SE455194B - Forfarande for framstellning av styvt, vattenbestendigt fosfatinnehallande keramiskt material - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 455 194 2 delarna, tillsättning av silikasolen, omröring av bland- ningen med fosforsyra och låta det resulterande skummet bli styvt. US patentskriften 3 l48 996, daterad 15 sep- tember 1964, Mark Vukasovich et al, beskriver komposi- tioner som härdar till en styv massa utan uppvärmning och som kan göras porösa genom införlivande av gasbubb- lor. Dessa kompositioner består av vatten, ett syrafos- fat bestående av fosforpentoxid och kalcium-, aluminium- eller zirkoniumoxid, och finfördelat kalciumsilikat.

De bildas genom framställning av en viskös lösning av vatten, fosforpentoxid och en lämplig metalloxid, till- sats av kalciumsilikat till blandningen och låta denna härda partiellt. Skumning induceras därefter genom till- sats av ett inre skummedel eller genom att mekaniskt införa gasbubblor. US patentskriften 3 330 675, daterad ll juli 1967, Jules Magder, beskriver kompositioner omfattande surt aluminiumfosfat, karbonat, oxid, hyd- roxid eller silikat av magnesium eller zirkonium och organiska eller oorganiska gasproducerande material.

På liknande sätt beskriver andra patentskrifter besläk- tade fosfatskum, i vilka ett pulverformigt material införlivas i den sura blandningen, varigenom skumning induceras genom frigörandet av vätgas. Även om det är klart genom dessa referenser att väsentlig ansträngning har vidtagits för att utveckla användbara fosfatskum kvarstår fortfarande många pro- blem. De flesta av de tidigare kända skummen har dålig bindningsstyrka, varigenom de blir oanvändbara som bygg- nadsmaterial. Vissa är fuktkänsliga, många kräver värme- härdning för att förbättra bindningsstyrkan och de fles- ta innehåller andra tillsatser avsedda att undvika svag- hetsproblem. Dessutom innehåller de flesta kommersiellt tillverkade skum blásmedel som kan öka kostnaden för produkten och ibland bidra till bindningssvaghet.

Följaktligen är ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett förfarande för framställ- ning av starka, fuktbeständiga fosfatinnehàllande keramiska material som kan framställas utan användning av yttre värme. 15 20 25 30 35 455 194 3 Ytterligare ett ändamàl med föreliggande uppfin- ning är att åstadkomma förfaranden för framställning av styva fosfatskum utan användning av tillsatta blås- medel.

Ytterligare ett annat ändamál med föreliggande uppfinning är att åstadkomma förfaranden för praktisk och kontinuerlig produktion av fosfatskum, varigenom sättning av skummet undvikes.

Dessa och andra fördelar med föreliggande uppfin- ning kommer att framgå av den följande beskrivningen av uppfinningen.

Summering_ay_uppfinningen Föreliggande uppfinning avser framställning av gstyva, vattenbeständiga fosfatinnehållande keramiska material, som kan framställas från komponenter omfat- tande metalloxid, kalciumsilikat och fosforsyra. Genom att föromsätta en del av metalloxiden med fosforsyran och/eller genom att justera syralösningens temperatur när den kombineras med de andra beståndsdelarna, kan karaktären pá den resulterande produkten kontrolleras för att ge skummat eller oskummat fosfatinnehàllande keramiskt material.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer I en utföringsform omfattar förfarandet enligt föreliggande uppfinning stegen (1) framställning av minst en metalloxid ur gruppen som består av Al2O3, MgO, Ca0 eller ZnO eller hydraten därav, vilken metall- oxid utgör totalt från ca ll till ca 65 viktdelar, beräknat pà vattenfri basis; (2) framställning av en reaktionslösning omfattande en del av metalloxiden, och fràn ca 80 till ca 190 viktdelar av en fosfor- syralösning omfattande ekvivalenten av från ca 35 till ca 75 vikt% av fosforpentoxiden baserat pà vikten av syralösningen, varvid hydratiseringsvattnet för denna metalloxid inbegripes när man beräknar fosfor- pentoxidhalten; och (3) framställning av en blandning omfattande återstoden av metalloxiden och ca 100 vikt- delar kalciumsilikat. Temperaturen pà reaktionslös- 10 15 20 25 30 35 455 194 4 ningen justeras till ett önskat värde inom omrâdet 1,67-26,7°C och blandningen blandas med reaktions- lösningen. Det resulterande blandade'materialet placeras i en önskad form och komponenterna i detta får samverka.

Mängden metalloxid som används för att framställa reaktionslösningen och temperaturen pà reaktionslös- ningen väljs så att man ungefär förutbestämmer den tidpunkt, vid vilken det blandade materialet blir styvt i förhållande till den tidpunkt, vid vilken föràngningen av vatten inträder.

Genom förfarandet enligt föreliggande uppfinning framställes ett styvt, vattenbeständigt fosfatinnehál- lande keramiskt material.

Komponenterna som används för att utöva förelig- gande uppfinning är samtliga kommersiellt tillgängliga.

Kalciumsilikat (100 viktdelar) föredrages vid utövandet av föreliggande uppfinning, även om andra silikat även kan ge tillfredsställande resultat. Kalciumsilikat upp- träder naturligt och refereras till som wollastonit.

Lämpliga skummade eller oskummade produkter kan erhål- las när detta material används i pulverform'sàsom be- skrivs nedan. För att framställa skum kommer kornstor- leken företrädesvis att vara tillräckligt liten för att det mesta av silikatet skall passera genom en sikt med masköppningen 74 um (200 mesh Taylor standardsikt Cu).

