RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 189779 (21) Numer zgłoszenia: 334860 (22) Data zgłoszenia: 13.01.1998 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: 13.01.1998, PCT/EP98/00149 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: 30.07.1998, W098/32713, PCT Gazette nr 30/98 (13) B1 (51) IntCl7 C04B 14/18 C04B 38/08 C04B 28/26 (54)Sposób wytwarzania lekkiego materiału budowlanego zawierającego dmuchany perlit (30) Pierwszeństwo: 25.01.1997,DE,19702699.0 (73) Uprawniony z patentu: M ARM O RIT GMBH, Bollschweil, DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: 27.03.2000 BUP 06/00 (72) Twórcy wynalazku: Alfred Pfemeter, Bad Krozingen, DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.09.2005 WUP 09/05 (74) Pełnomocnik: Kamiński Zbigniew, Kancelaria Patentowa PL 189779 B1 (57) 1. Sposób wytwarzania lekkiego materiału budowlanego zawierającego dmuchany perlit, krzemiany metali ziem alkalicznych oraz ewentualnie dodatki utwardzające do wodnych krzemianów metali ziem alkalicznych, znamienny tym, że tworzy się sypką mieszaninę, zawierającą ponad 50% wagowo dmuchanego perlitu o wielkości ziaren od 0,8 mm do 6 mm, zaś w pozostałej części wodne krzemiany metali ziem alkalicznych i środki hydrofobowe oraz ewentualnie dodatki utwardzające, którą to sypką mieszaniną napełnia się formę, a następnie sprasowuje się ją i ogrzewa za pomocą promieniowania mikrofalowego.
2 189 779 Sposób wytwarzania lekkiego materiału budowlanego zawierającego dmuchany perlit Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wytwarzania lekkiego materiału budowlanego zawierającego dmuchany perlit, krzemiany metali ziem alkalicznych oraz ewentualnie dodatki utwardzające do wodnych krzemianów metali ziem alkalicznych, znamienny tym, że tworzy się sypką mieszaninę, zawierającą ponad 50% wagowo dmuchanego perlitu o wielkości ziaren od 0,8 mm do 6 mm, zaś w pozostałej części wodne krzemiany metali ziem alkalicznych i środki hydrofobowe oraz ewentualnie dodatki utwardzające, którą to sypką mieszaniną napełnia się formę, a następnie sprasowuje się ją i ogrzewa za pomocą promieniowania mikrofalowego. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wielkość ziaren dmuchanego perlitu zawarta jest w zakresie od 0,8 mm do 3,5 mm. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na sypki produkt natryskuje się utwardzacz w postaci roztworu albo zawiesiny. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dmuchany perlit najpierw spryskuje się wodą w ilości do 20% jego masy, następnie miesza się z nierozpuszczalnym środkiem utwardzającym, a dopiero potem dodaje się do mieszaniny, wodne krzemiany metali ziem alkalicznych i środki hydrofobowe. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że przed wypełnieniem formy na jej dnie i ściankach bocznych umieszcza się warstwę materiału odpornego na rozrywanie, który wstępnie pokrywa się warstwą środka wiążącego, zwłaszcza wodnego krzemianu metali ziem alkalicznych, przez powlekanie albo natryskiwanie, a następnie tym samym materiałem pokrywa się wypełnioną formę, a dopiero potem zawartość formy poddaje się sprasowaniu i ogrzewaniu za pomocą promieni mikrofalowych. 6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że surowe powierzchnie uformowanego wyrobu, po jego sprasowaniu, ogrzaniu i wyjęciu z formy pokrywa się warstwą odporną na rozrywanie, a następnie wyrób ten ponownie ogrzewa się. 7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że niektóre albo wszystkie powierzchnie sprasowanego wyrobu, po jego ogrzaniu, pokrywa się uzupełniająco przenikalną albo nieprzenikalną dla pary wodnej warstwą materiału odpornego na działanie alkaliów. