WO2008087047A1 - Method for producing glass vacuum hollow spheres, vacuum hollow spheres and use thereof - Google Patents

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WO2008087047A1
WO2008087047A1 PCT/EP2008/000422 EP2008000422W WO2008087047A1 WO 2008087047 A1 WO2008087047 A1 WO 2008087047A1 EP 2008000422 W EP2008000422 W EP 2008000422W WO 2008087047 A1 WO2008087047 A1 WO 2008087047A1
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WO
WIPO (PCT)
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glass
vacuum
hollow
spheres
furnace
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/000422
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Manfred Krauss
Bernhard Durschang
Dietmar Hietel
Robert Fessler
Norbert Siedow
Michael Heil
Ulrich Heinemann
Volker Drach
Hans-Peter Ebert
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/10Forming beads
    • C03B19/107Forming hollow beads
    • C03B19/1075Forming hollow beads by blowing, pressing, centrifuging, rolling or dripping

Definitions

  • the present invention relates to the development of a new and cost-effective production process for vacuum pellets, based on hollow glass spheres (hollow vacuum spheres or vacuum pellets), vacuum hollow spheres, and their use.
  • the bubbles may contain gases (often air, Ar, H 2 O, O 2 , N 2 , SO 2 , CO 2 ), but also H 2 S, HF, HCl) or evacuated. Partial deposits are also observed in the interior of the bladder [H. Jebsen-Marwedel: Glass-technical manufacturing defects. Springer-Verlag Berlin Göttingen, Heidelberg, 166]. Bubble contents that condense at room temperature are NaCl, sulfur, Na 2 SO 4 , sulfides, carbon, and others. Bubbles formed by such condensed matter are gas-free at room temperature and are referred to as vacuoles or vacuum bubbles. CO 2 diffuses into / out of the melt until equilibrium is established.
  • the composition of the bubble content may change.
  • the various gases are present in different concentrations in the bubble and in the surrounding furnace atmosphere. Therefore, diffusion processes begin to approximate the gas composition of the gas bubble and the furnace atmosphere. This diffusion process leads to a change in bubble size (Schäffer, HA: General Technology of Glass, Institute of Materials Science, Chair III, Glass and Ceramics, Er Weg, 1995, p.
  • the gases have different diffusion coefficients, solubilities and permeabilities (Table 1). Table 1
  • the glasses contain dissolved gases.
  • nitrogen can be dissolved in the silicate glass melt.
  • the chemical solubility is greater by a factor of 10 3 to 10 4 than the physical solubility.
  • a sputtering element eg a rapidly rotating disc provided with blades (ball diameter up to 20 microns).
  • gas-filled hollow microspheres e.g., 3M TM Scotchlite TM Glass Bubbles, www.rpcompany.com/info/briefs/bases.pdf
  • hollow microspheres of silica glass US 4,336,338
  • Hollow glass microspheres filled with air or other gases are used as fillers for synthetic resins, plastics, adhesives, protective coatings, paint ben, artificial marble,chtbau Strukturllstoffe and Fugen spaller used. They usually consist of low-alkali Borosi- licatglas with high chemical resistance. Hollow glass spheres are not flammable, gas-tight and resistant to water. Their diameter is between 15 and 120 ⁇ m, the thermal conductivity of a bed between 0.06 and 0.2 W / mK.
  • Hollow glass balls are produced by a multi-stage process. First soda-borosilicate glass is prepared and ground to a fine powder. Subsequently, the Hohlglaskugel Struktur takes place in a high-temperature heat transfer process. As the temperature increases, the viscosity of the glass drops decreases in such a way that the surface tension leads to the formation of glass beads. The high temperature causes the outgassing of an added propellant. The resulting gas pressure is the cause of the growth of the glass particles from small massive to larger hollow spheres. The internal pressure of the again cooled balls is about one third of the atmospheric pressure.
  • Hollow ceramic microparticles in which reduced pressure or vacuum prevails are used for insulating materials [JP 2003335588], but are hitherto only suitable for a few applications (e.g., ceramic tanks, ceramic lavatories, metallic water valves) due to their weight, limited ceramic compositions and low elasticity. Hollow bodies of glass or resins coated with metals or glass, in which
  • Vacuum of about 10 mbar are used for thermal high-tech insulation [JP 11199347].
  • elongated cylindrical or spherical microballoons have been developed [WO 80/00438]. They can contain a vacuum and have a thin metal coating (5 to 500 nm) inside. The diameters range from 200 to 10,000 ⁇ m and the wall thicknesses from 0.1 to 1000 ⁇ m.
  • the production takes place via an elaborate blowing process in which a thin film of molten glass is stretched over the opening of a coaxial tuyere.
  • the tuyere is provided with an inner nozzle to supply the flowing gas with positive pressure to the inside of the liquid film.
  • An external cross-flow creates a pulsating or fluctuating pressure field with periodic vibrations that acts on the microballoon and aids in both formation and detachment from the orifice.
  • a centrifuge can also be used.
  • the flowing gas used is metal vapor (eg zinc vapor), which is deposited as a metal film on the inner wall of the hollow microbead.
  • evacuated glass microspheres by leakage of residual gas from the gas-filled beads at sufficiently high temperatures has been described (US 5,713,974, US 5,501,871).
  • the evacuated microspheres consist of glass or polymers with an IR-reflecting layer (sphere diameter 5 to 5,000 ⁇ m).
  • the manufacturing process is two-stage and leads to partially evacuated glass beads, as a residual gas content does not diffuse through the glass wall even in a vacuum.
  • US Pat. No. 4,303,43313 the production of evacuated glass beads is explained by means of a centrifuge.
  • the molten glass is passed as a liquid film through a nozzle through which metal vapor is blown. Due to the centrifugal force, gas-filled drops are thrown outward and contracted into balls. By depositing a thin metal film inside the hollow sphere, vacuum is formed.
  • hollow spheres By blowing individual hollow spheres of glass and plastic by using a nozzle, hollow spheres are produced in the publications US Pat. No. 4,303,732 and US Pat. No. 3,607,169. Above the opening of a coaxial nozzle, a liquid glass film spans, which is inflated by a flowing gas with overpressure to hollow micro glass beads and then quenched. Additives in the blowing gas are metal particles and organometallic compounds. These become gaseous at high temperatures and lead to precipitation or film formation on the inner wall of the spheres (diameter: 500 to 6000 ⁇ m, wall thickness 0.5 to 400 ⁇ m) at decreasing temperatures, e.g. Formation of a zinc film, and so to the vacuum inside.
  • a method for producing hollow glass spheres made of glass which is characterized by the following steps:
  • the method according to the invention therefore requires complicated apparatuses, as known from the prior art (for example, coaxial nozzles). Devices) and the associated disadvantages lapsed. Thus, economic benefits can be achieved.
  • the glass as a shell material combines the advantages of high diffusion-tightness and pressure stability with low raw material costs.
  • the furnace is vertically aligned.
  • the glass powder-containing material is blown from below into the oven and the finished product (i.e., the glass beads) after step e) preferably removed from the oven by suction.
  • the furnace is also flowed through by the reaction and / or carrier gas, preferably in the vertical direction, ie from bottom to top.
  • a flow gradient is understood according to the invention to mean a course which is not uniform with respect to the magnitude and / or direction of the flow of the reaction and / or carrier gas within the furnace.
  • An advantageous variant for generating a positive flow gradient of the reaction and / or carrier gas provides that the furnace is substantially tubular and the flow gradient by cross-sectional taper of the tube in the flow direction (tapering of the circular cross-section) and / or is created by introducing a from bottom to top of diameter increasing, substantially conical body (taper of the ring cross-section).
  • a positive flow gradient is understood to mean that the flow rate of the reaction and / or carrier gas increases in the flow direction of the furnace.