Ett antal metalloxider, såsom aluminiumoxid, mag- nesiumoxid, kalciumoxid och zinkoxid, kan användas för erhållande av ett tillfredsställande fosfatinnehàllande keramiskt material. Dessa oxider användes i pulverform, varvid oxider med finare kornstorlek i storleksordningen sådana som passerar en sikt med masköppningen 44 um (325 mesh Taylor Standard) eller mindre ger i allmänhet överlägsna resultat. Hydratiserade former av oxiden kan även användas och de föredrages i många fall. I händelse av att ett hydrat används måste hydratiserings- vattnet tas i beaktande så att man inte åstadkommer 1. 10 15 20 25 30 35 455 194 5 överskott av vatten för reaktionen. Detta kan lämpligen göras genom att inbegripa hydratiseringsvattnet när man beräknar fosforpentoxidhalten i fosforsyralösningen.

Från ca ll till ca 65 viktdelar metalloxid beräk- nat på vattenfri basis, i förhållande till 100 delar kalciumsilikat, kan användas för att utöva uppfinning.

Emellertid föredrages ca 13-26 delar metalloxid och ca 15-20 delar föredrages särskilt. Mängden oxid som används beror pà om den föreligger i hydratiserad form och/eller på dess reaktivitet. _ vattenfri magnesiumoxid reagerar mycket snabbare med tasforsyra än vattenfri aluminiumoxid. Till exempel kommer den förra att reagera inom minuter medan den senare kan kräva timmar, beroende pà temperaturen pà den sura lösningen. Om hydratiserade formar används minskas emellertid skillnaden i reaktionstider dramatiskt.

Hydratiserad magnesiumoxid reagerar snabbare än vatten- fri magnesiumoxid och den reagerar även mycket snabbare än hydratiserad aluminiumoxid. Icke desto mindre är hydratiserad aluminiumoxid väsentligt reaktivare än vattenfri aluminiumoxid, eftersom den reagerar med fos- forsyralösning inom ett antal minuter, snarare än tim- mar. Betydelsen av reaktionstiderna kommer att anges närmare nedan.

Lämpliga produkter kan erhållas med användning av vilken som helst av de angivna oxiderna, ensam eller i kombination, men vattenfri magnesiumoxid (kalcinerad) och hydratiserad aluminiumoxid föredrages särskilt för utövandet av föreliggande uppfinning. Magnesiumoxid tenderar att öka hàllfastheten och fuktbeständigheten hos slutprodukten, medan aluminiumoxid tenderar att åstadkomma överlägsna härdningsegenskaper. I Fosforsyra är tillgängligt i ett antal olika kon- centrationer, varvid 85 % är den vanligaste koncentra- tionen för ortofosforsyra. Andra kompositioner, såsom polyfosforsyra, som kommer att ge fosforsyra efter ut- spädning med vatten, kan även pá ett tillfredsställande 10 15 20 25 30 35 455 194 6 sätt användas vid utövandet av föreliggande uppfinning, förutsatt att den totala vattenhalten i reaktionssyste- met inte blir alltför hög. Allt för mycket vatten måste undvikas eftersom man erhåller produkter, som, även om de är vattenbeständiga, kommer att ha dålig håll- fasthet. Å andra sidan är även alltför lite vatten skad- ligt, inte endast på grund av att sammanblandningen av materialen blir svår att uppnå, utan eftersom endast högdensitetsskum erhålles i fallet med skummade pro- dukter.

Som allmän regel är fosforsyran lämplig om den in- nehåller ekvivalenter av från ca 35 till ca 75 vikt% fosforpentoxid baserat på vikten av syralösningen. Före- trädesvis är fosforpentoxídekvivalenten ca 40-70 % och ännu hellre ca 45-65 %. Den återstående delen av syra- lösningen omfattar vatten, som för beräkningsändamàl inbegriper eventuellt hydratiseringsvatten från metall- oxiden. Från ca 8 till ca 190 viktdelar av den sura lösningen kan användas vid utövandet av föreliggande uppfinning, men företrädesvis från ca 90 till ca 150 delar används och hellre från ca 100 till ca l3O delar syra används. Även om komponenterna som används för att utöva föreliggande uppfinning länge har använts inom tekniken, har man inte känt till de fördelar som uppnås när dessa föreningar kombineras, såsom beskrivs här. Man har upp- täckt att om det sätt, på vilket beståndsdelarna kombi- neras, kontrolleras och överskott av vatten undvikes, kommer en produkt att erhållas, vilken inte kräver någon värmehärdning och vilken är vattenbeständig. Även om vi inte är bundna till någon särskild teori beträffande naturen hos de reaktioner som är inbegripna i förelig- gande uppfinninq, uppträder ändå två separata besläk- tade fenomen tydligt: nämligen förångning av vattnet och bindning av materialen. Värme som genereras av reak- tionsdeltagarna förángar det närvarande vattnet, vari- genom vattenàngan kan verka som ett skummedel. Under 10 15 20 25 30 35 455 194 7 approximativt samma tidsförlopp inträffar bindning eller härdning, vilket resulterar i bildningen av ett styvt keramikliknande material. Dessa tvà fenomen kommer att betecknas “föràngning" eller "föràngningssteget“ respek- tive "närdning" eller “härdningssteget".

För att utöva föreliggande uppfinning framställs en reaktionslösning genom att tillsätta en önskad del av metalloxiden till fosforsyralösningen. Dessutom kan även flytande tillsatser, såsom ytaktiva medel, införlivas i reaktionslösningen. Återstoden av metall- oxiden och allt kalciumsilikat kombineras därefter och blandas med eventuella fasta tillsatser, såsom förstärkande fibrer, förtjockningsmedel, färgande material och liknande. Reaktionslösningens temperatur justeras till 1,67-26,7°C och lösningen blandas med Det blandade materialet placeras därefter i en önskad form och de kvarvarande torra beståndsdelarna. systemets komponenter får samverka. Produkterna som erhålles kräver inte värmehärdning och kan placeras i kokande vatten utan skadlig effekt. Icke desto mindre är de inte värmekänsliga, för prover har uppvärmts till 87l°C utan signifikant förlust av hâllfasthet.