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania lekkiego materiału budowlanego zawierającego dmuchany perlit, krzemiany metali ziem alkalicznych oraz ewentualnie dodatki utwardzające do wodnych krzemianów metali ziem alkalicznych. Z publikacji zgłoszenia patentowego PCT nr WO 96/04217 znane są lekkie materiały budowlane zawierające dmuchany perlit, otrzymywane przez aktywację lekkich substancji krzemianowych, na przykład za pomocą wodorotlenków metali ziem alkalicznych oraz niewielkiej ilości wody. Następnie przez poddanie otrzymanego materiału procesowi hydrotermalnemu za pomocą pary wodnej uzyskuje się trwałe połączenie jego cząsteczek, uzyskując stosunkowo lekki materiał budowlany o wytrzymałości spełniającej warunki pracy niektórych elementów budowlanych. Niedogodnością tego znanego jest znaczna czasochłonność i energochłonność procesu jego wytwarzania. Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 2 813 745 znany jest sztywny materiał budowlany, uzyskany w wyniku trwałego połączenia cząsteczek przez ogrzewanie drobno zmielonej mieszaniny, składającej się z: od 20 do 50 części wagowych (30% do 40% wagowo)
189 779 3 ekspandowanego perlitu, od 9,5 do 19 części wagowych krzemianu sodowego albo krzemianu potasowego, od 2 do 9 części wagowych tlenku cynku oraz od 21,5 do 67 części wagowych wody, uwzględniając w ogólnym bilansie wodę zawartą w krzemianach. Mieszanina zawiera również dodatki wzmacniające, na przykład krzemian fluorosodowy. Materiał, który uzyskuje się w wyniku sprasowania wymienionej wyżej mieszaniny i nadaniu mu postaci półcylindrycznych elementów wyposażonych we wpust i rowek znalazł zastosowanie do izolowania cieplnego rur. Zaletą uzyskanych w ten sposób elementów izolacyjnych jest ich gładka powierzchnia oraz wysoka odporność na działanie oleju i gorącej wody. Czas ogrzewania mieszaniny w formie wynosi 2,5 godziny, przy czym stosuje się do tego celu albo zewnętrzne źródło ciepła, albo też promienie mikrofalowe. Mieszaninę w stanie gęstopłynnym wlewa się do formy, a następnie sprasowuje za pomocą prasy hydraulicznej, nadając otrzymanym wyrobom żądaną postać. W celu utwardzenia wyrobu można stosować zamiast domieszki krzemianu fluorosodowego - doprowadzany pod ciśnieniem dwutlenek węgla. Podobny lekki materiał budowlany o zwiększonej wytrzymałości na zginanie znany jest z europejskiego opisu patentowego nr EP O 048 570. Materiał ten wytwarza się na bazie fosforanów albo pumeksu. Z bazy Derwent nr 93-218464/27 znany jest materiał izolacyjny, składający się z mieszaniny ekspandowanego perlitu i szkła wodnego oraz środka hydrofobowego na bazie związków krzemoorganicznych. Materiał ten jest sprasowany tak, aby zmniejszenie jego objętości wynosiło 40%, po czym nasyca się go dwutlenkiem węgla i następnie suszy na powietrzu przez jedną lub dwie doby w temperaturze otoczenia, po czym utwardza się go w atmosferze dwutlenku węgla w temperaturze 300 do 450, przy czym proces utwardzania prowadzi się w kilku cyklach. Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 4 438 627 znana jest sypka masa izolacyjna i wyrównująca, składająca się w 70% z ekspandowanego perlitu i w 30% z lekkiego granulatu pumeksu albo betonu. Mieszaninę tę wraz z domieszką alkalicznego szkła wodnego przygotowuje się w betoniarce i pakuje w worki. Na placu budowy mieszanina jest zagęszczana o 20% do 30% przez prasowanie, odwirowanie i utwardzana na powietrzu. Niedogodnością uzyskanego w ten sposób materiału jest jego niewielka wytrzymałość mechaniczna oraz występujące często zjawisko samoczynnego utwardzenia się sypkiej mieszaniny w workach. Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 4 462 835 znany jest sposób wytwarzania średnio lekkiego materiału budowlanego przez zmieszanie ekspandowanego perlitu ze szkłem wodnym i środkami hydrofobowymi, przy czym przed utwardzeniem mieszanka ta winna być spieniona. Zawartość perlitu w mieszaninie wynosi od 70% do 80% objętościowo, zaś gęstość nasypowa mieszanki od 20 g/1do 150 g/1. Z podanych w opisie przykładów wynika, że do wytwarzania tego materiału stosowany jest ekspandowany perlit o granulacji od 0 do 1 mm. Ponadto mieszanka zawiera od 2,5% do 23% objętościowo szkła wodnego (o gęstości 38 Be), od 0,1% do 1% objętościowo utwardzacza oraz od 0,05% do 2% objętościowo środków spieniających. Przeliczenie zawartości objętościowej perlitu na jego zawartość wagową potwierdza, że przy gęstości od 20 g/l do 150 g/1zawartość wagowa ekspandowanego perlitu wynosi od 1,4% do 12% masy mieszaniny. Uzyskanie utwardzonej mieszanki przy tak niewielkiej zawartości perlitu jest możliwe tylko przy stosowaniu takiej ilości fazy ciekłej, która zapewni wypełnienie przestrzeni między ziarnami perlitu przez utwardzoną pianę wytworzoną ze szkła wodnego i z innych dodatków. Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania taniego i lżejszego w stosunku do znanych ze stanu techniki, organicznego, bezwłóknistego, niepalnego i hydrofobowego materiału budowlanego, służącego do produkcji płyt, kształtek i bloków, służących zwłaszcza do budowy ścian i wykonywania izolacji cieplnych. Materiał ten składa się, podobnie jak szereg innych lekkich materiałów budowlanych znanych ze stanu techniki, ze spienionego perlitu, krzemianów metali ziem alkalicznych oraz dodatków utwardzających wodne krzemiany metali ziem alkalicznych. Cel ten zrealizowano w sposobie wytwarzania lekkiego materiału budowlanego według wynalazku, zawierającego dmuchany perlit, krzemiany metali ziem alkalicznych oraz ewentualnie dodatki utwardzające, który charakteryzuje się tym, że tworzy się sypką mieszaninę,
4 189 779 zawierającą ponad 50% wagowo dmuchanego perlitu o wielkości ziaren od 0,8 mm do 6 mm, zaś w pozostałej części wodne krzemiany metali ziem alkalicznych i środki hydrofobowe oraz ewentualnie dodatki utwardzające, którą to sypką mieszaniną napełnia się formę, a następnie sprasowuje się ją i ogrzewa za pomocą promieniowania mikrofalowego. Wielkość ziaren dmuchanego perlitu winna być korzystnie zawarta w zakresie od 0,8 mm do 3,5 mm. Środki utwardzające doprowadza się do mieszany w ten sposób, że na sypki produkt natryskuje się utwardzacz w postaci roztworu albo zawiesiny, albo też dmuchany perlit najpierw spryskuje się wodą w ilości do 20% jego masy, następnie miesza się z nierozpuszczalnym środkiem utwardzającym, a dopiero potem dodaje się do mieszaniny wodne krzemiany metali ziem alkalicznych i środki hydrofobowe. Przed wypełnieniem formy umieszcza się korzystnie na jej dnie i ściankach bocznych warstwę materiału odpornego na rozrywanie, który wstępnie pokrywa się warstwą środka wiążącego, zwłaszcza wodnego krzemianu metali ziem alkalicznych, przez powlekanie albo natryskiwanie, a następnie tym samym materiałem pokrywa się wypełnioną formę, a dopiero potem zawartość formy poddaje się sprasowaniu i ogrzewaniu za pomocą promieni mikrofalowych, albo też surowe powierzchnie uformowanego wyrobu, po jego sprasowaniu, ogrzaniu i wyjęciu z formy pokrywa się warstwą odporną na rozrywanie, a następnie wyrób ten ponownie ogrzewa się. Korzystnie niektóre albo wszystkie powierzchnie sprasowanego wyrobu, po jego ogrzaniu, pokrywa się uzupełniająco przenikalną albo nieprzenikalną dla pary wodnej warstwą materiału odpornego na działanie alkaliów. Doświadczenia wykazały, że sposób wytwarzania według wynalazku umożliwia uzyskanie lekkiego materiału budowlanego, wykazującego stosunkowo dużą wytrzymałość na naprężenia rozciągające, zginające i ściskające oraz dużą spójność i dobre własności termoizolacyjne. Materiał ten nie zawiera w ogóle lub zawiera bardzo niewielką ilość składników palnych, zaś surowce, z których jest wykonany są obojętne dla zdrowia człowieka. Ponadto materiał ten umożliwia dyfuzję pary wodnej, lecz może być również pokryty warstwą wodo- -nieprzepuszczalną. Dzięki zawartości składników hydrofobowych materiał nie wchłania wody, w tym również na krawędziach i w miejscach przełomu, zaś dzięki porowatej