  • the increase of the flow velocity thus takes place by reducing the tube diameter of the quasi-tubular opening, be it by an example tapered taper of the furnace itself and / or by introducing a body into the furnace, the average increases in the flow direction.
  • the body is arranged concentrically in the oven and is, for example, as a bar o. ⁇ . educated.
  • An alternative, but equally advantageous variant provides for the generation of a negative flow gradient of the reaction and / or carrier gas.
  • the flow gradient in the substantially tubular furnace is produced by cross-sectional widening of the pipe in the flow direction (widening of the circular cross-section) and / or by introducing a substantially conical body decreasing in diameter in the flow direction (widening of the annular cross-section).
  • a negative flow gradient is understood to mean that the flow rate of the reaction and / or carrier gas decreases in the flow direction of the furnace.
  • the flow velocity is reduced by widening the tube diameter of the quasi-tubular furnace, be it by a conically widening of the furnace itself, for example, and / or by introducing a body into the furnace whose average decreases in the flow direction.
  • the body is while concentrically arranged in the oven and is for example a rod or similar. educated.
  • the flow rate and / or the flow gradient of the reaction and / or carrier gas through the furnace is adjusted so that a transport of the glass powder-containing material is ensured in the flow direction through the furnace.
  • the flow gradient can be adjusted so that, on the one hand, depending on size and specific weight of the glass powder forming glass particles, the air resistance in the lower part of the furnace is greater than gravity, so that the glass particles are transported into the oven, the speed
  • the reaction and / or carrier gas in a higher part of the furnace but decreases such that the air resistance force no longer overcomes the gravity in the top of the heating tube, so that the particles come into a limbo.
  • the flow rate and / or the flow gradient of the reaction and / or carrier gas in the furnace is set so that the glass particles are in a floating state at the level of the at least one zone in which the heating module is located.
  • the heating within the heating zone leads to the swelling of the glass particles, with an increase in the diameter of the glass particles towards hollow spheres. This is accompanied by an increase in that air resistance, as a result, these blown glass beads are transported upwards out of the at least one heating zone and then cooled.
  • Reactive and / or carrier gas initially adjusted so that the glass particles are in the amount of a zone in limbo, in which there is at least one heating module.
  • the particles are kept within the heating zone until they are melted and inflated. This is followed by a brief increase in the volume flow of the reaction and / or carrier gas in order to reliably transport the expanded glass beads upwards out of the heating zone and thus to cool them.
  • the starting material in the process according to the invention is preferably glass powder selected from the group consisting of recycled glass, soda-lime silicate glass (grade purity, impurities, grain size glass powder, glass flour), borosilicate glass and / or mixtures thereof.
  • glasses with a high gas content are preferred, which means both physically and chemically dissolved glass or already contained gas bubbles.
  • the glass powder used preferably contains glass particles having an average particle diameter d 50 of the glass particles between 1 and 1000 ⁇ m, preferably between 2 and 200 ⁇ m, particularly preferably between 2 and 200 ⁇ m. see 5 and 50 microns. It is advantageous if the glass powder is obtained before step a) by grinding and / or sieving.
  • the material containing the glass powder contains at least one further additive and / or blowing agent selected from the group consisting of SiO 2 , B 2 O 3 , 2 CaO "3 B 2 O 3 " 5 H 2 O, H 3 BO 3, Na 2 B 4 O 7 '10 H 2 O (borax), 2 CaO ⁇ 3 ⁇ B 2 O 3 5 H 2 O (CoIe- manit), P 2 O 5, H 3 PO 4 (phosphoric acid), Ca 3 (PO 4 J 2 , AlPO 4 , Ba (PO 3 ) 2 , Ca (PO 3 J 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , ZrSiO 3 , (HPO 3 ) X ( Metaphosphoric acid), (NaPO 3 J x (Madrell's salt), (KPO 3 ) X (Kurrol's salt), Na 3 (P 3 O 9 ) (trimetaphosphate), Na 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , Na 2 CO 3
  • the at least one additive can be used for glass powder in any weight ratio, it is advantageous, however, if the at least one additive with respect to the glass powder between 0.1 and 30 wt .-%, preferably between 0.1 and 10 wt .-%, more preferably between 0.1 and 5 wt .-% is added.
  • the reaction and / or carrier gas in step b) is preferably a gas selected from the group consisting of CO 2 , O 2 , H 2 , NH 3 , HF, HCl, SO 2 , metal vapor, steam and / or mixtures from this, used.
  • the steps a) and b) are preferably carried out simultaneously.
  • step c) a temperature between 300 and 1500 ° C., preferably between 500 and 1300 ° C., is set in the oven having at least one heating module.
  • the oven preferably has three heating modules, and it is furthermore advantageous if different temperatures prevail in the respective heating modules.
  • the temperatures in the heating modules are adjusted so that the temperatures in the second heating module are higher than in the first and in the third lower than in the second.
  • a favorable temperature distribution is given when the temperature in the first heating module between 600 0 C and 1000 0 C, in the second heating module between 1100 0 C and 1500 0 C and in the third heating module between 700 0 C and 1100 0 C, without the To limit the invention to this exemplary indication.
  • step e the temperature of the glass spheres is successively lowered to room temperature. According to the invention it is irrelevant how fast the cooling takes place. Surprisingly, it has been found that the vacuum formation in step e) takes place only below a temperature of 600 ° C., preferably below 500 ° C. Thus, the glass matrix is already sufficiently viscous again and thus stable enough to withstand the resulting negative pressure inside. As a result, there is no deformation or even destruction of the hollow spheres.
  • the process can be carried out both as a batch process and as a continuous process, the continuous variant offering economic advantages.
  • hollow hollow spheres containing glass are also provided whose gas pressure in the interior is at most 1 mbar, preferably at most 0.2 mbar, particularly preferably at most 0.1 mbar.
  • the glass materials are preferably selected from the group consisting of recycled glass, soda lime silicate glass, borosilicate glass and / or mixtures thereof.
  • the hollow vacuum spheres may in principle be of any size, but it is advantageous if the mean diameter d 50 is between 1 and 1000 ⁇ m, preferably between 5 and 500 ⁇ m, particularly preferably between 10 and 200 ⁇ m.
  • the wall thickness of the hollow vacuum spheres is between 0.1 and 25 ⁇ m, preferably between 0.2 and 10 ⁇ m, particularly preferably between 1 and 5 ⁇ m.
  • the cavity enclosed by the wall is between 10 and 98% by volume, preferably between 90 and 98% by volume, of the total volume of the hollow vacuum ball.
  • the hollow vacuum spheres are characterized by the advantageous properties that they have a pressure stability against external pressures of at least 5 bar, preferably of at least 15 bar.
  • the pressures can be exerted mechanically, pneumatically or hydraulically on the balls. Decisive is that it does not cause any damage or destruction of the balls.
  • the lower density of the vacuum spheres proves to be particularly advantageous, in particular between 50 and 300 kg / m 3 , preferably between 50 and 200 kg / m 3 , more preferably between 70 and 100 kg / m 3 .
  • the density is defined as the ball weight per sphere volume.
  • Another advantageous feature of the vacuum hollow balls is their extremely low thermal conductivity It is preferably at most 0.05 W / mK, preferably at most 0.03 W / mK, particularly preferably at most 0.02 W / mK, and is incorporated in a bed of the vacuum spheres of the invention or of a material into which the vacuum spheres according to the invention are determined.
  • the hollow vacuum spheres are coated.
  • the coating can be applied after the manufacturing process and in particular contain metals.
  • the coating is used in particular to fix the balls against each other, to increase their durability and / or resistance to external influences.
  • vacuum hollow spheres described here can be produced by the method according to the invention mentioned in detail.
  • hollow vacuum spheres are also indicated.
  • the hollow vacuum spheres are suitable for the production of composite materials (wherein the hollow spheres can be sintered or embedded in a matrix) or Dämmmateria- materials.