Man har upptäckt att de relativa tidpunkterna, vid vilka föràngning och härdning inträder; dikterar naturen hos den produkt som erhålles. Om till exempel föràngningssteget uppnås före härdningssteget kommer vattenàngan att medföra att blandningen skummar innan massan blir styv. Om omvänt härdning inträffar först blir materialet ur stånd att bilda skum och vattenàngan avgår genom de mellanliggande utrymmena. Följden av den senare sekvensen av händelser kommer att beskrivas närmare i detalj nedan, men i vardera fallet kan en produkt erhållas som inte kräver värmehärdning men som ändå är beständig mot vatten.

Två faktorer som bidrar till ovannämnda händelser är mängden metalloxid som förreageras med fosforsyran och temperaturen på reaktionslösningen vid den tid som 10 15 20 25 30 35 455 194 n denna kombineras med de återstående torra beståndsdelar- na. Om endast en av dessa faktorer kontrolleras kan fortfarande ett keramikliknande material framställas.

Icke desto mindre föredrages det att kontrollera båda parametrarna för att underlätta hantering och för att erhålla en överlägsen produkt.

Hur dessa faktorer kan varieras kommer att framgå av det följande. Allmänt sett, om relativt litet metall- oxid föromsättes med fosforsyran kommer relativt sett mer skumning att uppträda under det efterföljande bland- ningssteget innan materialmassan blir styv, förutsatt att syralösningens temperatur inte är allför låg. Om- vänt, om relativt sett mer metalloxid föromsättes med fosforsyran kommer mindre skumning att uppträda innan massan blir styv. Om tillräckligt med metalloxid för- omsättes kommer huvudsakligen ingen skumning att in- träffa. Detta resultat erhàlles tydligen eftersom för- tillsatsen av metalloxiden tenderar att förlänga den exoterma reaktionens eller reaktionernas varaktighet, vilka reaktioner föràngar vattnet.

Reaktionslösningens temperatur under det efterföl- jande blandningssteget kan även signifikant påverka den resulterande produkten. Ju högre temperaturen är på denna lösning, desto kraftigare blir utvecklingen av vattenånga, och desto snabbare inträder vattenför- ángning när reaktionslösningen blandas med de kvarva- rande torra beståndsdelarna. Om sålunda temperaturen är alltför hög blir sannolikheten större för att man skall erhålla skum som innehåller hàlrum eller snabbt skummar och därefter sätter sig. Denna effekt kan emel- lertid mildras nàgot genom att införliva ett ytterligare ytaktivt medel i reaktionslösningen.

Om temperaturen är alltför làg kan den exoterma reaktionen undertryckas så att ingen skumning kommer att inträda. Vidare kan en alltför låg temperatur vara skadlig eftersom materialet som erhålles kan ha relativt dålig bindningsstyrka. Den optimala temperaturen på 10 IS 20 25 30 35 455 194 9 reaktinnslösningen kan variera beroende pá reaktions- deltagarna, men man har funnit att ett tempera- turomràde av ca l,67~26,7°C kommer att ge tillfreds- ställande resultat. När man bildar skum är det före- dragna temperaturomràdet ca 3,33-7,22°C och mest fö- redraget är 4,44oC om inte ett skumbildningsmedel till- sättes såsom anges nedan.

Vid utövandet måste andra faktorer förutom mängden förreagerat material och temperaturen på den sura lös- ningen beaktas, av vilka mànga är beroende på den typ av produkt som skall framställas. När man gör skum är ändamålet att få skummet att uppnå en önskad höjd vid ungefär den tidpunkt då härdning inträder. I huvudsak skall vattenföràngningen, som förorsakar skumningen, inställas i tiden sà att den ger en homogen cellstor- lek i en produkt, som har rätt höjd och densitet efter det att härdningen är avslutad. Cellstorleken påverkas av den hastighet med vilken vattenàngan avges och av den sura lösningens viskositet. Viskositeten i sin tur beror på typen av oxid eller oxider som används, oxi- dens kornstorlek och den sura lösningens temperatur.

Lösningar som har olika viskositeter erhàlles när de olika oxiderna löses i fosforsyra. När exempelvis ökande mängder av magnesiumoxid tillsättes till en del av en standardstark (t ex 85%) syralösning, ser man att viskositeten varierar från ca 50 cP till lOOO cP vid 22,200. När emellertid jämförbara molära mängder av aluminiumoxid tillsättes till en andra del av samma syralösning vid 22,2°C iakttas viskositeter av fràn ca 50 cP till endast 400 cP. För att tillverka överlägsna skum föredrages det att viskositeten på syralösningen vid tidpunkten för blandning med de återstående bestånds- delarna inte överstiger ca 4OO cP. Sålunda framgår det att en andra begränsning på användningen av magnesium- oxid, bortsett från dess tendens att kraftigt förorsaka skumning, är viskositeten på reaktionslösningen som erhålles när den används. 10 15 20 25 30 35 455 194 10 Ju högre viskositeten på reaktionslösningen är desto sämre blir blandningen av beståndsdelarna och desto sämre blir skumkvaliteten på produkten som erhål- les. Av denna orsak är det ofta önskvärt att använda mer än en oxid. Sålunda kan en oxid användas för att framställa reaktionslösningen och en andra kan kombi- neras med kalciumsilikatet. Alternativt kan oxiden an- vändas som en blandning, både för bildning av reaktions- lösningen och för blandning med kalciumsilikatet. Ett antal olika möjligheter finns. Därefter är avsikten att alla sådana möjligheter inbegripes inom föreliggande uppfinnings omfång och föreliggande uppfinning skall inte begränsas till dessa tvà illustrationer.

Den slutliga produktens densitet kommer att bero i stor utsträckning på mängden metalloxid som används för att bilda reaktionslösningen. Det vill säga ju mer metalloxid som används desto större blir densiteten.