strukturze skutecznie pochłania fale dźwiękowe. Pierwszym etapem procesu wytwarzania lekkiego materiału budowlanego sposobem według wynalazku jest mieszanie podstawowych składników, a mianowicie od 50 do 500 części wagowych dmuchanego perlitu o wielkości ziaren od 0,8 mm do 6 mm, około od 100 części wodnych krzemianów metali ziem alkalicznych i od 2,0 do 18,5 części środka hydrofobowego o gęstości od 60 kg/m3 do 500 kg/m3, a także ewentualnie od 0 do 100 części utwardzacza. W przeciwieństwie do rozwiązań znanych ze stanu techniki nie należy stosować dmuchanego perlitu o zmielonych ziarnach (mających zwykle wielkość do 0,3 mm), lecz perlit nie mielony, o nie uszkodzonych ziarnach. Jako krzemiany metali ziem alkalicznych stosuje się, zwłaszcza szkło wodne sodowe o module wagowym od 2 do 4, zwłaszcza od 2,5 do 3,7, albo szkło wodne potasowe o module wagowym od 1,0 do 3,0, zwłaszcza zaś od 1,8 do 2,7. Można również stosować mieszaniny szkła sodowego i potasowego. Krzemiany metali ziem alkalicznych stosowane jako substancje wiążące mogą również zawierać środek hydrofobowy, zwłaszcza alkilosilikon, a także inne środki hydrofobowe rozpuszczalne w szkle wodnym i odporne na działanie ługów, o wartości współczynnika hydrofobizacji mniejszej od 0,5 kg/m2h0,5 Jako substancje utwardzające dla wodnych krzemianów metali ziem alkalicznych stosuje się standardowe utwardzacze występujące w stanie stałym albo płynnym, na przykład preparaty zawierające cynk, aluminium, gliniany i krzemiany, żelazokrzem albo fosforany aluminium. Substancje utwardzające przygotowane w formie roztworu lub zawiesiny korzystnie miesza się z wodnym krzemianem metali ziem alkalicznych albo natryskuje się na przygotowaną sypką mieszaninę. Odmiana sposobu wytwarzania lekkiego materiału budowlanego według wynalazku przewiduje, że do perlitu dodaje się najpierw wodę w ilości 20%, mieszając go z nierozpusz-
189 779 5 czalnym utwardzaczem, a dopiero potem dodaje się mieszaninę wodnego krzemianu i środka hydrofobowego. W innej odmianie sposobu według wynalazku perlit spryskuje się roztworem albo zawiesiną utwardzacza, a następnie dodaje się krzemian i środek hydrofobowy, a w jeszcze innej odmianie sposobu według wynalazku miesza się utwardzacz w postaci proszku z sypką mieszaniną dmuchanego perlitu, wodnego krzemianu i środka hydrofobowego. Wodne krzemiany metali ziem alkalicznych, środki hydrofobowe i utwardzacz należy dodawać w takiej ilości, aby zmieszany z nimi perlit nadal pozostawał w postaci sypkiej. Zwiększenie ilości wodnych krzemianów albo znaczący dodatek wody może bowiem spowodować sklejanie się perlitu i powstawanie brył utrudniających wypełnianie formy. Natomiast usuwanie nadmiaru wody z mieszaniny jest procesem energochłonnym i kosztownym. W celu zwiększenia wytrzymałości powierzchni wyrobów z lekkiego materiału według wynalazku, pokrywa się je powłoką o podwyższonej wytrzymałości, przepuszczającą parę wodną albo też szczelną tkaniną szklaną, włókniną szklaną, masą szklaną, względnie perforowaną albo gładką folią, taśmą lub tkaniną metalową. Powłoką wzmacniającą można pokryć powierzchnię wyrobów z materiału według wynalazku przed jego formowaniem, na przykład przez wyłożenie dna i ścianek folii przed jej napełnieniem sypką mieszanką. Warstwa wzmacniająca winna być wstępnie nasączona spoiwem, na przykład wodnym krzemianem metali ziem alkalicznych. Po napełnieniu formy tą mieszanką, lecz przed jej sprasowaniem i ogrzaniem materiału, korzystnie pokrywa się warstwą wzmacniającą również jego górną powierzchnię, względnie nakleja się nią na powierzchnię gotowego wyroby wykonanego z materiału według wynalazku. W takim przypadku konieczny jest dodatkowy cykl ogrzewania wyrobu po pokryciu jego powierzchni. Warstwa wzmacniająca może być umieszczona nie tylko na dolnej i górnej powierzchni wyrobu, lecz także na jego ściankach bocznych. Przed