synthetisches Holz unter Verwendung von Cal ciumsilicat, wie es im folgenden erläutert wird, herzu stellen.

(1) In der JP 54-160428 A wird ein Calciumsilicat-Gegenstand beschrieben, der durch Verformung eines wäßrigen Gemisches aus 100 Gew.-Teilen Calciumsilicathydrat, 10 bis 150 Gew.-Teilen hydrauli schem Gips, 5 bis 30 Gew.-Teilen Polymeremulsion, einem Ausflockungsmittel für die Polymeremulsion, Wasser und Verstärkungsfasern und Trocknen des verformten Gemisches hergestellt worden ist.
(2) In der JP 60-246251 A2 wird ein Calciumsilicat-Gegenstand be schrieben, welcher durch Verformen eines wäßrigen Ge misches aus 100 Gew.-Teilen Calciumsilicathydrat, 5 bis 30 Gew.-Teilen (als Feststoffgehalt) eines Carboxyl ent haltenden Styrol-Butadien-Copolymer-Latex, einem kationi schen polymeren Ausflockungsmittel und Wasser und Trock nen des verformten Gegenstands hergestellt worden ist.
(3) In der JP 61-17462 A2 wird ein Calciumsilicat-Gegenstand beschrieben, welcher durch Verformen eines wäßrigen Gemisches aus 100 Gew.- Teilen (als Feststoffgehalt) Calciumsilicathydrat, 5 bis 50 Gew.-Teilen (als Feststoffgehalt) einer Polymeremul sion, die durch Polymerisation eines hydrophoben ethyle nisch ungesättigen Monomeren in Abwesenheit eines Emul giermittels hergestellt worden ist, und 0,05 bis 15 Gew.- Teilen Ausflockungsmittel und Trocknen des geformten Ge misches hergestellt worden ist.
(4) In der JP 60-261311 A2, die im Namen der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde, wird ein Calciumsilicat beschrieben, welches 100 Gew.-Teile Calciumsilicathydrat, 1 bis 30 Gew.-Teile Verstärkungsfasern, 1 bis 40 Gew.-Teile Latex und 0,1 bis 5 Gew.-Teile Dispersionsmittel enthält.

Die US 3,679,446 betrifft ein Formprodukt aus kristalli siertem Calciumsilicathydrat, das im wesentlichen aus zahl reichen Agglomeraten von Calciumsilicatkristallen, die in mindestens einer Richtung verpreßt sind und miteinander über dazwischenliegende Poren verbunden sind, besteht.

Die US 4,162,924 betrifft einen Formkörper aus Calciumsi licat, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er aus globulären Sekundärteilchen, die miteinander verknüpft sind und jeweils aus Xonotlit- oder Foshagitkristallen, die dreidimensional miteinander verknüpft sind, besteht.

Die DE 29 36 169 A1 beschreibt kugelförmige Sekundärteilchen aus Calciumsilicatkristallen der Wollastonitgruppe, die durch die Formel

1 CaO·mSiO₂·nH₂O

bestimmt sind, worin 1 1 6, 1 m 6 und 0 n 1 ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus hohlkugelförmi gen Sekundärteilchen aus Calciumsilicatkristallen der Wolla stonitgruppe bestehen, die eine mittlere spontane Sedimenta tionshöhe von wenigstens 800 ml, einen Außendurchmesser von 5-110 µ, ein mittleres Schüttgewicht von 0,04-0,09 g/cm³ und eine mittlere Schalenwichte haben, die durch die Formel

Y = 0,0033 X + B

bestimmt ist, worin Y die mittlere Schalenwichte, X der mitt lere Teilchendurchmesser und B eine Konstante ist, wobei 15 µm X 40 µm und 0 3 0,115 ist.

Die US 3,501,324 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Aufschlämmung aus Calciumsilicatkristallen mit der Fähigkeit zur Bildung eines Formprodukts aus Calciumsili catkristallen ohne Anwendung irgendeines Dampfdrucks, das da durch gekennzeichnet ist, daß man unter Rühren eine wäßrige Kalkaufschlämmung und ein reaktives siliciumhaltiges Material in einem Molverhältnis von CaO:SiO₂ zwischen 0,65 : 1 und 1,3 : 1 unter einem Dampfdruck von mindesten 49,05·10⁵ bar erhitzt.

Die in der Vergangenheit vorgeschlagenen Calciumsilicat Gegenstände besitzen einige Nachteile. Beispiele für die Nachteile werden im folgenden aufgeführt.