Som allmän regel, i frånvaro av tillsatta skumnings- medel, om från ca O till ca 0,3 delar metalloxid för varje del P205 i syralösningen används för att bilda reaktionslösningen erhålles skum som har densiteter frán ca 0,640? g/cm3 med till ca O,2402 g/cm3. Om emel- lertid mer än ca 0,3 delar metalloxid används kan man vänta sig ett oskummat keramiskt material. Icke desto mindre påverkar praktiska överväganden, såsom visko- siteten, den övre gränsen för förreagerat material.

Således kan lämpligen inte mer än 50 % av metalloxiden föromsättas.

Andra betingelser som påverkar skummen är kornstor- lek, ytegenskaper och förstärkande material. En liten och homogen kornstorlek föredrages i hög grad för utövan- det av föreliggande uppfinning, på grund av tendensen hos sådant material att gynna fin cellstruktur. Såsom tidigare noterats föredrages metalloxider som passerar igenom en sikt med masköppningen 44 um (325 mesh Tyler Standard) och kalciumsilikat som passerar igenom en sikt med masköppningen 74 um (200 mesh Tyler Standard). 10 15 20 25 30 35 455 194 11 Cellsterleken beror också på materialets ytegen- skaper och det är ofta till hjälp att inbegripa ett eller flera ytaktiva medel för att gynna cellstabili- teten. I huvudsak vilket ytaktivt medel som helst som inte påverkas av fosforsyran kan användas. Ett ytaktivt medel som har befunnits vara särskilt tillfredsställande är dimetylkokaminoxid, som säljs av Armak under varu- märket "Aramox.DMC". Man maste emellertid vara försiktig vid hanteringen av detta material, eftersom det är ett hudoch ögonirriterande medel.

Eftersom skum har en porös natur tenderar de att ha lägre hàllfasthet än oskummade material. Följaktligen är det ofta tillràdliqt att tillsätta fiberhaltigt för- stärkande material för att förstärka skummet. Polyester, glas, polypropen och nylon, bland andra, har använts med framgång, även om de betingelser, under vilka slut- produkten kommer att användas, kan påverka valet av fiber. Till exempel kommer glasfibrer att vara mycket stabilare än organiska fibrer för högtemperaturanvänd- ningar. I allmänhet är fiberlängder av fràn 3,2 mm till 25,4 mm lämpliga, varvid ungefär l2,7 mm fibrer är sär- skilt lämpliga.

Vid framställning av oskummade fosfatinnehâllande keramiska material blir sådana faktorer som kornstorlek, viskositet, temperatur och ytegenskaper mycket mindre betydelsefulla, eftersom cellstrukturen inte har be- tydelse. Följaktligen kan man tillåta material med grövre kornstorlek och högre viskositet pá reaktions- lösningen, varvid de enda restriktionerna grundar sig pá reaktionsdeltagarnas hanterbarhet. En mycket högre temperatur på reaktionslösningen kan även användas eftersom det oskummade materialet inte sätter sig. vidare krävs inget ytaktivt medel, eftersom det inte föreligger nagra cellstabilitetsproblem.

Bortsett från dessa betingelser är ändamålet med framställning av ett oskummat keramiskt material jäm- förbart med det för framställning av ett skummat mate- 10 15 25 30 35 455 194 _... ...ü ._ . 12 rial, varvid den huvudsakliga skillnaden är att det med oskummade material är nödvändigt att skjuta fram förångningssteget tills massan har blivit styv, vari- genom man förhindrar expansion av fosfatmaterialet.

Detta åstadkommes lämpligen genom föromsättning av en större mängd av metalloxiden. Emellertid mäste man vara noga med att säkerställa att vattnet kan komma ut ur det oskummade materialet. Om strukturens inre tryck blir alltför högt beroende på vattentrycket kan det styva keramiska materialet spricka. Av denna anledning är det ofta önskvärt att inbegripa porösa fyllmedel som åstadkommer passager genom vilka vattenångan kan komma ut vid framställningen av oskummade fosfatinne- hållande keramiska material. Exempel på fyllmedel som är tillfredsställande är vermikulit och perlit. överraskande har det nu upptäckts att tillfreds- ställande skummade produkter kan framställas genom att kombinera metoderna enligt föreliggande uppfinning med 1 tidigare kända skumningsmedel. Teknikens ståndpunkt innehåller referenser till användningen av koldioxid eller koldioxidproducerande material och väte eller väteproducerande material såväl som andra organiska eller oorganiska gasproducerande material under fram- ställningen av fosfatprodukter. Sådana medel kan även användas med fördel vid framställningen av styva, vat- tenbeständiga fosfatinnehàllande keramiska material enligt föreliggande uppfinning. Även om huvudsakligen vilket tidigare känt skum- ningsmedel som helst kan användas exemplifieras de re- sultat som kan uppnås genom användningen av olika kar- bonat. Sådana karbonat som MgCO3, CaCO3, ZnCO3, Li2CO3 Och liknande, eller blandningar därav, som åstadkommer relativt olösliga fosfat, föredrages. Emellertid är MgCO3 särskilt föredragen på grund av att den vanligen åstadkommer ett skum som har en relativt homogen cell- storlek och en i allmänhet lämplig densitet. Andra kar- bonat, såsom Na2CO3, KZCO3, som åstadkommer relativt 10 15 25 30 35 455 194 13 lösliga fosšatsalter, kan även användas där lakning av fosfatet från det resulterande fosfatinnehàllande keramiska materialet, när detta exponeras för vatten, inte kommer att vara skadlig.