  • the vacuum hollow glass spheres are used to develop novel insulating materials which, while retaining the principle-based advantages of the vacuum idea (significant improvement of the insulating effect and / or reduction of the required layer thickness), overcome the disadvantages in terms of fabricability and vulnerability.
  • These materials must consist of small evacuated cells.
  • the materials produced on the basis of the hollow glass spheres are characterized by a clear reduced thermal conductivity (factor 2 - 3).
  • factor 2 - 3 the thermal conductivity
  • the new materials have considerable advantages in terms of manufacturability and vulnerability.
  • glass has as shell material of the vacuum beads excellent properties in terms of diffusion-tightness and pressure stability at the same time low raw material costs. Overall, this results in a significant competitive advantage in the various links in the value chain (base material, insulation materials, application technology).
  • vacuum spheres With densest ball packing results for micro hollow glass spheres with a pressure stability of 15 to 20 bar, a density of 100 to 120 kg / m 3 . With comparable wall thickness, vacuum spheres have nearly equal densities.
  • the vacuum spheres can be embedded in a carrier matrix. If the carrier matrix has typical insulating material properties, a total density results clearly below 150 kg / m 3 . The investigations carried out show that for such a system, compared to traditional insulating materials with thermal conductivities of about 0.03 to
  • thermal insulation with vacuum spheres in bulk materials and insulation boards is therefore very promising.
  • thermal conductivity will be significantly lower than that of standard plaster.
  • a "thermal barrier plaster" is comparatively easy to apply and consistent, thus avoiding construction-related thermal bridges and, together with the advantages outlined above other vacuum solutions, results in enormous technical innovation potential for the three mentioned insulating materials.
  • the starting glass powder 1 is blown after grinding (d 50 - value 10-90 microns) and classifying a weighing and dosing unit 2 in the reaction chamber of the furnace 3 from below and sucked off at the opposite side by applying a negative pressure.
  • Air is excluded since N 2 and Ar are inert to the air and do not react with vaporized glass components or the hot glass surface inside the ball, thus preventing the formation of vacuum.
  • Water vapor can only be used to a limited extent, as it uses glass not completely react to solid, water-containing substances. Likewise, components are added which decompose or sublime at defined temperatures.
  • the furnace consists of three separate heating modules 6, 7, 8, which are individually controlled by a furnace controller 9.
  • the monitoring of the temperature takes place in each case by a thermocouple 10.
  • the gases and vapors from the surrounding atmosphere (carrier, reaction gas) and from the glass as a function of temperature and pressure released gases (H 2 , O 2 , CO 2 , SO 2 , HF, H 2 O, HCl, NH 3 ) are enclosed by the molten, viscous glass material, enclosed by individual glass grains in the sintering together, collected during the melting process between the glass particles and are trapped or diffused into the glass depending on temperature and pressure. Due to surface tension, glass spheres form.
  • the enclosed gases combine to form a cavity until the internal pressure is equal to the external pressure.
  • the glass spheres expand due to an increase in temperature (900 to 1300 ° C.). In the process, glass components evaporate from the hot glass surface of the balls.
  • the vapor condenses or resorbs inside the hollow sphere at a given pressure (condensation, resublimation temperature), i. it changes from the gaseous to the liquid or solid state of matter.
  • a given pressure condensation, resublimation temperature
  • This can e.g. by reaction of the gases with each other and / or with components of the hot glass surface, the resublimation / condensation of solid components inside the sphere leads to vacuum formation.
  • the temperature must be high enough to cause it to swell the glass ball, to the desired condensation reactions and thus to the formation of vacuum inside (with sufficiently small wall thickness of the
  • the vacuum formation takes place only at a Temperature (500-700 0 C to room temperature) at which the glass envelope of the ball is already so strong that the external air / gas pressure does not cause the ball to collapse (log ⁇ 3-12.3 dPas).
  • the vacuum hollow glass balls are sucked off and classified on the screening machine 5 according to the ball size.
  • Suitable glass compositions, blowing agents, gases, condensation reactions, temperature-time intervals, heating rates and pressure ratios were determined.
  • the sublimation curve of the phase diagram is given by the phase boundary line between solid and gas below the triple point at which liquid and solid have the same vapor pressure.
  • the temperature at which the vapor pressure of the solid is equal to the external pressure is called the sublimation temperature. If the pressure is reduced, the sublimation point may shift below the melting point even for substances that melt under normal pressure.
  • the phase transformation in the opposite direction to the sublimation is called resublimation (also called desublimation, solidification, deposition).
  • the vapors condense directly into crystals, bypassing the liquid phase.
  • the re-sublimation point is identical to the sublimation point.
  • both can differ and therefore also influence the direction of the phase transformation.
  • normal sublimation temperature data without additional sublimation pressure. Otherwise, the sublimation temperature and pressure must be taken into account.
  • Each fabric absorbs sublimation heat of sublimation, which is equal to the sum of melting and evaporation heat and is released again in the resublimation.
  • alkali metal oxides, alkaline earth oxides, SiO 2 , Al 2 O 3 and B 2 O 3 show comparatively lower tendency to evaporate than lead, fluorine compounds and metaborates.
  • the evaporation and decomposition of the boric acid begins at 600 0 C and leads via metaboric acid to the boron oxide.
  • Na 2 O- and SO 2 -containing gases influence the condensation of liquid Na 2 SO 4 by boron.
  • the condensation temperature of sodium sulfate may be up to 200 K lower than in corresponding boron-free gases.
  • B 2 O 3 is dissolved. Borates can condense in SO 2 -free or -low gases.
  • Fluorides react with water to form a gas, which should be avoided in the hollow sphere, otherwise there will be insufficient evacuation inside.
  • the condensation of the vaporized substances can often lead to corrosion and blockage in conventional glass tanks in the lower furnace.
  • the condensation and desublimation by variation of temperature, pressure, residence time in the oven,
  • Li 2 O, fluorides and alkali borates evaporate without decomposition.
  • the intermediates formed alkali react with oxygen present to the oxides.
  • sodium sulfide may form.
  • a higher chlorine content increases the sodium content of the melt, while a higher sulfur content lowers the sodium content.
  • the carbonates condensed within the sphere can react with each other.
  • the system Na 2 Ca (CO 3 ) 2 - Na 2 CO 3 has a eutectic at 740 ° C., so that a melt with a eutectic composition forms at this temperature.
  • the vacuum is formed at temperatures of 600 0 C to room temperature, at which the glass envelope of the ball is already so strong that the external air / gas pressure does not lead to collapse of the hollow sphere (log ⁇ 3- 12, 3 dPas).

Abstract

The invention relates to the development of a novel and economical method for producing vacuum spheres based on vacuumised glass hollow spheres (vacuum hollow spheres or vacuum spheres), vacuum hollow spheres and to the use thereof. During said method, the addition of suitable additives initiates the formation of gases which inflate the glass sphere in the cooling phase and which, during solidification, resublimate inside the sphere to form a solid matter. The resublimation/condensation process is based on controlled chemical reactions of the formed gases amongst themselves and/or with glass components. The gases deposit themselves as a solid matter in the inside of the glass sphere or on the inner walls (e.g. carbon compounds, sulphur compounds, halogen compounds such as carbonates, sulfates, chlorides). This allows three types of novel isolation materials (bulk material, insulation board and sprayed rendering) to be developed. The application techniques of said insulating materials are also suitable for facades and wooden houses.

Description

Verfahren zur Herstellung von Vakuumhohlkugeln aus Glas, Vakuumhohlkugeln sowie deren Verwendung Process for the production of hollow glass spheres made of glass, hollow hollow spheres and their use
Vorliegende Erfindung betrifft die Entwicklung eines neuen und kostengünstigen Produktionsverfahrens für Vakuumkügelchen, auf Basis von vakuumisierten Glas- hohlkugeln (Vakuumhohlkugeln oder Vakuumkügelchen) , Vakuumhohlkugeln, sowie deren Verwendung.The present invention relates to the development of a new and cost-effective production process for vacuum pellets, based on hollow glass spheres (hollow vacuum spheres or vacuum pellets), vacuum hollow spheres, and their use.