Der Calciumsilicat-Gegenstand von (1) besitzt keine zu friedenstellende mechanische Festigkeit. Beispielsweise wird in der Anmeldung angegeben, daß die Biegefestigkeit des Gegenstands mit einer Schüttdichte von 500 kg/m³ höchstens ungefähr 9,81·10⁶ Pa (100 kgf/cm³) beträgt. Dieser Gegenstand besitzt keine zufriedenstellende Wasserbeständigkeit, da er eine große Menge an hydraulischem Gips enthält. Die Einarbeitung von hydraulischem Gips in einer so großen Menge bringt weitere Nachteile hinsichtlich der Sicherheit, Wärmebeständigkeit und Dimensionsstabilität mit sich. Genauer gesagt kann ein Calciumsilicat-Gegenstand, welcher eine große Menge an hydraulischem Gips enthält, toxisches Schwefeldioxid durch Zersetzung des Gipses bilden, wenn er bei hohen Temperaturen, wie 800 bis 1000°C, gehalten wird oder er schrumpft, wenn das Hydrat wasser freigesetzt wird, wenn er bei 100 bis 500°C gehal ten wird.

Der Calciumsilicat-Gegenstand von (2) soll die Schwierigkeiten beseitigen, die dem Calciumsilicat-Gegen stand von (1) inhärent sind, wie eine nichtzufrie denstellende Wasserbeständigkeit, die Sicherheit, die Wärmebeständigkeit und Dimensionsstabilität. Hinsichtlich der mechanischen Festigkeit des entstehenden Gegenstands stellt man jedoch praktisch keine Verbesserung fest. Beispielsweise folgt aus den Beispielen der Anmeldung, daß die Biegefestigkeit des Gegenstands mit einer Schütt dichte von 500 kg/m³ höchstens einen Wert im Bereich von 3,92·10⁶ bis 1,08·10⁷ Pa aufweist. Wird eine große Menge eines solchen Latex, wie ein Styrol-Butadien-Copolymer-Latex, verwendet, so ist dies vom Standpunkt der Wärmebeständig keit unvorteilhaft, da der Styrol-Butadien-Copolymer-La tex eine hohe Verbrennungsenthalpie aufweist und der Styrolgehalt manchmal schwarzen Rauch oder einen schlech ten Geruch verursacht.

Der Calciumsilicat-Gegenstand von (3) soll die Schwierigkeiten beseitigen, die den Calciumsilicat-Gegen ständen bezüglich der Wasserbeständigkeit und der mechanischen Festigkeit innewohnen. Es wurde die mechanische Festigkeit des Calciumsilicat-Gegenstands in solchem Aus maß verbessert, daß die Biegefestigkeit des Gegenstands mit einer Schüttdichte von 440 bis 479 kg/m³ 1,27·10⁷ bis 1,47·10⁷ Pa (130 bis 150 kgf/cm³) beträgt. Jedoch besitzt der entstehende Gegenstand keine zufriedenstel lende Wärmebeständigkeit, da eine Polymeremulsion in gro ßer Menge, wie in einer Menge von 30 Gew.-Teilen (als Feststoffgehalt), in den Gegenstand eingearbeitet wurde.

Der Calciumsilicat-Gegenstand von (4) soll die Schwierigkeiten beseitigen, die den Calciumsilicat-Gegen ständen von (1) und (2) innewohnen. Die mechani sche Festigkeit des Calciumsilicat-Gegenstands wurde in solchem Ausmaß verbessert, daß die Biegefestigkeit des Gegenstands mit einer Schüttdichte von 500 kg/m³ ungefähr 1,18·10⁷ Pa beträgt. Es besteht je doch ein weiterer Bedarf, die mechanische Festigkeit zu verbessern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ei nen verbesserten leichten Calciumsilicat-Gegen stand mit zufriedenstellenden Eigenschaften, wie hoher Wärmebeständigkeit und hoher mechanischer Fe stigkeit, bereitzustellen.

Erfindungsgemäß soll ein verbesserter Calciumsilicat-Ge genstand bereitgestellt werden, welcher als wärme beständiges Baumaterial von Wert ist.

Erfindungsgemäß soll ein verbesserter Calciumsilicat-Ge genstand zur Verfügung gestellt werden, welcher als syn thetisches Holz verwendet werden kann.

Erfindungsgemäß soll ein verbesserter Calciumsilicat-Ge genstand mit hoher Schüttdichte von 300 bis 900 kg/m³ und hoher mechanischer Festigkeit zur Verfügung gestellt werden.

Erfindungsgemäß soll ein verbesserter Calciumsilicat-Ge genstand zur Verfügung gestellt werden, welcher als Bau material verwendet werden kann, der kaum toxische Gase, wie SO₂ und NO₂, freisetzt, wenn er auf hohe Temperaturen erhitzt wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstel lung eines leichten Calciumsilicat-Gegenstands mit einer Schüttdichte von 300 bis 900 kg/m³, dadurch gekennzeich net, daß man 100 Gew.-Teile Calciumsilicat, 1 bis 15 Gew.-Teile eines Materials, welches bei der Umsetzung mit Wasser Ettringit bildet, 1 bis 30 Gew.-Teile Verstär kungsfasern und 1 bis 40 Gew.-Teile Bindemittel in Form eines Latex in Wasser unter Bildung eines wäßrigen Gemi sches vermischt, das Gemisch zu der gewünschten Form ver formt und das geformte Gemisch trocknet.