Vid användning av torra skumningsmedel är det van- ligen önskvärt att blanda dessa med de andra torra be- stàndsdelarna, omfattande kalciumsilikatet och en del av metalloxiden. Emellertid kan dessa skumningsmedel även tillsättes separat. På grund av att skumningen som erhålles i närvaro av sàdana medel inte àstadkommes med vattenföràngning är det inte önskvärt att den exo- terma reaktionen inträder före härdningen. Av denna anledning är det vanligen nödvändigt att föromsätta en större del av metalloxiden med fosforsyralösningen.

Ofta förorsakar detta en oönskad ökning av syralösningens viskositet. Vid användning av ett tillsatt skumnings- medel kan det följaktligen vara nödvändigt att utspäda syralösningen något för att kunna kontrollera viskosi- teten. Emellertid måste man vara noga med att undvika användning av överskott av vatten eftersom kombinationen av användning av ytterligare vatten och föromsättning av mer av metalloxiden tenderar till att sänka tempe- raturen pá den exoterma reaktionen, varigenom möjlig- heten att framställa ett fosfatinnehàllande keramiskt material med otillfredsställande egenskaper ökas.

Som en ytterligare sak att beakta kan temperaturen på reaktionslösningen vid tidpunkten för blandningen med de torra komponenterna ofta vara högre när skum- ning åstadkommes med användning av torra skumningsmedel istället för användning av vattenförångning, eftersom härdning måste inträda före inträffandet av den exoter- ma reaktionen. Vid användning av torra skumningsmedel är det således ofta önskvärt att reaktionslösningen befinner sig inom ett föredraget temperaturomràde, näm- ligen Ca 10,0-15,6°C, snarare än det föredragna området av ca 3,33-7,22OC som tidigare refererats till i sam- band med skumningsprocessen omfattande vattenföràngning. 10 15 20 25 30 35 455 194 14 Naturligtvis är det även möjligt att använda ett flytande skumningsmedel, såsom ett fluorerat kolväte med en kokpunkt som är lägre än den temperatur, vid vilken härdningen av skummet inträffar. Exempel på sådana kolväten är "Freon ll" eller “Freon-ll3", som säljs av duPont. Kolväten av denna typ kan tillsättas till och blandas med syralösningen eller kan de tillsättas separat vid tidpunkten för blandning med de fasta be- ståndsdelarna. Ofluorerade kolväten med en lämplig kok- punkt kan även användas, men de är mycket mindre önska- de på grund av den inneboende risken för brand som är förbunden med användning av dessa.

Sättet att tillsätta dessa skumningsmedel, antingen de är våta eller torra, kan utgöra ett val för fack- mannen på området eller kan det bero pà olika faktorer, såsom typen av den önskade produkten och/eller typen av den använda utrustningen. Under vissa omständigheter kan användningsmetoden regleras genom skumningsmedlets natur. Till exempel reagerar karbonaten kemiskt med syralösningen. Således kan de inte tillsättas till syra- lösningen vid en alltför tidig tidpunkt i reaktionssek- vensen. Omvänt åstadkommer fluorerade kolväten skumning genom att passera från ett vätskeformigt till ett gas- formigt tillstånd. Således kan de bibehàllas i kontakt med syralösningen om blandningens temperatur förblir tillräckligt làg. I det senare fallet måste man emel- lertid komma ihåg att fluorerade kolväten bildar ett tváfassystem med syralösningen. Därför skall man vara noga med att säkerställa att tvàfassystemet blir homo- gent blandat innan det blandas med de fasta bestånds- delarna.

På grund av att tekniken beskriver en stor varia- tion av material som kan användas på olika sätt för framställning av fosfatinnehållande keramiska material enligt föreliggande uppfinning är termen "skumningsme- del", som används här, avsedd att inbegripa alla sådana material, förutsatt att de åstadkommer fosfatinnehàl- 10 15 25 30 35 455 194 15 lande keramiska material som har de ovan angivna egen- skaperna.

Följande exempel, i vilka alla delar uttryckes som viktdelar, illustrerar och visar fördelarna med föreliggande uppfinning.

EXEMPEL EXEMPEL l Ett fosfatskum framställdes av följande komponen- ter: ' Delar per Komgonent Vikt (2) 100 delar CaSiO3 Al2O3.3H2O 14,42 36,04 85% H3Po4 41,58 104,0 (6l,6% P205) CaSi03 40,0 lOO Ytaktivt medel 0,04 0,1 1 Om dessa samband beräknas genom att placera metall- oxiden på vattenfri basis och inbegripa hydratiserings- vattnet som en del av syralösningen erhålles följande: Delar per Komgonent lOO delar CaSi03 Al2O3 23,56 75,9% H3PO4 ll6,5 (55% PZOS) CaSi03 lOO Ytaktivt medel 0,1 Reaktionslösningen framställdes genom att tillsätta 1,04 delar Al203.3H2O till 104 delar fosforsyra och röra om blandningen under moderat omröring i ca 15 min tills en klar lösning erhölls. Det ytaktiva medlet (0,1 del) tillsattes till reaktionslösningen, vilken därefter kyldes till 4,4°C. De återstående torra beståndsdelarna (l00 delar kalciumsilikat och 35 delar aluminiumoxidtri- 10 15 20 25 30 35 455 194 16 hydrat) blandades tillsammans och matades in i en “Readco“kontinuerlig behandlingsanordning. Reaktions- lösningen matades även in i "Readco"-blandaren genom en annan ytterligare ingång. Bestàndsdelarna blandades proportionellt däri, utmatades på ett rörligt band täckt med ett silduksmaterial och utjämnades. Skumning började efter ca 1,5 min och materialmassan blev styv på ca 2 min. Ett-kontinuerligt block av skummat material med en tjocklek av 2,54 cm och en bredd av 12,70 cm erhölls på detta sätt. Det skummade materialet hade en fin cell- struktur och en densitet av 0,288 g/cm3 hållfastheten hos detta material enligt ASTM Dl62l var 60 psi. Brottmodulen enligt ASTM C209 var 70 psi. Inget . Kompressions- tecken på sprickbildning påvisades när 20 g kuber av produkten antingen placerades i kokande vatten i l/2 h och fick torka, eller vättes med 50 g vatten vid rums- temperatur och fick torka.