Bei der konventionellen Glasherstellung kann es zu Glasfehlern, wie Blasen im Glas kommen. Bei hohen Temperaturen bilden sie sich neu, wenn eine in der Schmelze physikalisch oder chemisch gelöste Gaskomponente eine erhebliche Übersättigung zeigt (Läuterung) oder durch chemische Reaktion Gase freigesetzt werden (Blasen) . Der Blaseninnendruck kann durch die Wirkung der Oberflächenspannung nachConventional glassmaking can cause glass defects, such as bubbles in the glass. At high temperatures, they re-form when a gas component, which is physically or chemically dissolved in the melt, shows considerable supersaturation (refining) or gases are liberated by chemical reaction (blowing). The internal bladder pressure can be reduced by the effect of surface tension
Pi = σ/2r pi Überdruck im Blaseninneren σ Oberflächenspannung r Blasenradius hoch werden [J. Backhausen, E. Muysenberg, and J. Ullrich: The iraportance of understanding the basic quality issues for improving the technology in glass melting. Int. Glass J., Vol. 2003, Issue 23, Jan. 2004, 31-36] .Pi = σ / 2r pi Overpressure inside the bubble σ Surface tension r Bubble radius become high [J. Backhausen, E. Muysenberg, and J. Ullrich: The iraportance of understanding the basic quality issues for improving the technology in glass melting. Int. Glass J., Vol. 2003, Issue 23, Jan. 2004, 31-36].
Die Blasen können Gase enthalten (oft Luft, Ar, H2O, O2, N2, SO2, CO2) , aber auch H2S, HF, HCl) oder evakuiert sein. Teilweise werden auch Ablagerungen im In- neren der Blase beobachtet [H. Jebsen-Marwedel : Glastechnische Fabrikationsfehler. Springer-Verlag Berlin Göttingen, Heidelberg, 166] . Blaseninhalte, die bei Raumtemperatur kondensieren, sind NaCl, Schwefel, Na2SO4, Sulfide, Kohlenstoff u.a.. Blasen, die durch solche kondensierten Stoffe gebildet wurden, sind bei Raumtemperatur gasleer und werden als Vakuolen oder Vakuumblasen bezeichnet. CO2 diffundiert in/aus der Schmelze bis zur Einstellung eines Gleichgewichtes.The bubbles may contain gases (often air, Ar, H 2 O, O 2 , N 2 , SO 2 , CO 2 ), but also H 2 S, HF, HCl) or evacuated. Partial deposits are also observed in the interior of the bladder [H. Jebsen-Marwedel: Glass-technical manufacturing defects. Springer-Verlag Berlin Göttingen, Heidelberg, 166]. Bubble contents that condense at room temperature are NaCl, sulfur, Na 2 SO 4 , sulfides, carbon, and others. Bubbles formed by such condensed matter are gas-free at room temperature and are referred to as vacuoles or vacuum bubbles. CO 2 diffuses into / out of the melt until equilibrium is established.
Im Laufe des Schmelzprozesses kann sich die Zusammensetzung des Blaseninhaltes ändern. Die verschiedenen Gase liegen in der Blase und in der umgebenden Ofenatmosphäre in unterschiedlichen Konzentrationen vor. Deshalb beginnen Diffusionsprozesse zur Angleichung der Gaszusammensetzung der Gasblase und der Ofenatmosphäre. Dieser Diffusionsprozess führt zu einer Veränderung der Blasengröße (Schäffer, H. A.: Allgemeine Technologie des Glases. Institut für WerkstoffWissenschaften, Lehrstuhl III, Glas und Keramik, Erlangen, 1995, S. 90). Die Gase besitzen unterschiedliche Diffusionskoeffizienten, Löslichkeiten und Permeabilitäten (Tabelle 1) . Tabelle 1During the melting process, the composition of the bubble content may change. The various gases are present in different concentrations in the bubble and in the surrounding furnace atmosphere. Therefore, diffusion processes begin to approximate the gas composition of the gas bubble and the furnace atmosphere. This diffusion process leads to a change in bubble size (Schäffer, HA: General Technology of Glass, Institute of Materials Science, Chair III, Glass and Ceramics, Erlangen, 1995, p. The gases have different diffusion coefficients, solubilities and permeabilities (Table 1). Table 1
Vergleich der Diffusionskoeffizienten, Löslichkeiten und Permeabilitäten von GasenComparison of the diffusion coefficients, solubilities and permeabilities of gases
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Figure imgf000005_0001
Da die Blasen ihre Gaszusammensetzung während des Schmelzprozesses laufend ändern, ist es schwierig, aus der Gaszusammensetzung im Endprodukt auf die ursprüngliche Zusammensetzung und damit die Blasenursache zu schließen. In den Gläsern liegen gelöste Gase vor.Since the bubbles constantly change their gas composition during the melting process, it is difficult to conclude from the gas composition in the final product on the original composition and thus the bubble cause. The glasses contain dissolved gases.
Unter reduzierenden Bedingungen kann z.B. Stickstoff in der Silicatglasschmelze gelöst sein. Dabei ist die chemische Löslichkeit um einen Faktor 103 bis 104 größer als die physikalische Löslichkeit.Under reducing conditions, for example, nitrogen can be dissolved in the silicate glass melt. The chemical solubility is greater by a factor of 10 3 to 10 4 than the physical solubility.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Typen von Glaskugeln bekannt.Various types of glass beads are known in the art.
a) Massive Glaskugeln, Glasperlena) Massive glass balls, glass beads
Die Herstellung von massiven kleinen Glaskugeln (z.B. Ballotini-Herstellung, Gel-Route,- Potters Ballotini™ Scotchlite™Glass Beads, www.pottersbeads.com/ Markests/Cleaning. asp) und von Blähglas, z.B. von Dennert-Poraver (Blähglas und Blähglasgranulat, Den- nert-Poraver GmbH, www.poraver.de) ist seit langem bekannt . Mithilfe des Ballotini-Verfahrens werden Mikroglasku- geln mit einem Durchmesser von etwa 0,025 bis 2 mm hergestellt. Sie werden z.B. für Lichtreflektoren in Verkehrszeichen eingesetzt. Die Glaskugeln können mit unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden.The production of massive small glass spheres (eg Ballotini production, gel route, Potters Ballotini ™ Scotchlite ™ glass beads, www.pottersbeads.com/markests/cleaning.asp) and expanded glass, eg from Dennert-Poraver (expanded glass and expanded glass granules Den- nert-Poraver GmbH, www.poraver.de) has been known for a long time. Using the Ballotini process, glass microbeads with a diameter of approximately 0.025 to 2 mm are produced. They are used eg for light reflectors in traffic signs. The glass spheres can be produced by different methods.
a) durch Erhitzen von Glaskörpern (Grieß oder Mehl) im Schwebezustand (Gasstrom oder Rußbett) über Einblasen in einen heißen Abgasstrom, b) durch Rieseln in einem beheizten Schacht, wobei sich aus dem vorgesiebten fraktionierten Glas- pulver unregelmäßig geformte Körner durch Aufschmelzen der Kugeln bilden, c) Einblasen eines Druckluftstrahls in einen ge- schmolzenen Glasfaden, dabei werden kurze Glas- fäden erzeugt, die unter Temperatureinwirkung schmelzen und sich infolge der Oberflächenspannung zu Kugeln formen, d) Vermischen von Glasgrieß mit Bornitrid und Er- hitzen in Öfen, e) Aufgeben der Glasschmelze auf ein Zerstäubungselement, z.B. einer schnell rotierenden mit Schaufeln versehenen Scheibe (Kugeldurchmesser bis 20 μm) .a) by heating glass bodies (semolina or flour) in the suspended state (gas stream or soot bed) by blowing into a hot exhaust gas stream, b) by trickling in a heated shaft, wherein from the vorgesiebten fractionated glass powder irregularly shaped grains by melting the balls c) blowing a jet of compressed air into a molten glass thread, producing short glass filaments which melt under the action of temperature and form spheres as a result of the surface tension; d) mixing glass granules with boron nitride and heating in ovens, e ) Placing the glass melt on a sputtering element, eg a rapidly rotating disc provided with blades (ball diameter up to 20 microns).