Die Zugabe eines Materials, welches bei der Umsetzung mit Wasser Ettringit bildet, zu der wäßrigen Mischung vor der Verformung und dem Trocknen dient dazu, die me chanische Festigkeit des entstehenden Gegenstands zu ver bessern.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren für die Herstellung eines leichten Calciumsilicat-Gegen stands mit einer Schüttdichte von 300 bis 900 kg/m³, da durch gekennzeichnet, daß man 100 Gew.-Teile Calciumsi licat, 1 bis 20 Gew.-Teile Ethylen-Vinylacetat-Copolyme res, welches 0,01 bis 20 Gew.-% eines Wasserretentions mittels enthält, und 1 bis 30 Gew.-Teile Verstärkungsfa sern in Wasser vermischt, das Gemisch zu der gewünschten Form verformt und den geformten Gegenstand trocknet.

Der Einsatz eines Wasserretentionsmittels zusammen mit der Ethylen-Vinylacetat-Emulsion ergibt einen Calciumsi licat-Gegenstand, welcher verbesserte mechanische Festig keit und Wärmebeständigkeit aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein leichter Cal ciumsilicat-Gegenstand, welcher 100 Gew.-Teile Calciumsi licat, 1 bis 20 Gew.-Teile Ethylen-Vinylacetat-Copolyme res, welches 0,01 bis 20 Gew.-% eines Wasserretentions mittels enthält, und 1 bis 30 Gew.-Teile Verstärkungsfa serns enthält.

Der Einsatz von Ethylen-Vinylacetat zusammen mit dem Wasserretentionsmittel bei der Stufe für die Herstellung des wäßrigen Gemisches aus den verschiedenen Komponenten vor der Verformung des wäßrigen Gemisches ist sehr gün stig, da das Wasserretentionsmittel dazu dient, die Ver dampfung von Wasser aus der Polymeremulsion zu verzögern. Dementsprechend bildet das Polymere auf dem geformten Produkt einen stabilen Bindemittelfilm.

Bevorzugte Beispiele für Calciumsilicat, die bei der Her stellung des erfindungsgemäßen Artikels verwendet werden können, sind Tobermorit und Xonotlit, welche aus Kalk, Silicat und Wasser nach einem hydrothermischen Kristalli sationsverfahren hergestellt werden können. Bei der Her stellung des Calciumsilicat-Gegenstands kann das Calcium silicat in Form einer wäßrigen Calciumsilicathydrat-Auf schlämmung eingesetzt werden. Beispiele für Kalkmateria lien sind gebrannter oder gelöschter Kalk. Beispiele für Silicatmaterialien sind siliciumhaltige Steine, silicium haltiger Sand und Ferrosiliciumstaub. Diese Materialien werden in Form eines feinen Pulvers eingesetzt.

Bei der Herstellung des Calciumsilicats werden das Kalk material, das Silicatmaterial und Wasser in den vorgege benen Verhältnissen vermischt und als wäßrige Calcium silicathydrat-Aufschlämmung (die im folgenden einfach als Calciumsilicat-Aufschlämmung bezeichnet wird) zur hydrothermischen Kristallisation in einen Autoklaven überführt. Das Verhältnis zwischen dem Kalkmaterial und dem Silicatmaterial variiert mit der Natur des gewünschten Calciumsilicats, der Natur der Ausgangsmaterialien, etc. Beispielsweise kann Xonotlit (6 CaO·6 SiO₂·H₂O) aus einem Gemisch des Kalkmaterials und Silicatmaterials, welches CaO und SiO₂ in einem Molverhält nis von 1/1 enthält, hergestellt werden. Wasser kann in einer Menge von dem 5- bis 15-fachen, bezogen auf das Ge samtgewicht aus Kalkmaterial und Silicatmaterial, eingesetzt werden. Das Gemisch aus Kalkmaterial, Silicatmaterial und Wasser in dem vorbestimmten Verhältnis wird dann in einen Autoklaven gegeben und darin einer hydrothermischen Kri stallisationsreaktion bei 150 bis 250°C während 1 bis 24 Stunden unterworfen. Die Reaktion er folgt mit kontinuierlichem oder periodischem Rühren. Man erhält so eine Calciumsilicat-Aufschlämmung.

Die Calciumsilicat-Aufschlämmung wird dann mit den Ver stärkungsfasern, dem Latex und bevorzugt einem Material, welches bei der Umsetzung mit Wasser Ettringit bilden kann, vermischt.