EXEMPEL 2 Ett fosfatskum framställdes från samma komponent som användes i exempel l. Reaktionslösningen framställ- des genom att tillsätta 1,04 delar A12o3.3H2o till 104 delar fosforsyra och omröra blandningen med moderat omröring i ca l5 min tills en klar lösning erhölls.

Det ytaktiva medlet (0,1 del) tillsattes därefter till reaktionslösningen. De återstående torra beståndsdelar- na (100 delar kalciumsilikat och 35 delar aluminiumoxid- trihydrat) blandades tillsammans och matades in i en “Readco" kontinuerlig processanordning. Reaktionslös- ningen vid rumstemperatur, 22,2°C, matades även in i "Readco“-blandaren genom en annan tillsatsöppning.

Beståndsdelarna blandades proportionellt däri, utma- tades på ett rörligt band täckt med ett silduksmaterial och utjämnades. Skumning började efter ca 42 s och ma- terialmassan blev styv på ca 50 s. Ett kontinuerligt block av skummat material som var 2,54 cm tjockt och l2,7O cm brett erhölls på detta sätt. Det skummade ma- terialet hade en grov, oregelbunden cellstruktur och 10 15 20 25 30 35 455 194 17 en densitet av 0,2723 g/cm3. Tryckhállfastheten hos detta material enligt ASTM Dl62l var 50 psi. Brottmodulen enligt ASTM C209 var 50 psi. Inga bevis på sprickbild- ning pàvisades när 20 g kuber av produkten antingen placerades i kokande vatten i l/2 h och fick torka eller vättes med 50 g vatten vid rumstemperatur och fick tor- ka.

EXEMPBL 3 Ett fosfatskum framställdes av följande komponen- ter: Delar per Komponent !¿kt_igl 100 delar CaSi03 Al203.3H2O ll,44 30,1 Mg0 (kalcinerad) 3,0 7,9 80% H3P04 43,56 114,63 (58,0% P2O5) CaSi03 38 100 Ytaktivt medel 0,3 0,79 l/2" polyester- fiber 0,2 0,53 Om dessa samband beräknas genom att placera metall- oxiden pà vattenfri basis och inbegripa hydratiserings- vattnet som en del av syralösningen erhålles följande: Delar per KQmE0nent 100 delar CaSiO3 9 7 A12o3 l f Mgo (xalcinerad) 7,9 73,325 H3Po4 125.05 (53,2% PZOS) cas1o3 100 Ytaktivt medel 0,79 l/2" polyesterfiber 0,53 Reaktionslösningen framställdes genom att tillsätta l,l5 delar Al203.3H20 till ll4,63 delar fosforsyra och omröra blandningen under moderat omröring i ca l5 min tills en klar lösning erhölls. Det ytaktiva medlet (0,79 10 15 20 25 30 35 455 194 18 delar) tillsattes till reaktionslösningen, vilken där- efter kyldes till 4,4°C. De återstående torra beståndsde- larna (100 delar kalciumsilikat, 28,95 delar aluminium- oxidtrihydrat, 7,9 delar magnesiumoxid och 0,53 delar polyesterfiber) blandades tillsammans och matades in i en “Readco“ kontinuerlig processanordning. Reaktions- lösningen matades även in i “Readco"-blandaren genom en annan inloppsöppning. Beståndsdelarna blandades pro- portionellt däri, utmatades på ett rörligt band täckt 5 med ett silduksmaterial och utjämnades. Skumning började r efter ca 57 s och materialmassan blev styv pá ca l min och 51 s. Ett kontinuerligt block av skummat material med en tjocklek av 2,54 cm och en bredd av 12,70 cm erhölls på detta sätt. Det skummade materialet hade en fin cellstruktur och en densitet av O,3043 g/cm3.

Tryckhållfastheten hos detta material enligt ASTM Dl62l var 100 psi. Brottmodulen enligt ASTM C209 var 80 psi.

Inget bevis på sprickbildning upptäcktes när 20 g kuber ¿ av produkten antingen placerades'i kokande vatten i l/2 h och fick torka, eller vättes med 50 g vatten vid rumstemperatur och fick torka.

EXEMPEL 4 Ett fosfatskum framställdes av följande komponenter: Delar per Vikt (g) l0O delar CaSiO KOmEOnent 3 Al2O3.3H2O 16,0 40,0 85% HBPO4 40,0 100,0 (6l,6% P205 CaSi03 40,0 100,0 Ytaktivt medel 0,04 0,1 Om dessa samband beräknas genom att placera metall- oxiden på vattenfri basis och inbegripa hydratiseríngs- vattnet som en del av syralösningen erhålles följan- de: 10 15 20 25 30 35 455 194 19 Delar per Komgonent 100 delar CaSi03 AIZO3 26,15 74,7% n3Po4 113,85 (54.l% P2O5) CaSiO3 100 Ytaktivt medel 0,1 Reaktionslösningen framställdes genom att tillsätta 5 delar Al203.3H20 till 100 delar fosforsyra och omröra blandningen med moderat omröring i ca 15 min tills en klar lösning erhölls. Det ytaktiva medlet (0,1 del) sattes till reaktionslösningen, vilken därefter kyldes till 4,4°c. De återstående torra beståndsdelarna (ioo delar kalciumsilikat, 35 delar aluminiumoxidtrihydrat) blandades tillsammans och matades in i en “Readco“ kon- tinuerlig processanordning. Reaktionslösningen matades dessutom in i "Readco“-blandaren genom en annan tillsats- öppning. Bestàndsdelarna blandades proportionellt däri, utmatades på ett rörligt band täckt med ett silduks- material och utjämnades. Skumning började efter ca l min Och 45 s och materialmassan blev styv pà ca 2 min och S s. Ett kontinuerligt block av skummat material med en tjocklek av 2,54 cm och en bredd av 12,70 cm erhölls på detta sätt. Det skummade materialet hade en fin cell- struktur och en densitet av O,4645 g/cm3. Tryckhåll- fastheten hos detta material enligt ASTM Dl62l var 120 psi. Brottmodulen enligt ASTM C209 var 120 psi. Inget bevis på sprickbildning pàvisades när 20 g kuber av produkten antingen placerades i kokande vatten i l/2 h och fick torka, eller vättes med 50 g vatten vid rums- temperatur och fick torka.