b) Nichtevakuierte, gasgefüllte Hohlglaskugelnb) Non-evacuated, gas-filled hollow glass spheres
Die Herstellung von gasgefüllten Mikro-Hohlglaskugeln (z.B. 3M™ Scotchlite™ Glass Bubbles, www . rtpcompany . com/info/briefs/ bubbles.pdf) und Hollow microspheres of silica glass (US 4,336,338) sind Stand der Technik.The preparation of gas-filled hollow microspheres (e.g., 3M ™ Scotchlite ™ Glass Bubbles, www.rpcompany.com/info/briefs/bases.pdf) and hollow microspheres of silica glass (US 4,336,338) are prior art.
Mikro-Hohlglaskugeln, die mit Luft oder anderen Gasen gefüllt sind, werden als Füllstoffe für Kunstharze, Kunststoffe, Klebstoffe, Schutzbeschichtungen, Far- ben, Kunstmarmor, Leichtbaufüllstoffe und Fugenfüller verwendet. Sie bestehen meist aus alkaliarmem Borosi- licatglas mit hoher chemischer Beständigkeit. Hohlglaskugeln sind nicht brennbar, gasdicht und resis- tent gegen Wasser. Ihr Durchmesser liegt zwischen 15 und 120 μm, die Wärmeleitfähigkeit einer Schüttung zwischen 0,06 und 0,2 W/mK.Hollow glass microspheres filled with air or other gases are used as fillers for synthetic resins, plastics, adhesives, protective coatings, paint ben, artificial marble, Leichtbaufüllstoffe and Fugenfüller used. They usually consist of low-alkali Borosi- licatglas with high chemical resistance. Hollow glass spheres are not flammable, gas-tight and resistant to water. Their diameter is between 15 and 120 μm, the thermal conductivity of a bed between 0.06 and 0.2 W / mK.
Die Herstellung von Hohlglaskugeln erfolgt über einen Mehrstufenprozess . Zunächst wird Kalk-Natron-Borosi- licatglas hergestellt und zu feinem Pulver gemahlen. Anschließend erfolgt die Hohlglaskugelbildung in einem Hochtemperatur-Wärmeübertragungsprozess . Dabei sinkt mit steigender Temperatur die Viskosität der Glastropfen derart ab, dass die Oberflächenspannung zur Bildung von Glaskugeln führt. Die hohe Temperatur bewirkt die Ausgasung eines zugesetzten Treibmittels. Der entstehende Gasdruck ist die Ursache für das Wachstum der Glaspartikel von kleinen massiven zu größeren hohlen Kugeln. Der Innendruck der wieder abgekühlten Kugeln liegt bei etwa einem Drittel des Atmosphärendruckes. Hohle keramische Mikropartikel, in denen reduzierter Druck oder Vakuum herrscht, werden für Isolationsmaterialien eingesetzt [JP 2003335588] , sind aber bisher aufgrund ihres Gewichtes, limitierter keramischer Zusammensetzungen und geringer Elastizität nur für wenige Anwendungen geeignet (z.B. Keramiktanks, keramische Toiletten, metallische Wasserventile) . Hohlkörper aus Glas oder Harze, die mit Me- tallen oder Glas beschichtet sind und in denen einHollow glass balls are produced by a multi-stage process. First soda-borosilicate glass is prepared and ground to a fine powder. Subsequently, the Hohlglaskugelbildung takes place in a high-temperature heat transfer process. As the temperature increases, the viscosity of the glass drops decreases in such a way that the surface tension leads to the formation of glass beads. The high temperature causes the outgassing of an added propellant. The resulting gas pressure is the cause of the growth of the glass particles from small massive to larger hollow spheres. The internal pressure of the again cooled balls is about one third of the atmospheric pressure. Hollow ceramic microparticles in which reduced pressure or vacuum prevails are used for insulating materials [JP 2003335588], but are hitherto only suitable for a few applications (e.g., ceramic tanks, ceramic lavatories, metallic water valves) due to their weight, limited ceramic compositions and low elasticity. Hollow bodies of glass or resins coated with metals or glass, in which
Vakuum von etwa 10 mbar vorliegt, werden zur thermischen Hightech- Isolation verwendet [JP 11199347] .Vacuum of about 10 mbar are used for thermal high-tech insulation [JP 11199347].
Für flache Solarkollektoren wurden gestreckte zylind- rische oder kugelförmige Mikrohohlperlen entwickelt [WO 80/00438] . Sie können ein Vakuum enthalten und besitzen einen dünnen Metallüberzug (5 bis 500 nm) im Inneren. Die Durchmesser reichen von 200 bis 10.000 μm und die Wandstärken von 0,1 bis 1000 μm. Die Herstellung erfolgt über einen aufwändigen Blasprozess, bei dem ein dünner Film aus geschmolzenem Glas über die Öffnung einer koaxialen Blasdüse hinweg gespannt wird. Die Blasdüse ist mit einer inneren Düse versehen, um das strömende Gas mit Überdruck an die Innenseite des Flüssigfilms zu führen. Durch eine äußere Querströmung wird ein pulsierendes oder fluktuierendes Druckfeld mit periodischen Schwingungen erzeugt, das auf die Mikrohohlperle einwirkt und sowohl Bildung als auch Ablösung von der Öffnung unterstützt. Zur Ablösung der Perlen kann auch eine Zentrifuge eingesetzt werden. Als strömendes Gas wird Metalldampf (z.B. Zinkdampf) eingesetzt, der als Metallfilm auf der Innenwand der Mikrohohlperle abgeschieden wird.For flat solar collectors, elongated cylindrical or spherical microballoons have been developed [WO 80/00438]. They can contain a vacuum and have a thin metal coating (5 to 500 nm) inside. The diameters range from 200 to 10,000 μm and the wall thicknesses from 0.1 to 1000 μm. The production takes place via an elaborate blowing process in which a thin film of molten glass is stretched over the opening of a coaxial tuyere. The tuyere is provided with an inner nozzle to supply the flowing gas with positive pressure to the inside of the liquid film. An external cross-flow creates a pulsating or fluctuating pressure field with periodic vibrations that acts on the microballoon and aids in both formation and detachment from the orifice. To detach the beads, a centrifuge can also be used. The flowing gas used is metal vapor (eg zinc vapor), which is deposited as a metal film on the inner wall of the hollow microbead.
c) Teilevakuierte Hohlkugelnc) Partially evacuated hollow spheres
Die Recherchen zeigen, dass es Anfang der 90er Jahre in den USA Aktivitäten zur Entwicklung, Fertigung und Vermarktung von Dämmstoffen und -anstrichen gab, die auf teilevakuierten Mikrohohlglaskugeln basierenThe research shows that in the early 1990s there were activities in the USA to develop, manufacture and market insulation materials and coatings based on partially evacuated hollow glass microspheres
[Thermal insulating material and method of manufactu- ring same, US-Patente 5,500,287 und 5,501,871].[Thermal insulating material and method of manufacturing same, US patents 5,500,287 and 5,501,871].