Beispiele für Verstärkungsfasern sind Fasern aus anorga nischen Materialien, wie Glasfasern und Kohlenstoffasern, und Fasern aus organischen Polymeren, wie Fasern aus Nylon (d. h. Polyamid), Polypropylen, Rayon und Vinylon (d. h. Polyvinylalkohol). Die Verstärkungsfasern können einzeln oder im Gemisch aus zwei oder mehreren unterschied lichen Fasern eingesetzt werden. Die Verstärkungsfasern dienen dazu, die mechanische Festigkeit und die Elastizi tät des entstehenden Gegenstands zu verbessern, und weiterhin verbessern sie die Kompatibilität von Calcium silicat und Latex in der Aufschlämmung im Verlaufe der Herstellung, wodurch die Filtration und die Trennung un ter Druck bei der Entwässerung und die Formung des zu for menden Produkts verbessert werden. Vom Standpunkt der leich ten Verarbeitbarkeit, der Wasserbeständigkeit, der Wärme beständigkeit werden die Verstärkungsfasern in einer Men ge von im allgemeinen 1 bis 30 Gew.-Teilen, bevorzugt 2 bis 15 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 3 bis 10 Gew.-Teilen, pro 100 Gew.-Teilen Calciumsilicat eingesetzt.

Das polymere Bindemittel wird in Form ei nes Latex zugegeben.

Beispiele für den Latex sind Latices aus Ethylen-Vinylacetat, Styrol-Butadien-Copoly meren, Acrylnitril-Butadien-Copolymeren, Butadien-(Homo) polymeren, Methylmethacrylat-Butadien-Copolymeren, Homo polymeren und Copolymeren von Isopren und Ethylen-Propy len. Der Latex dient dazu, benachbarte Calciumsilicat einheiten miteinander fest zu verbinden und/oder die Ver stärkungsfasern mit dem Calciumsilicat fest zu verbinden. Durch die Verwendung eines Latex bei der Herstellung des Calciumsilicat-Gegenstands bildet der entstehende Gegen stand weniger Staub, wenn er geschnitten wird, und die in ihn eingeführten Nägel halten besser. Der Latex wird in einer Menge von 1 bis 40 Gew.-Teilen, be vorzugt 3 bis 20 Gew.-Teilen, pro 100 Gew.-Teilen Calcium silicat einsetzt. Wenn die Menge an Latex zu klein ist, besitzt der entstehende Gegenstand eine schlechte Verar beitbarkeit und eine schlechte mechanische Festigkeit. Wenn die Menge an Latex zu groß ist, zeigt der entstehen de Gegenstand eine schlechte Wärmebeständigkeit.

Die Ethylen-Vinylacetat-Emulsion wird zusammen mit einem Wasserzurückhalte- bzw. Wasserretentionsmittel verwendet.

Beispiele für Wasserretentionsmittel sind Cellulosederi vate, wie Methylcellulose und Carboxymethylcellulose, und wasserabsorbierende Polymere, wie Polyvinylalkohol, Poly- (natriumacrylat) und Polyethylenoxid. Die Verwendung eines Wasserretentionsmittels zusammen mit dem Polymeren, wie dem Ethylen-Vinylacetat in Form einer Emulsion, ist wirk sam, um die Wasserverdampfung aus der Emulsion zu verhin dern, wenn der geformte Gegenstand getrocknet wird. Da durch wird der polymere Film weniger bei der Trocknungs stufe beschädigt, so daß der Calciumsilicat-Gegenstand eine verbesserte mechanische Festigkeit und Wasserbestän digkeit besitzt. Das Wasserretentionsmittel wird in einer Menge von 0,01 bis 20 Gew.-Teilen, bevor zugt 0,2 bis 20 Gew.-Teilen, pro 100 Gew.-Teilen Polymer bindemittel, wie Ethylen-Vinylacetat, eingesetzt.

Beim Einsatz von Ethylen-Vinylacetat als Bindemittel gibt der entstehende Gegenstand kaum Staub frei, wenn er geschnitten wird. Außerdem zeigt der entstehende Gegenstand eine hohe Fixierung für Nägel oder andere Materialien, die in ihn eingeführt werden.

Zusammen mit dem Polymerlatex kann man einen oder mehrere Zusatzstoffe zur Verbesserung der Eigenschaften des Latex, beispielsweise ein Vulkanisationsmittel einsetzt.

Die physikalischen Eigenschaften des entstehenden Gegenstands, wie seine Oberflächenhärte, die Elastizität, die Fixierung von Nägeln, werden durch die Zugabe solcher Zusatzstoffe verbessert.

Man kann verschiedene Arten von Materialien, welche bei der Umsetzung mit Wasser Ettringit bilden, bei der vorliegen den Erfindung einsetzen. Beispiele sind die folgenden:

(1) ein Expansionsmittel (oder ein expandierender Zu satzstoff) , ausgewählt aus der Gruppe der Expansiv-Zemente K, M und S gemäß ASTM C 845-80;
(2) Calciumsulfoaluminatklinker, ein Gemisch aus Calciumsulfoaluminatklinker und Gips oder ein Gemisch aus Aluminatklinker und Gips;
(3) ein Gemisch aus a) Hochofenschlacke oder Alu miniumhydroxid enthaltendem Material, b) Gips und c) ge branntem Kalk oder gelöschtem Kalk; und
(4) ein Gemisch aus Aluminiumoxidzement und Gips.