EXBMPEL 5 Ett Oskummat fosfatinnehàllande keramiskt material framställdes av följande komponenter: 10 15 20 25 30 35 455 194 z 20 Delar per Komponent Vikt (5) lOO delar CaSiO3 Al2O3.3H2O 18,4 40,89 85% H3PO4 39,6 88,0 (6l,6% PZOS CaSiO3 45,0 100 Om dessa samband beräknades genom att placera metall- oxiden på vattenfri basis och inbegripa hydratiserings- vattnet som en del av syralösningen erhålles följan- de: Delar per Komponent 100 delar CaSiO3 Al2O3 26,73 73,2% H3Po4 102,16 (s3,1% Pzos) CaSi03 lOO Reaktionslösningen framställdes genom att tillsätta ' 9,78 delar Al203.3H2O till 88 delar fosforsyra och om- röra blandningen med moderat omröring i ca 15 min tills en klar lösning erhölls. De återstående torra beståndsde- larna (lOO delar kalciumsilikat, 31,1 delar aluminium- oxidtrihydrat) blandades tillsammans och matades in i en “Readco" kontinuerlig processanordning. Reaktions- lösningen vid rumstemperatur matades även in i "Read- co“-blandaren genom en annan tillsatsöppning. Bestánds- delarna blandades proportionellt däri, utmatades på ett rörligt band täckt med ett silduksmaterial och ut- jämnades. Ingen skumning inträffade och blandningen härdade till en fast massa på 2 min och lO s. Det hàrda keramikliknande materialet hade en densitet av O,96ll g/cm3.

EXEMPEL 6 Ett fosfatinnehållande keramiskt material fram- ställdes av följande komponenter: 10 15 20 25 30 35 455 194 21 Delar per šgmfignggt Vikt (g) lOO delar CaSiO3 Al203.3H20 l7,44 38,76 72% H3PO4 40,56 90,13 (52,l8% P2O5 CaSiO3 45 lOO Vermikulit <6ff/ft3> 4 8,89 Om dessa samband beräknas genom att placera metall- oxiden på vattenfri basis och inbegripa hydratiserings- vattnet som en del av syralösningen erhålles följan- de: Delar per Komgonent lOO delar CaSiO3 Al2O3 25,34 63% H31=o4 103,55 (45,4% PZOS) CaSiO3- lOO Vermikulit 8,89 Reaktionslösningen framställdes genom att tillsätta 7,65 delar Al2O3.3H2O till 90,13 delar fosforsyra och röra blandningen under moderat omröring i ca l5 min tills en klar lösning erhölls. De återstående torra beståndsdelarna (lOO delar kalciumsilikat, 3l,ll delar aluminiumoxidtrihydrat och 8,89 delar vermikulit) blan- dades tillsammans och matades in i en "Readco“ konti- nuerlig processanordning. Reaktionslösningen vid rums- temperatur (22,2oC) matades även in i “Readco"-blandaren genom en annan tillsatsöppning. Bestàndsdelarna blan- dades proportionellt däri, utmatades pà ett rörligt band täckt med ett silduksmaterial och utjämnades. Ingen skumning inträffade och blandningen härdade till en fast massa på 2 min och 30 s. Det hårda keramikliknande materialet hade en densitet av O,945l g/cm3. 10 15 20 25 30 35 455 194 22 EXEMPEL 7 Detta exempel visar användningen av ett tidigare känt torrt skumningsmedel i kombination med föreliggande uppfinning för àstadkommande av ett fosfatinnehàllande keramiskt material. Ett fosfatskum framställdes av föl- jande komponenter: Delar_per Komponent Vikt (q) 100 delar CaSi03 Al203.3H20 8,97 17,94 68% H3P04 (49,3% P205) 56,03 112,06 CaSi03 50,00 p l00,0 MgC03 2,0 4,0 Mg0 (kalcinerad) 7,0 14,0 Talkfyllmedel 10,0 20,0 Om dessa samband beräknas genom att placera metall- oxiden på vattenfri basis och inbegripa hydratiserings- vattnet som en del av syralösningen erhålles följan- de: Delar per Komponent 100 delar CaSi03 Al2O3 ll,72 64,4% H3PO4 (46,7% P2O5) ll8,27 cas 103 loo , o MQCO3 4,0 Mg0 (kalcinerad) l4,0 Talkfyllmedel , 20,0 Reaktionslösningen framställdes vid rumstemperatur genom tillsats av 17,94 delar Al203.3H20 under omröring till ll2,06 delar fosforsyralösning. Den resulterande klara lösningen kyldes till l2,8°C. De återstående torra beståndsdelarna (100 delar kalciumsilikat, 4,0 delar magnesiumkarbonat, l4,0 delar magnesiumoxid och 20,0 delar fyllmedel) blandades tillsammans och matades in f in 10 15 20 25 30 455 194 23 i en "Readco“ kontinuerlig processanordning. Reaktions- lösningen vid l2,8°C matades även in i “Readco“-blanda- ren genom en annan tillsatsöppning. Bestàndsdelarna blandades proportionellt däri, och utmatades pà ett rörligt band täckt med ett silduksmaterial. Beroende på närvaron av syran i blandningen inträffade skumning när materialet lämnade blandaren. Skumningsmaterialet utjämnades och det stelnade på ca l min och 30 s, medan en exoterm reaktion inträffade ca 30 s därefter, vilket indikerades genom utvecklingen av ånga. Det styva skum- made materialet hade en fin cellstruktur och en densitet av O,l922 g/Cm3. Tryckhàllfastheten hos detta material enligt ASTM Dl62l var 90 psi och brottmodulen enligt ASTM C209 var 40 psi. Detta material flöt när det pla~ cerades i vatten, vilket visar att vattnet inte lätt kunde tränga igenom skummatrisen.

