用于不燃的、吸声的、绝热的地质聚合物泡沫元件的地质聚合物泡沫制剂的制作方法
【专利说明】用于不燃的、吸声的、绝热的地质聚合物泡沫元件的地质聚合 物泡沫制剂
[0001] 本发明设及一种地质聚合物泡沫制剂、一种用于制备所述地质聚合物泡沫制剂的 方法，W及所述制剂用于制备不燃的、吸声的、绝热的地质聚合物泡沫元件的用途W及所述 地质聚合物泡沫元件本身。
[0002] 室内声学很大程度上取决于建筑参数。适当的房间设计可或多或少的影响决定室 内声学的变量。简单的降低噪音的同时，室内声学的重要目标是使房间的声学特性适应其 预期目的。室内的声场是扩散的，由于它们通过直接和反射的声音来产生，因此不同于外界 的那些。可W通过适当的降低声学功率来控制室内的声场。在此使用工业吸声材料，其允许 有针对性的吸收和反射。
[0003] 原则上，基于工业吸声器的操作模式，可W将其分为两类，即谐振器和多孔吸声 器。谐振器的操作模式通常设及具有显著的吸声最大值的声学弹黃-质量体系。运些吸声器 的实例为片式谐振器、亥姆霍兹化elmholtz)谐振器和微穿孔吸声器。
[0004] 与此相反，多孔吸声器主要通过孔壁处的摩擦来吸收音能，在孔壁处将声能转化 为热能。运需要具有足够孔隙率的开孔结构。由于吸声主要通过耗散来实现，因此多孔吸声 器的吸声光谱与谐振器的明显不同。在理想的情况下，与频率相关的吸声系数Ws形状不断 增加至更高的频率，并渐进地达到最大值。多孔吸声器可具有各种结构。在此，可使用许多 不同的材料。
[0005] 泡沫制品通常是两相体系，其中一相是气相而另一相是固体或液体。在此，气相由 被固体或液体孔壁限定的细小气泡组成。所述孔壁在节点处彼此相交，从而形成框架。
[0006] 具有吸声特性的泡沫大多为开孔泡沫。在此，限定孔壁之间的薄隔板至少在某种 程度上被破坏，并且在泡孔之间至少存在一些连接。因此，该材料用作多孔吸声器。许多不 同的材料用于开孔泡沫的孔壁。运些材料从金属、无机材料直到有机聚合物，目前，有机聚 合物构成迄今为止工业用途中的最大部分，通常将术语泡沫应用于运些中。基于有机聚合 物泡沫的刚性，将其分为软泡沫和硬泡沫。在运些泡沫中，气泡形成主要是通过经化学反应 原位产生的吹气，或通过溶解于有机基质并且在低溫下沸腾或分解W得到气态产物的化学 化合物来实现。泡沫也可W通过下述方式产生:机械混合W纳入气体、在溶液中聚合并进行 相分离或使用在固化过程后从所述材料中析出的填料。
[0007] 有许多描述开孔PUR泡沫的文献。所述PUR泡沫通常由含有异氯酸醋的化合物和多 元醇制得。发泡主要使用由于其低沸点而具有物理作用的吹气来进行。在发泡工艺中也有 特定熟知的具有物理作用的吹气与二氧化碳的吹气组合物，所述二氧化碳通过异氯酸醋基 团与水的化学反应而产生。在水与异氯酸醋的反应过程中（不同于与多元醇的反应），产生 二氧化碳的同时还产生了脈基团，其有助于形成所述泡孔结构。Ξ聚氯胺泡沫提供了另一 种选择。
[000引有机聚合物泡沫的决定性缺点是它们是易燃的，或者使用不同的表达，它们具有 受限的热稳定性。在燃烧时，即使归类为具有"低可燃性"的有机聚合物泡沫也会释放出有 毒气体并产生燃烧的液滴。如果有机聚合物泡沫W特定的方式产生并具有特定的组分，贝U 它们也会在室内区域中释放出有害的烟雾，其实例为甲醒。因此，需要不燃的无机泡沫。
[0009] DE 102004006563 A1描述了一种通过下述步骤来制备无机-有机杂合泡沫的方 法:a)将至少一种形成石材类材料的无机反应性组分、至少一种水性硬化剂一一其在碱性 条件下引起至少一种无机反应性组分进行固化反应、至少一种发泡剂、至少一种有机娃化 合物和至少一种表面活性剂进行混合，W及b)将所述混合物至少部分硬化。然而，在此没有 形生纯的无机泡沫。
[0010] DE 4301749 A1描述了一种用于废气通路的消声器，该废气来自具有至少一种由 多孔材料制成的吸声体的内燃机。为了实现最大可能的声阻尼W及简单的制备，提出了基 于地质聚合物的材料。然而，在此并没有对所述地质聚合物的组分做任何更详细地解释。