Das obige Material kann bei der Umsetzung mit Wasser na delförmige Ettringitkristalle (3 CaO·3 Al₂O₃·CaSO₄·32 H₂O) im Verlauf der Herstellung des Calciumsilicat-Gegenstands bilden.

Die geformten Ettringitkristalle dienen dazu, die Festigkeit des entstehenden Calciumsilicat-Ge genstands durch Verkräuselung der Nadelkristalle mitein ander und Expansion der Kristalle zu erhöhen. Die For mung von Ettringit dient weiterhin dazu, das Schrumpfen bei der Trocknungsstufe zu erniedrigen, so daß der ent stehende Gegenstand gegenüber dem Brechen, welches durch Trennung eines Teils in Form von Schichten verursacht wird, beständiger ist, und außerdem wird die Produktivi tät des gewünschten Gegenstands verbessert. Das Material, welches bei der Umsetzung mit Wasser Ettringit bildet, wird in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teilen Calciumsilicat eingesetzt. Wird eine über mäßig große Menge an solchem Material eingesetzt, zeigt der entstehende Gegenstand eine schlechte Verarbeitbar keit wie auch niedrige mechanische Festigkeit.

Portland-Zement enthält ebenfalls den wirksamen Bestand teil von Aluminatklinker, d. h. Calciumaluminat (3 CaO·3 Al₂O₃). Dementsprechend bildet Port land-Zement Ettringit in Anwesenheit von Gips. Jedoch bildet Portland-Zement ebenfalls freies Ca(OH)₂ durch eine Hydrationsreaktion der anderen Bestandteile von ihm, wie 3 CaO·SiO₂ und 2 CaO·SiO₂, so daß der entstehende Gegenstand einen hohen pH aufweist, was nachteilig ist. Da Portland-Zement nur eine geringe Menge an Calciumalu minat enthält, ist die Wirkung, welche durch die Bildung des Ettringits hervorgerufen wird, nicht groß, selbst wenn eine große Menge an Portland-Zement eingearbeitet wird. Dementsprechend ist die Zugabe von Portland-Zement vom Standpunkt der Verbesserung der mechanischen Festig keit des entstehenden Gegenstands nicht vorteilhaft.

Zusätzlich zu den oben erwähnten Materialien können an dere Zusatzstoffe, wie ein Dispersionsmittel und ein Filtrationshilfsmittel, in das Calciumsilicat-Gemisch für die Herstellung des Calciumsilicat-Gegenstands ein gearbeitet werden.

Das Verfahren für das Vermischen der Ausgangsmaterialien, wie der Calciumsilicat-Aufschlämmung, der Verstärkungs fasern, dem Latex, dem Material, welches bei der Umsetzung mit Wasser Ettringit bildet, etc., kann unter Ein satz an sich bekannter Mischeinrichtungen, wie einer Knet vorrichtung, erfolgen. Man kann irgendeine Mischvorrich tung verwenden, solange die Vorrichtung eine Aufschläm mung ergibt, in der die zugegebenen Materialien homogen dispergiert sind. Die homogen dispergierte Aufschlämmung wird dann zu der gewünschten Form verformt. Bei der Durch führung des Formungsverfahrens wird die Aufschlämmung in eine Form gegeben und unter Druck entwässert.

Das geformte Produkt wird getrocknet, wobei man den ge wünschten Calciumsilicat-Gegenstand erhält. Hinsichtlich der Trocknungstemperatur des geformten Produktes gibt es keine besondere Beschränkung. Eine Temperatur im Bereich von 100 bis 180°C, bevorzugt 120 bis 160°C, wird eingehalten. Im Falle des Einsatzes eines Ethylen- Vinylacetat-Copolymeren mit dem Wasser retentionsmittel als Bindemittel liegt die Temperatur für das Trocknen im Bereich von 60 bis 160°C, bevorzugt im Bereich von 80 bis 140°C.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. In den Beispielen erfolgt die Bewertung des erhaltenen Calcium silicat-Gegenstands entsprechend den folgenden Testverfah ren:

(1) Biegefestigkeit: entsprechend JIS (Japanese Industrial Standard) A 1408;
(2) Verarbeitbarkeit bei der Weiterverarbeitung: diese wird gemäß üblichen Verarbeitungsverfahren mit Holz, nämlich Planieren des Holzes, Einhämmern von Nägeln in das Holz und dem Sägen von Holz, beurteilt;
(3) Schrumpfung in getrocknetem Zustand: diese wird bestimmt, indem man die Dicke des Gegenstands, der unter Druck hergestellt wurde, mißt und in dem man die Dicke des getrockneten Gegenstands mißt; und
(4) Unverbrennbarkeitstest: definiert von dem Offi cial Notice of Ministry of Construction of Japan.