d) Evakuierte Hohlglaskugelnd) evacuated hollow glass spheres
Die Herstellung evakuierter Mikroglaskugeln durch Austritt von Restgas aus den gasgefüllten Kügelchen bei ausreichend hohen Temperaturen wurde beschrieben (US 5,713,974, US 5,501,871). Die evakuierten Mikro- kugeln bestehen aus Glas oder Polymeren mit einer IR- reflektierenden Schicht (Kugel-Durchmesser 5 bis 5000 μm) . Der Herstellungsprozess ist zweistufig und führt zu teilevakuierten Glaskugeln, da ein Gas-Restgehalt auch im Vakuum nicht durch die Glaswand diffundiert. In Patent US 4,303,433 wird die Herstellung von eva- kuierten Glaskugeln mit Hilfe einer Zentrifuge erläutert. Dabei wird die Glasschmelze als flüssiger Film über eine Düse geführt, durch die Metalldampf geblasen wird. Durch die Zentrifugalkraft werden gasgefüllte Tropfen nach außen geschleudert und zu Kugeln zusammengezogen. Durch Abscheidung eines dünnen Metallfilms im Inneren der Hohlkugel bildet sich Vakuum.The production of evacuated glass microspheres by leakage of residual gas from the gas-filled beads at sufficiently high temperatures has been described (US 5,713,974, US 5,501,871). The evacuated microspheres consist of glass or polymers with an IR-reflecting layer (sphere diameter 5 to 5,000 μm). The manufacturing process is two-stage and leads to partially evacuated glass beads, as a residual gas content does not diffuse through the glass wall even in a vacuum. In US Pat. No. 4,303,433, the production of evacuated glass beads is explained by means of a centrifuge. The molten glass is passed as a liquid film through a nozzle through which metal vapor is blown. Due to the centrifugal force, gas-filled drops are thrown outward and contracted into balls. By depositing a thin metal film inside the hollow sphere, vacuum is formed.
Durch Blasen einzelner Hohlkugeln aus Glas und Plas- tik durch Verwendung einer Düse werden in den Druckschriften US 4,303,732 und US 3,607,169 Hohlkugeln hergestellt. Über der Öffnung einer koaxialen Düse spannt sich ein flüssiger Glasfilm, der durch ein strömendes Gas mit Überdruck zu hohlen Mikroglasper- len aufgeblasen und dann abgeschreckt wird. Additive im Blasgas sind Metallpartikel und metallorganische Verbindungen. Diese werden bei hohen Temperaturen gasförmig und führen bei sinkenden Temperaturen zur Ausscheidung oder Filmbildung auf der Innenwand der Kugeln (Durchmesser: 500 bis 6000 μm, Wandstärke 0,5 bis 400 μm) , z.B. Bildung eines Zinkfilms, und so zum Vakuum im Inneren.By blowing individual hollow spheres of glass and plastic by using a nozzle, hollow spheres are produced in the publications US Pat. No. 4,303,732 and US Pat. No. 3,607,169. Above the opening of a coaxial nozzle, a liquid glass film spans, which is inflated by a flowing gas with overpressure to hollow micro glass beads and then quenched. Additives in the blowing gas are metal particles and organometallic compounds. These become gaseous at high temperatures and lead to precipitation or film formation on the inner wall of the spheres (diameter: 500 to 6000 μm, wall thickness 0.5 to 400 μm) at decreasing temperatures, e.g. Formation of a zinc film, and so to the vacuum inside.
Alle im Stand der Technik beschriebenen Verfahren er- fordern voneinander getrennte Arbeitsgänge und somit eine Verfahrensführung, die mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist. Zudem kommt, dass die im Stand der Technik verwendeten Düsenvorrichtungen eine hohe Störanfälligkeit aufweisen. Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Vakuumhohlkugeln bereitzustellen, das eine möglichst einfache Verfahrensführung erlaubt. Weiterhin ist es Auf- gäbe der vorliegenden Erfindung, Vakuumhohlkugeln bereitzustellen, die verbesserte isolierende Eigenschaften aufweisen.All of the processes described in the prior art require separate operations and thus a process management, which is associated with a considerable effort. In addition, the nozzle devices used in the prior art have a high susceptibility to interference. Proceeding from this, it is an object of the present invention to provide a process for the production of hollow vacuum spheres, which allows the simplest possible process control. It is a further object of the present invention to provide vacuum hollow spheres which have improved insulating properties.
Diese Aufgaben werden zum einen mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch die Vakuumhohlkugeln mit den Merkmalen des Anspruchs 27 gelöst. Mit den Ansprüchen 37 bis 42 werden Verwendungsmöglichkeiten der Vakuumhohlkugeln genannt. Die jeweiligen abhängigen Ansprüche stellen dabei vorteilhafte Ausführungsformen dar.These objects are achieved on the one hand by the method with the features of claim 1 and by the hollow vacuum balls with the features of claim 27. With the claims 37 to 42 uses of vacuum hollow spheres are called. The respective dependent claims represent advantageous embodiments.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von Vakuumhohlkugeln aus Glas bereitgestellt, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:According to the invention, a method is provided for producing hollow glass spheres made of glass, which is characterized by the following steps:
a) Einbringen eines Glaspulver enthaltenden Materials in einen mindestens ein Heizmodul aufweisenden Ofen, b) Einblasen von Reaktions- und/oder Trägergas in den Ofen, c) Aufschmelzen des Materials im Ofen, d) Bildung von Hohlkugeln durch Aufblähen mittels Temperaturerhöhung, sowie e) Verfestigung der Hohlkugeln durch Abkühlen unter Bindung und/oder Kondensation des Blähgases .a) introduction of a material containing glass powder into an oven having at least one heating module, b) blowing of reaction and / or carrier gas into the oven, c) melting of the material in the oven, d) formation of hollow spheres by swelling by means of temperature increase, and Solidification of the hollow spheres by cooling with binding and / or condensation of the expanding gas.
Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung sind somit aufwändige Apparaturen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind (beispielsweise koaxiale Düsen- Vorrichtungen) und die damit verbundenen Nachteile hinfällig. Somit können auch ökonomische Vorteile erzielt werden.The method according to the invention therefore requires complicated apparatuses, as known from the prior art (for example, coaxial nozzles). Devices) and the associated disadvantages lapsed. Thus, economic benefits can be achieved.
Das Glas als Hüllmaterial vereinigt die Vorzüge hoher Diffusionsdichtigkeit und Druckstabilität bei geringen Rohstoffkosten.The glass as a shell material combines the advantages of high diffusion-tightness and pressure stability with low raw material costs.
Bei der Herstellung von Hohlglaskugeln bilden sich überraschend evakuierte Kugeln, analog der Bildung von Vakuolen bei der Glasschmelze. Dabei werden Ablagerungen im Inneren der Hohlkugeln beobachtet .In the production of hollow glass spheres, surprisingly evacuated spheres form, analogously to the formation of vacuoles in the molten glass. Deposits are observed inside the hollow spheres.
Bei der Verfahrensführung erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Ofen vertikal ausgerichtet ist. Dabei wird das Glaspulver enthaltende Material von unten in den Ofen eingeblasen und das fertige Produkt (i.e. die Glaskugeln) im Anschluss an Schritt e) aus dem Ofen bevorzugt durch Absaugen entnommen. Dabei wird der Ofen ebenso von dem Reaktions- und/oder Trä- gergas durchströmt, vorzugsweise in vertikaler Richtung, also von unten nach oben.In the process, it proves to be advantageous if the furnace is vertically aligned. In this case, the glass powder-containing material is blown from below into the oven and the finished product (i.e., the glass beads) after step e) preferably removed from the oven by suction. The furnace is also flowed through by the reaction and / or carrier gas, preferably in the vertical direction, ie from bottom to top.