[0011] W0 2011/106815 A1描述了一种用于制备防火矿物泡沫的制剂，该矿物泡沫包含 或由水玻璃、至少一种侣娃酸盐、至少一种氨氧化物和至少一种含有Si化和Al2〇3的氧化物 组分组成，其特征在于，水玻璃W选自10重量份至50重量份范围的比例存在，侣娃酸盐W Ab化的比例为8重量份至55重量份的比例存在，氨氧化物WOH的比例为0.5重量份至4重量 份的比例存在，并且氧化物组分W5重量份至55重量份的比例存在;其还描述了所述矿物泡 沫及用于制备该矿物泡沫的方法。
[0012] 该文献提出将在碱性条件下可活化的侣娃酸盐作为优选的侣娃酸盐，特别为火山 的侣娃酸盐，优选玄武岩、松脂岩、黑曜岩、响岩和/或偏高岭±;建议分别将Si化和Al2〇3作 为优选的氧化物组分。虽然W0 2011/106815 A1没有提供发明实施例，但发现使用运些组分 仅使硬化的地质聚合物泡沫制剂获得了不充足的早期和最终强度值。因此，需要具有充足 的早期强度和最终强度的不燃的无机泡沫。
[0013] 因此，本发明的目的在于，至少在某种程度上，消除引言中所描述的现有技术的缺 陷。具体而言，本发明提供了一种不燃的无机泡沫。其应该适用于用作多孔吸声器。此外，所 述不燃的无机泡沫应具有充足的早期强度和最终强度，W便确保良好的实际操控特性。
[0014] 所述目的已通过独立权利要求的特征实现。从属权利要求提供了优选的实施方 案。
[0015] 不考虑所述目的已被完全实现，本发明的地质聚合物泡沫制剂具有下述优点：其 可W硬化的形式容易地且在低成本下制备，并具有良好的绝热特性。
[0016] 首先，本发明提供了一种地质聚合物泡沫制剂，其包含至少一种选自潜在水硬性 粘合剂、火山灰质粘合剂及其混合物的无机粘合剂;至少一种选自碱金属氨氧化物、碱金属 碳酸盐、碱金属侣酸盐、碱金属娃酸盐及其混合物的碱性活化剂;至少一种选自阴离子表面 活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及其混合物的表面活性剂;气相W及水。
[0017] 就本发明而言，表述"地质聚合物泡沫制剂"意指该制剂包含所有所需的组分，W 便提供地质聚合物泡沫，即无机粘合剂、碱性活化剂、表面活性剂、水W及气相。运些组分可 采取预混合物的形式，或者可W为单独的形式如所谓的"多个部分的组件"。如在下文的稍 后部分所述，水和碱性活化剂可与其他组分分开提供，或者碱性活化剂可为与其他组分一 起的干燥形式，W便之后仅需要添加水并进行发泡。当然，该地质聚合物泡沫制剂也可W是 即用的发泡形式。
[0018] 根据本发明，"气相"可W是存在于粉末组分中的气体。运种气体本身的量通常并 不足够。因此，在此还可能包括W合适的形式所提供的气体，例如W气瓶、压缩气体、压缩空 气等的形式。就本发明而言，表述气相还意指涵盖通过与来自金属（例如Mg、AlJn)的碱性 含水介质的反应而释放的氨气，由出化或过氧化物在碱性介质中所产生的氧气，由不稳定的 含氮化合物所产生的氮气，W及W(任选可溶的或反应性)空屯、微珠形式的气体。因此，表述 "气相"也可W理解为与"包含或释放气相的组分"同义。如果所述地质聚合物泡沫制剂已经 是发泡的形式，则当然表述"气相"意指如在上文前面部分所述的，气泡存在于泡沫基质中。 在硬化的"地质聚合物泡沫元件"中被气泡所占据的区域有时也称为气孔。
[0019] 就本发明而言，术语"包含"意指包括狭义的术语"由…组成"，但并不等同于此。此 夕h它意指在每种实际情况下，本发明制剂的所有指定和未指定成分的百分数总和始终为 100%。
[0020] 众所周知，无机粘合剂体系可W反应性水不溶性化合物为基础，该反应性水不溶 性化合物基于在水性碱性环境中硬化的Si化与Al2〇3的结合。运种类型的粘合剂体系尤其被 称为"地质聚合物"，并且记载于，例如，118 4,349,386、胖0 85/03699和1]5 4,472，199中。在 此，可用作反应性氧化物或反应性氧化物混合物的材料尤其为娃粉、偏高岭±、侣娃酸盐、 粉煤灰、活性粘±、火山灰或其混合物。用于活化所述粘合剂的碱性环境通常由碱金属碳酸 盐、碱金属氣化物、碱金属氨氧化物、碱金属侣酸盐和/或碱金属娃酸盐(例如水溶性水玻 璃)的水溶液组成。地质聚合物可比波特兰水泥的成本更低但更稳固，并且可W具有更有利 的C0油巧义平衡。关于术语"泡沫"参照说明书的引言部分。
[0021] 由于纯地质聚合物使用了上述氧化物，因此其具有较低的巧含量。US 8,460,459 B2记载了一种无机粘合剂体系，其包含12至25重量％的