Der Unverbrennbarkeitstest wird wie folgt zusammengefaßt.

Bei dem Test wird ein Teststück für 20 min in einen Heiz ofen gegeben, der bei 740 bis 760°C gehalten wird. Die Erhöhung der Temperatur (welche durch die Verbrennung des Teststückes verursacht wird) im Inneren des Ofens wird nach 20 min gemessen. Solange die Temperaturerhöhung nicht über 50°C liegt, wird das Material als unverbrenn bares Material akzeptiert.

Beispiel 1

Siliciumdioxidpulver und gelöschter Kalk werden in einem Mol verhältnis von 1 : 1 (SiO₂:CaO) vermischt. Zu dem entstehenden Gemisch gibt man Wasser in einer Menge des zehnfachen Gesamt gewichts aus SiO₂ und CaO. Das Gemisch wird 5 Stunden unter Rühren in einem Autoklaven auf 210°C bei einem Druck von 1,86·10⁶ Pa erhitzt, wobei die hydrothermische Kristallisations reaktion abläuft. Die entstehende Calciumsilicathydrataufschlämmung wird mit 5 Gewichtsteilen (als Feststoffgehalt) Styrol-Buta dien-Latex (LX-416),
3 Gewichtsteilen eines Dispersionsmittels vom Oxycarboxylat typ (PARIC #1),
und 2,5 Gewichtsteilen eines Expansionsmittels (Hauptbestandteil: 3 CaO·3 Al₂O₃·CaSO₄, CaSO₄, CSA#20),
pro 100 Gewichtsteile Feststoffgehalt der Calciumsilicathydrataufschlämmung ver mischt. Das Gemisch wird weiter mit 7 Gewichtsteilen Glasfa sern (CS-12-GYD) vermischt.

Die entstehende zusammengesetzte Aufschlämmung wird in eine Form (30 cm × 30 cm) gegeben und bei 2,94·10⁶ Pa entwässert. Der entwässerte Calciumsilicat-Gegenstand wird 16 Stunden bei 120°C getrocknet.

Die Ergebnisse der Untersuchung des Gegenstands sind in Ta belle I angegeben.

Beispiele 2 und 3

Man arbeitet wie in Beispiel 1 beschrieben mit der Ausnahme, daß das Expansionsmittel in Mengen von 5,0 Gewichtsteilen bzw. 10,0 Gewichtsteilen zur Herstellung der Calciumsilicat gegenstände der Beispiele 2 und 3 eingesetzt wurde.

Die Ergebnisse der Bewertung der Gegenstände sind in Tabelle I angegeben.

Vergleichsbeispiel 1

Man arbeitet wie in Beispiel 1 beschrieben mit der Ausnahme, daß kein Expansionsmittel eingesetzt wird.

Die Ergebnisse der Prüfung des Gegenstands sind in Tabelle I angegeben.

Vergleichsbeispiel 2

Man arbeitet wie in Beispiel 1 beschrieben mit der Ausnahme, daß das Expansionsmittel in einer Menge von 20,0 Gewichtstei len eingesetzt wird.

Die Ergebnisse der Bewertung des Gegenstands sind in Tabelle I angegeben.

Vergleichsbeispiel 3

Man arbeitet wie in Beispiel 1 angegeben mit der Ausnahme, daß das Expansionsmittel durch normalen Portland-Zement in einer Menge von 2,5 Gewichtsteilen ersetzt wurde.

Die Ergebnisse der Bewertung des Gegenstands sind in Tabel le I angegeben.

Vergleichsbeispiel 4

Man arbeitet wie in Beispiel 1 beschrieben mit der Ausnahme, daß das Expansionsmittel durch Aluminiumoxidzement (ALUMINA CEMENT #1) in ei ner Menge von 2,5 Gewichtsteilen ersetzt wurde.

Die Ergebnisse der Prüfung des Gegenstands sind in Tabelle I angegeben.

Vergleichsbeispiel 5

Man arbeitet wie in Beispiel 1 angegeben mit der Ausnahme, daß das Expansionsmittel durch ein Expansionsmittel des Nichtettringit-Typs (EXPAN) ersetzt wurde und zwar in einer Menge von 2,5 Gewichtsteilen.

Die Ergebnisse der Prüfung des Gegenstands sind in Tabelle I angegeben

Vergleichsbeispiel 6

Man arbeitet wie in Beispiel 1 beschrieben mit der Ausnahme, daß das Expansionsmittel durch α-Halbhydrat-Gips in einer Menge von 2,5 Gewichtsteilen ersetzt wurde.

Die Ergebnisse der Prüfung des Gegenstands sind in Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Beispiel 4

Das Verfahren von Beispiel 1 wird mit der Ausnahme wieder holt, daß das Expansionsmittel durch ein zerkleinertes Ge misch (Blain-spezifische-Oberfläche: 500 m²/kg aus Alumi natklinker, welches 20% 3 CaO·Al₂O₃ (mit der im folgenden an gegebenen Zusammensetzung) enthält, und Gipsdihydrat (SO₃/Al₂O₃=3) in einer Menge von 2,5 Gewichtsteilen ersetzt wurde.