Insbesondere ergeben sich Vorteile, wenn im Ofen ein Strömungsgradient erzeugt wird. Unter einem Strö- mungsgradienten wird erfindungsgemäß ein bezüglich des Betrags und/oder der Richtung der Strömung des Reaktions- und/oder Trägergases nicht gleichmäßiger Verlauf innerhalb des Ofens verstanden.In particular, there are advantages when a flow gradient is generated in the furnace. A flow gradient is understood according to the invention to mean a course which is not uniform with respect to the magnitude and / or direction of the flow of the reaction and / or carrier gas within the furnace.
Eine vorteilhafte Variante zur Erzeugung eines positiven Strömungsgradienten des Reaktions- und/oder Trägergases sieht vor, dass der Ofen im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und der Strömungsgradient durch Querschnittsverjüngung des Rohres in Strömungs- richtung (Verjüngung des Kreisquerschnittes) und/oder durch Einbringen eines von unten nach oben an Durchmesser zunehmenden, im Wesentlichen konischen Körpers (Verjüngung des Ringquerschnittes) erzeugt wird. Unter einem positiven Strömungsgradienten ist zu ver- stehen, dass die Durchströmungsgeschwindigkeit des Reaktions- und/oder Trägergases in Durchströmungs- richtung des Ofens zunimmt. Die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt demnach durch Verminderung des Rohrdurchmessers des quasi rohrförmigen O- fens, sei es durch eine beispielsweise konisch ausgeprägte Verjüngung des Ofenes selbst und/oder durch Einbringen eines Körpers in den Ofen, dessen Durchschnitt in Strömungsrichtung zunimmt. Vorzugsweise ist der Körper dabei konzentrisch im Ofen angeordnet und ist beispielsweise als Stab o.Ä. ausgebildet.An advantageous variant for generating a positive flow gradient of the reaction and / or carrier gas provides that the furnace is substantially tubular and the flow gradient by cross-sectional taper of the tube in the flow direction (tapering of the circular cross-section) and / or is created by introducing a from bottom to top of diameter increasing, substantially conical body (taper of the ring cross-section). A positive flow gradient is understood to mean that the flow rate of the reaction and / or carrier gas increases in the flow direction of the furnace. The increase of the flow velocity thus takes place by reducing the tube diameter of the quasi-tubular opening, be it by an example tapered taper of the furnace itself and / or by introducing a body into the furnace, the average increases in the flow direction. Preferably, the body is arranged concentrically in the oven and is, for example, as a bar o.Ä. educated.
Eine alternative, aber ebenso vorteilhafte Variante sieht die Erzeugung eines negativen Strömungsgradienten des Reaktions- und/oder Trägergases vor. Hierbei wird der Strömungsgradient in dem im Wesentlichen rohrförmig ausgebildeten Ofen durch Querschnittsaufweitung des Rohres in Strömungsrichtung (Aufweitung des Kreisquerschnittes) und/oder durch Einbringen eines von in Strömungsrichtung an Durchmesser ab- nehmenden, im Wesentlichen konischen Körpers (Aufweitung des Ringquerschnittes) erzeugt. Unter einem negativen Strömungsgradienten ist zu verstehen, dass die Durchströmungsgeschwindigkeit des Reaktions- und/oder Trägergases in Durchströmungsrichtung des Ofens abnimmt. Die Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt demnach durch Aufweitung des Rohrdurchmessers des quasi rohrförmigen Ofens, sei es durch eine beispielsweise konisch ausgeprägte Aufweitung des Ofenes selbst und/oder durch Einbringen ei- nes Körpers in den Ofen, dessen Durchschnitt in Strömungsrichtung abnimmt. Vorzugsweise ist der Körper dabei konzentrisch im Ofen angeordnet und ist beispielsweise als Stab o.Ä. ausgebildet.An alternative, but equally advantageous variant provides for the generation of a negative flow gradient of the reaction and / or carrier gas. In this case, the flow gradient in the substantially tubular furnace is produced by cross-sectional widening of the pipe in the flow direction (widening of the circular cross-section) and / or by introducing a substantially conical body decreasing in diameter in the flow direction (widening of the annular cross-section). A negative flow gradient is understood to mean that the flow rate of the reaction and / or carrier gas decreases in the flow direction of the furnace. Accordingly, the flow velocity is reduced by widening the tube diameter of the quasi-tubular furnace, be it by a conically widening of the furnace itself, for example, and / or by introducing a body into the furnace whose average decreases in the flow direction. Preferably, the body is while concentrically arranged in the oven and is for example a rod or similar. educated.
Vorzugsweise wird die Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Strömungsgradient des Reaktions- und/oder Trägergas durch den Ofen so eingestellt, dass ein Transport des Glaspulver enthaltenden Materials in Strömungsrichtung durch den Ofen gewährleistet ist. Diese Möglichkeit kann auf verschiedene Ar- ten und Weisen erfolgen, die die Vorteile dieser Verfahrensführung offenbaren:Preferably, the flow rate and / or the flow gradient of the reaction and / or carrier gas through the furnace is adjusted so that a transport of the glass powder-containing material is ensured in the flow direction through the furnace. This possibility can be achieved in a variety of ways that reveal the advantages of this procedure:
Zum einen kann der Strömungsgradient so eingestellt werden, dass einerseits abhängig von Größe und spezi- fischem Gewicht der das Glaspulver bildenden Glaspartikel, die Luftwiderstandskraft im unteren Teil des Ofens größer als die Schwerkraft ist, so dass die Glaspartikel in den Ofen transportiert werden, die Geschwindigkeit des Reaktions- und/oder Trägergases in einem höher gelegenen Teil des Ofens aber derart abnimmt, dass die Luftwiderstandskraft weiter oben im Heizrohr die Schwerkraft nicht mehr überwindet, so dass die Partikel in einen Schwebezustand kommen.On the one hand, the flow gradient can be adjusted so that, on the one hand, depending on size and specific weight of the glass powder forming glass particles, the air resistance in the lower part of the furnace is greater than gravity, so that the glass particles are transported into the oven, the speed However, the reaction and / or carrier gas in a higher part of the furnace but decreases such that the air resistance force no longer overcomes the gravity in the top of the heating tube, so that the particles come into a limbo.
Ebenso ist ein vorteilhafter kontinuierlicher Betrieb eines derartigen vertikalen Ofens und dadurch eine kontinuierliche Verfahrensführung möglich. Dabei wird die Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Strömungs- gradient des Reaktions- und/oder Trägergases im Ofen so eingestellt, dass sich die Glaspartikel auf Höhe der mindestens einen Zone in der sich das Heizmodul befindet in schwebendem Zustand befinden. Die Aufheizung innerhalb der Heizzone führt zum Aufblähen der Glaspartikel wobei eine Vergrößerung des Durchmessers der Glaspartikel hin zu Hohlkugeln erfolgt. Damit geht eine Erhöhung des dass Luftwiderstandes einher, was dazu führt, dass diese geblähten Glaskügelchen nach oben aus der mindestens einen Heizzone heraus abtransportiert werden und im Anschluss daran abkühlen.Likewise, an advantageous continuous operation of such a vertical furnace and thereby a continuous process control is possible. In this case, the flow rate and / or the flow gradient of the reaction and / or carrier gas in the furnace is set so that the glass particles are in a floating state at the level of the at least one zone in which the heating module is located. The heating within the heating zone leads to the swelling of the glass particles, with an increase in the diameter of the glass particles towards hollow spheres. This is accompanied by an increase in that air resistance, as a result, these blown glass beads are transported upwards out of the at least one heating zone and then cooled.