nałożeniem tej warstwy ścianki wyrobu pokrywa się przez malowanie, natryskiwanie albo zanurzanie warstwą wiążącą stanowiącą na przykład wodne krzemiany metali ziem alkalicznych. Wytworzoną sypką mieszanką napełnia się formę, po czym zmniejsza się objętość wsadu przez ostrożne dociskanie albo lekkie sprasowywanie mieszanki, określając przy tym gęstość materiału na podstawie pomiaru masy i objętości wsadu. Gęstość ta powinna być mniejsza od 500 kg/m3. Następnie sprasowuje się materiał w formie, na przykład przez zastosowanie prasy hydraulicznej. Po sprasowaniu formę wypełnioną materiałem ogrzewa się za pomocą promieni mikrofalowych, dzięki czemu uzyskuje się równomierne rozprowadzenie energii cieplnej w całej objętości materiału. Stwierdzono, że po ogrzaniu masy za pomocą promieni mikrofalowych wytrzymałość wyrobu jest prawie czterokrotnie większa w porównaniu do ogrzewania w piecu. Jeżeli formowanie odbywa się przy użyciu prasy, formowane elementy przed ogrzaniem mogą być wyjęte z formy, umieszczone na przenośniku i w takiej postaci przepuszczone przez piec mikrofalowy. Przy stosowaniu przenośnika produkt przechodząc dwukrotnie (podczas ruchu do przodu i ruchu powrotnego) przez obszar objęty działaniem promieniowania mikrofalowego jest równocześnie suszony. Szczególnie korzystną cechą sposobu według wynalazku jest to, że ogrzewanie ma na celu głównie związanie ziaren dmuchanego perlitu, natomiast nie jest konieczne usuwanie większych ilości wody przez odparowanie, jak to ma miejsce w sposobach wytwarzania materiałów na bazie ekspandowanego perlitu, znanych ze stanu techniki. Dzięki temu uzyskuje się zmniejszenie kosztów produkcji oraz energochłonności procesu wytwarzania. Sposób wytwarzania lekkiego materiału budowlanego według wynalazku ilustrują poniższe przykłady: Przykład 1 Wymieszano 173,4 części wagowe dmuchanego perlitu o wielkości ziarna od 1,4 mm do 2,2 mm, 103,5 części wagowych mieszaniny składającej się ze 100 części sodowego szkła wodnego (o module wagowym 3,3 i 3,5 części wagowych środka hydrofobowego (alkilosilikon), tworząc sypki materiał, którym następnie napełniono formę. Materiał w formie sprasowano i ogrzano za pomocą promieniowania mikrofalowego, uzyskując produkt o gęstości 115 kg/m i wytrzymałości na rozciąganie 132 kn/m2.
6 189 779 Przykład 2 Wymieszano 147,8 części wagowych dmuchanego perlitu o wielkości ziarna od 2,2 mm do 2,7 mm z 103,5 częściami wagowymi mieszaniny składającej się z sodowego szkła wodnego i środka hydrofobowego według przykładu 1, tworząc sypki materiał. Po uformowaniu materiał został sprasowany i ogrzany za pomocą promieniowania mikrofalowego. Gęstość uzyskanego produktu wynosiła 101 kg/m3, wytrzymałość na rozciąganie 134 kn/m. Przykład 3 Produkt uzyskany według przykładu 2 został zamiast ogrzewania za pomocą promieniowania mikrofalowego wysuszony w suszarce. Wytrzymałość na rozciąganie wynosiła tylko 33 kn/m2. Przykład 4 Wymieszano 167,2 części wagowe dmuchanego perlitu o wielkości ziarna od 1,4 mm do 2,2 mm, 103,5 części wagowych mieszaniny składającej się ze 100 części szkła wodnego potasowego (o module wagowym 2,2 i 3,5 części wagowych środka hydrofobowego, tworząc sypki materiał. Po uformowaniu wyrobu i ogrzaniu go za pomocą promieniowania mikrofalowego uzyskano produkt o gęstości 107 kg/m3 i wytrzymałości na rozciąganie 111 kn/m2. Przykład 5 W sposób identyczny jak w przykładzie 4 wymieszano 175 części wagowych dmuchanego perlitu o wielkości ziarna od 1,4 mm do mm, 103,5 części wagowych mieszaniny składającej się ze szkła wodnego i środka hydrofobowego, tworząc sypki materiał. Szkło wodne zawierało 70 części szkła wodnego sodowego (o module wagowym) oraz 30 części szkła wodnego potasowego (o module wagowym 2,2). Gęstość uzyskanego produktu wynosiła 113 kg/m3, a wytrzymałość na rozciąganie 122 kn/m2. Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.