Zusammensetzung des Aluminatklinkers (Gew.-%): Glühverlust:
0,2%, unlösliches Material: 0,1%, SiO₂: 21,3%, Al₂O₃: 8,4%, Fe₂O₃: 1,3%, CaO: 67,1%, MgO: 0,4%, SOG 0,3%, Gesamt: 99,1%.

Die Ergebnisse der Prüfung des Gegenstands sind in Tabelle II angegeben.

Vergleichsbeispiel 7

Das Verfahren von Beispiel 1 wird mit der Ausnahme wieder holt, daß das Expansionsmittel durch den gleichen zerkleiner ten Aluminatklinker, welcher 20% 3CaO·Al₂O₃ (Blaine-spezifische- Oberfläche: 500 m²/kg) wie in Beispiel 4 in einer Menge von 2,5 Gewichtsteilen ersetzt wurde.

Die Ergebnisse der Prüfung des Gegenstands sind in Tabelle II angegeben.

Tabelle II

Beispiele 5 und 6

Das Verfahren von Beispiel 1 wird mit der Ausnahme wieder holt, daß das Expansionsmittel durch zerkleinerte Calcium sulfoaluminatklinker der folgenden Zusammensetzungen ersetzt wurde (Blaine-spezifische-Oberfläche: 500 m²/kg). Man verwendete 2,5 Ge wichtsteile.

Zusammensetzung des Calciumsulfoaluminatklinkers des Bei spiels 5 (Gew.-%): Glühverlust: 0,3%, unlösliches Material:
0,1%, SiO₂: 5,2%, Al₂O₃: 47,1%, Fe₂O₃: 0,1%, CaO: 35,8%, MgO:
0,1%, SOG 10,8%, Gesamt: 99,5%.

Zusammensetzung des Calciumsulfoaluminatklinkers des Bei spiels 6 (Gew.-%): Glühverlust: 0,4%, unlösliches Material:
0,1%, SiO₂: 23,9%, Al₂O₃: 14,8%, Fe₂O₃. 0,4%, CaO: 50,8%, MgO: 0,1%, SO₃: 9,3%, Gesamt: 99,8%.

Die Ergebnisse der Bewertung des Gegenstands sind in Tabelle III angegeben.

Tabelle III

Beispiel 7

Das Verfahren von Beispiel 1 wird mit der Ausnahme wieder holt, daß das Expansionsmittel durch ein Gemisch aus 2 Ge wichtsteilen einer Hochofenschlacke (POWERMENT), 1 Gewichtsteil Gipsdihydrat und 0,5 Gewichtsteil gelöschtem Kalk (SPECIAL-#S) ersetzt wurde.

Die Ergebnisse der Prüfung des Gegenstands sind in Tabelle IV angegeben.

Tabelle IV

Beispiel 8

Siliciumdioxidpulver und gelöschter Kalk werden vermischt, so daß ein Molverhältnis von 1:1 (SiO₂:CaO) erhalten wird. Zu dem entstehenden Gemisch gibt man Wasser in einer Menge des zehnfachen Gesamtgewichts von SiO₂ und CaO. In einem Au toklaven wird das Gemisch unter Rühren 5 Stunden lang auf 210°C unter einem Druck von 1,86·10⁶ Pa erhitzt, wobei die hydrothermische Kristallisationsreaktion abläuft. Die entstehende Calciumsilicathydrataufschlämmung wird mit 5 Gewichts teilen (als Ethylenvinylacetat-Feststoffgehalt) einer Ethy lenvinylacetatemulsion (POLYSOL M-200),
welche 10 Gew.-% Methylcellulose (METHOLOSE 90SH-4000) enthält,
pro 100 Gewichtsteilen Feststoffgehalt der Calciumsilicathydrataufschlämmung vermischt.

Das Gemisch wird weiter mit 7 Gewichtsteilen Glasfasern (CS-12-GYD) vermischt.

Die entstehende zusammengesetzte Aufschlämmung wird in eine Form (30 cm×30 cm) gegeben und bei 2,94·10⁶ Pa entwässert. Das entwässerte Produkt wird 9 Stunden bei 120°C getrocknet.

Die Ergebnisse der Prüfung des Gegenstands sind in Tabelle V angegeben.

Beispiele 9 und 10

Das Verfahren von Beispiel 8 wird mit der Ausnahme wieder holt, daß der Methylcellulosegehalt von 10 Gew.-% zu 0,2 Gew.-% bzw. 2 Gew.-% geändert wurde.

Die Ergebnisse der Prüfung der Gegenstände sind in Tabelle V angegeben.