Ešêlïâåïiå Detta exempel illustrerar användningen av ett vätske- formigt tidigare känt skumningsmedel för framställning av fosfatinnehâllande keramiskt material enligt före- liggande uppfinning. Ett fosfatinnehàllande keramiskt material framställdes av följande komponenter: Delar per Komgonent Vikt (g) 100 delar CaSi03 Al2O3.3H2O 9,0 18,0 80,2% H3P04 (58,2% PZOS 53,0 106,0 CaSiO3 50,0 100,0 Freon-ll 4,0 8,0 MgO (kalcinerad) 5,0 10,0 Talkfyllmedel l0,0 20,0 10 15 20 25 30 35 455 194 24 Om dessa samband beräknas genom att placera metall- oxiden på vattenfri basis och inbegripa hydratiserings- vattnet som en del av syralösningen erhålles följande: Delar per Komponent lOO delar CaSio3 A12o3 11 , 3 75,8% H3P04 112,2 (55% P205) CaSiO3 100,0 Freon-ll 8,0 Mg0 (kalcinerad) 10,0 Talkfyllmedel 20,0 Reaktionslösningen framställdes vid rumstemperatur genom att blanda l0 delar Al203.3H20 under omröring med 106,0 delar fosforsyralösning, varefter reaktions- lösningen kyldes till 12,800. De återstående torra be- ståndsdelarna (l00 delar kalciumsilikat, 8,0 delar alu- miniumoxidtrihydrat, l0,0 delar magnesiumoxid och 20,0 delar fyllmedel) blandades tillsammans och matades in i en “Readco“ kontinuerlig processanordning. Bestånds- delarna blandades proportionellt däri, varvid Freon-ll tillsattes genom en separat i linje inkopplad blandare för att man skulle erhålla god dispersion. Det blandade materialet kom ut ur blandaren och skumning inträffade långsamt under en 3 min period. Stelning inträffade på 4 min och den exoterma reaktionen inträffade efter 4,5 min. Det resulterande qrovcelliga skummet hade en densitet av 0,3043 g/cm3.

Uppfinningen är inte begränsad enbart till beskriv- ningarna och illustrationerna som getts ovan, utan om- fattar alla modifieringar som framgår av följande patent- krav.

Claims (13)

10 15 20 25 30 455 194 25 PATENTKRAV

1. Förfarande för framställning av styvt, vatten- beständigt fosfatinnehállande keramiskt material, k ä n n e t e c k n a t av att det omfattar stegen: a) framställning av 11-65 viktdelar, beräknat på vattenfri basis, av minst en metalloxid vald ur den grupp som består av Al203, Mgo, Cao och ZnO eller hydraten därav, b) framställning av en reaktionslösning omfattande en del av den i a) framställda metalloxiden och 80-190 viktdelar av en fosforsyralösning, omfattande ekvi- valenten av 35-75 vikt% fosforpentoxid baserat på vikten av syralösningen, varvid hydratiseringsvattnet för metalloxiden inbegripes när fosforpentaoxidhalten beräknas, c) framställning av en blandning omfattande åter- stoden av metalloxiden och ca 100 viktdelar kalcium- silikat, d) justering av reaktionslösningens temperatur till ett önskat värde inom området l,67-26,7°C, e) tillsättning av blandningen från C) till reak- tionslösningen och f) placering av det resulterande blandade mate- rialet i en önskad form, i vilken komponenterna får verka på varandra.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a t av att i steg b) införlivas upp till 50% av metalloxiden i den framställda reaktionslösningen.

3. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att reaktionslösningens temperatur justeras till 3,33-7,22°C.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t c c k - n a t till 4,4°c. av att reaktionslösningens temperatur justeras 10 15 '20 25 30 455 194 26

5. Förfarande enligt ett eller flera av de före- gående kraven, .k ä n n e t e c k n a t av att metall- oxidens kornstorlek inte är större än att den passerar en sikt med masköppningen 44 pm och kalciumsilikatets kornstorlek inte är större än att den passerar genom en sikt med masköppningen 74 pm. '

6. Förfarande enligt ett eller flera av de före- gående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att metall- oxiden är aluminiumoxidtrihydrat.

7. Förfarande enligt ett eller flera av kraven 1-5. är magnesiumoxid. k ä n n e t e c k n a t av att metalloxiden

8. Förfarande enligt ett eller flera av kraven 1-5, omfattar en blandning av aluminiumoxidtrihydrat och k ä n n e t e c k n a t av att metalloxiden magnesiumoxid.

9. Förfarande enligt ett eller flera av de före- gående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att reak- tionslösningen omfattar ett ytaktivt medel.

10. Förfarande enligt ett eller flera av de före- gående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att bland- ningen omfattar fiberhaltigt förstärkande material.

11. ll. Förfarande enligt ett eller flera av de före- gående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att det blandade materialet omfattar ett skumningsmedel.

12. Förfarande enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a t av att skumningsmedlet är ett karbonat, valt CaC0 ZnCO ur den grupp som består av MgCO3, eller Li2CO3.

13. Pörfarande enligt krav ll, 3' 3 n a t av att skumningsmedlet är ett fluorerat kolväte med en kokpunkt som är lägre än den temperatur, vid vilken det blandade materialet blir styvt. k ä n n e t e c k -