Vergleichsbeispiel 8

Das Verfahren von Beispiel 8 wird mit der Ausnahme wieder holt, daß keine Methylcellulose zugegeben wird.

Die Ergebnisse der Bewertung des Gegenstands sind in Tabelle V angegeben.

Vergleichsbeispiel 9

Das Verfahren von Beispiel 8 wird mit der Ausnahme wieder holt, daß der Methylcellulosegehalt von 10 Gew.-% zu 25 Gew.-% geändert wurde.

Die Ergebnisse der Prüfung des Gegenstands sind in Tabelle V angegeben.

Tabelle V

Beispiele 11 und 12

Das Verfahren von Beispiel 8 wird mit der Ausnahme wieder holt, daß die Menge an Ethylenvinylacetatemulsion zu 7,5 Ge wichtsteilen bzw. 10,0 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Feststoffgehalt der Calciumsilicataufschlämmung geändert wur de.

Die Ergebnisse der Bewertung der Gegenstände sind in Tabelle VI angegeben.

Vergleichsbeispiele 10, 11 und 12

Das Verfahren von Beispiel 8 wird mit der Ausnahme wieder holt, daß die Ethylenvinylacetatemulsion, welche Methylcel lulose enthält, durch eine Styrolbutadiencopolymeremulsion (LX-416), welche keine Methylcellulose enthält, in Mengen von 5 Gewichtstei len, 7,5 Gewichtsteilen und 10 Gewichtsteilen pro 100 Ge wichtsteile Feststoffgehalt der Calciumsilicataufschlämmung ersetzt wurde.

Die Ergebnisse der Prüfung der Gegenstände sind in Tabelle VI angegeben.

Tabelle VI

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines leichten Calcium silicat-Gegenstands mit einer Schüttdichte von 300 bis 900 kg/m³, dadurch gekennzeichnet, daß man 100 Gew.-Teile Calciumsilicat, 1 bis 15 Gew.-Teile eines Materials, welches bei der Umsetzung mit Wasser Ettringit bildet, ausgenommen Portland-Zement, 1 bis 30 Gew.-Teile Verstärkungsfasern und 1 bis 40 Gew.-Teile Bindemittel in Form eines Latex in Wasser vermischt, das Gemisch zu der gewünschten Form verformt und das geformte Gemisch trocknet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als Material, das bei der Umset zung mit Wasser Ettringit bildet, ein Expansionsmittel ausgewählt wird aus der Gruppe Expansiv-Zemente K, M und S gemäß ASTM C 845-80.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Mittel, welches bei der Umset zung mit Wasser Ettringit bildet, ausgewählt wird aus der Gruppe Calciumsulfoaluminatklinker, einem Gemisch aus Calciumsulfoaluminatklinker und Gips und einem Gemisch aus Aluminatklinker und Gips.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß man als Material, welches bei der Umsetzung mit Wasser Ettringit bildet, einen Calciumsul foaluminatklinker, der 3 CaO·3 Al₂O₃·CaSO₄ enthält, ein setzt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß man als Material, welches bei der Umsetzung mit Wasser Ettringit bildet, ein Gemisch aus a) Hochofenschlacke oder einem Aluminiumhydroxid enthalten den Material, b) Gips und c) gebranntem oder gelöschtem Kalk einsetzt.

6. Verfahren zur Herstellung eines leichten Calcium silicat-Gegenstands mit einer Schüttdichte von 300 bis 900 kg/m³, dadurch gekennzeichnet, daß man 100 Gew.-Teile Calciumsilicat, 1 bis 20 Gew.-Teile Ethylen-Vinylacetat-Copolymeres in Form eines Latex, wel ches 0,01 bis 20 Gew.-% eines Wasserretentionsmittels enthält, und 1 bis 30 Gew.-Teile Verstärkungsfasern in Wasser vermischt, das Gemisch zu der gewünschten Form verformt und den geformten Gegenstand trocknet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß als Wasserretentionsmittel ein wasserabsorbierendes Polymeres eingesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Wasserretentionsmittel aus gewählt wird aus der Gruppe Methylcellulose, Carboxyme thylcellulose, Polyvinylalkohol, Natriumpolyacrylat und Polyethylenoxid.

9. Leichtgewichtiger Calciumsilicat-Gegenstand mit einer Schüttdichte von 300 bis 900 kg/m³, dadurch ge kennzeichnet, daß er 100 Gew.-Teile Calcium silicat, 1 bis 20 Gew.-Teile Ethylen-Vinylacetat-Copoly meres, welches 0,01 bis 20 Gew.-% eines Wasserretentions mittels enthält, und 1 bis 30 Gew.-Teile Verstärkungsfa sern enthält.

10. Calciumsilicat-Gegenstand nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserretentions mittel ein wasserabsorbierendes Polymeres ist.

11. Calciumsilicat-Gegenstand nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserretentions mittel ausgewählt ist aus der Gruppe Methylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohol, Natriumpoly acrylat und Polyethylenoxid.