Ebenso eröffnet sich dadurch jedoch eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Ausführung des erfindungs- gemäßen Verfahrens, wobei eine Durchführung im Batch- Betrieb ermöglicht wird. Dabei wird die Strömungsge- schwindigkeit und/oder der Strömungsgradient desHowever, this also opens up a further advantageous possibility for carrying out the method according to the invention, wherein a performance in batch mode is made possible. The flow velocity and / or the flow gradient of the
Reaktions- und/oder Trägergases zunächst so eingestellt, dass sich die Glaspartikel in Höhe einer Zone im Schwebezustand befinden, in der sich das mindestens eine Heizmodul befindet. Die Partikel werden so lange innerhalb der Heizzone gehalten, bis sie aufgeschmolzen und aufgebläht sind. Im Anschluss daran erfolgt eine kurzzeitige Erhöhung des Volumenstroms des Reaktions- und/oder Trägergases, um die geblähten Glaskügelchen sicher nach oben aus der Heizzone her- aus wegzutransportieren und damit abzukühlen.Reactive and / or carrier gas initially adjusted so that the glass particles are in the amount of a zone in limbo, in which there is at least one heating module. The particles are kept within the heating zone until they are melted and inflated. This is followed by a brief increase in the volume flow of the reaction and / or carrier gas in order to reliably transport the expanded glass beads upwards out of the heating zone and thus to cool them.
Das Ausgangsmaterial beim erfindungsgemäßen Verfahren ist dabei bevorzugt Glaspulver, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Recyclingglas, Kalk-Natron- Silicatglas (Sortenreinheit, Verunreinigungen, Korngröße-Glaspulver, Glasmehl) , Borosilicatglas und/oder Mischungen hieraus. Bei deren Auswahl werden Gläser mit hohem eingeschlossenen Gasgehalt bevorzugt, worunter sowohl physikalisch als auch chemisch gelöstes Glas oder bereits enthaltene Gasblasen verstanden werden .The starting material in the process according to the invention is preferably glass powder selected from the group consisting of recycled glass, soda-lime silicate glass (grade purity, impurities, grain size glass powder, glass flour), borosilicate glass and / or mixtures thereof. In their selection, glasses with a high gas content are preferred, which means both physically and chemically dissolved glass or already contained gas bubbles.
Dabei enthält das eingesetzte Glaspulver bevorzugt Glaspartikel mit einem mittleren Teilchendurchmesser d50 der Glaspartikel zwischen 1 und 1000 μm, bevorzugt zwischen 2 und 200 μm, besonders bevorzugt zwi- sehen 5 und 50 μm. Vorteilhaft ist es dabei, wenn das Glaspulver vor Schritt a) durch Mahlen und/oder Sieben erhalten wird.In this case, the glass powder used preferably contains glass particles having an average particle diameter d 50 of the glass particles between 1 and 1000 μm, preferably between 2 and 200 μm, particularly preferably between 2 and 200 μm. see 5 and 50 microns. It is advantageous if the glass powder is obtained before step a) by grinding and / or sieving.
Vorteilhaft ist es, wenn das Einbringen des Glaspulver enthaltenden Materials in den Ofen durch Einbla- sen und/oder -saugen erfolgt.It is advantageous if the introduction of the glass powder-containing material into the oven by blowing and / or sucking takes place.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn dem Glaspulver ent- haltenden Material mindestens ein weiterer Zusatzstoff und/oder Treibmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiO2, B2O3, 2 CaO " 3 B2O3 " 5 H2O, H3BO3, Na2B4O7 ' 10 H2O (Borax) , 2 CaO 3 B2O3 5 H2O (CoIe- manit) , P2O5, H3PO4 (Phosphorsäure), Ca3(PO4J2, AlPO4, Ba(PO3)2, Ca(PO3J2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, ZrO2, ZrSiO3, (HPO3)X (Metaphosphorsäure) , (NaPO3Jx (Madrell' sches Salz), (KPO3)X (Kurrol' sches Salz), Na3(P3O9) (Trime- taphosphat) , Na2CO3, Na2CO3 NaHCO3 2 H2O, Na2SO4, Na2SO4 ' 10 H2O, NaOH (wässrig, Natronlauge) , NaOH, NaCl, NaNO3, Na2SiO4, Na2SiF6, K2CO3, KNO3, KI, Li2CO3, CaCO3, CaCO3 MgCO3 (Dolomit), CaSO4, Ca(NO3J2, Ca(NO3J2 4 H2O, CaF, MgCO3, MgO, BaSO4, BaS, Ba (NO3) 2, ZnS, NH4Cl, BN, BC, SiC, metallorganische Verbindungen von Al, Zn, Ag, Cu, Ni, Sn, Au, Mg, Ca, Na, Cs und/oder Mischungen hieraus, zugesetzt wird. Insbesondere die Oxide von Mg, Al, ,Si, Ti und Zr verhindern dabei das Verkleben der evakuierten Hohl- kugeln. Zum Teil bilden sich diese Verbindungen auch als feste Niederschläge in den Hohlkugeln.Furthermore, it is preferred if the material containing the glass powder contains at least one further additive and / or blowing agent selected from the group consisting of SiO 2 , B 2 O 3 , 2 CaO "3 B 2 O 3 " 5 H 2 O, H 3 BO 3, Na 2 B 4 O 7 '10 H 2 O (borax), 2 CaO 3 B 2 O 3 5 H 2 O (CoIe- manit), P 2 O 5, H 3 PO 4 (phosphoric acid), Ca 3 (PO 4 J 2 , AlPO 4 , Ba (PO 3 ) 2 , Ca (PO 3 J 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , ZrSiO 3 , (HPO 3 ) X ( Metaphosphoric acid), (NaPO 3 J x (Madrell's salt), (KPO 3 ) X (Kurrol's salt), Na 3 (P 3 O 9 ) (trimetaphosphate), Na 2 CO 3 , Na 2 CO 3 NaHCO 3 2H 2 O, Na 2 SO 4, Na 2 SO 4 '10 H 2 O, NaOH (aq, sodium hydroxide), NaOH, NaCl, NaNO 3, Na 2 SiO 4, Na 2 SiF 6, K 2 CO 3 , KNO 3 , KI, Li 2 CO 3 , CaCO 3 , CaCO 3 MgCO 3 (dolomite), CaSO 4 , Ca (NO 3 J 2 , Ca (NO 3 J 2 4 H 2 O, CaF, MgCO 3 , MgO, BaSO 4 , BaS, Ba (NO 3 ) 2 , ZnS, NH 4 Cl, BN, BC, SiC, organometallic compounds of Al, Zn, Ag, Cu, Ni, Sn , Au, Mg, Ca, Na, Cs and / or mixtures thereof. In particular, the oxides of Mg, Al, Si, Ti and Zr prevent the sticking of the evacuated hollow spheres. In part, these compounds also form as solid precipitates in the hollow spheres.
Der mindestens eine Zusatzstoff kann dabei zum Glaspulver in einem beliebigen Gewichtsverhältnis eingesetzt werden, vorteilhaft ist es dabei jedoch, wenn der mindestens eine Zusatzstoff bezüglich des Glas- pulvers zwischen 0,1 und 30 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,1 und 10 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 5 Gew.-% zugesetzt wird.The at least one additive can be used for glass powder in any weight ratio, it is advantageous, however, if the at least one additive with respect to the glass powder between 0.1 and 30 wt .-%, preferably between 0.1 and 10 wt .-%, more preferably between 0.1 and 5 wt .-% is added.
Als Reaktions- und/oder Trägergas in Schritt b) wird bevorzugt ein Gas, ausgewählt aus der Gruppe beste- hend aus CO2, O2, H2, NH3, HF, HCl, SO2, Metalldampf, Wasserdampf und/oder Mischungen hieraus, verwendet.The reaction and / or carrier gas in step b) is preferably a gas selected from the group consisting of CO 2 , O 2 , H 2 , NH 3 , HF, HCl, SO 2 , metal vapor, steam and / or mixtures from this, used.
Die Schritte a) und b) werden dabei bevorzugt gleichzeitig ausgeführt.The steps a) and b) are preferably carried out simultaneously.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn in Schritt c) in dem mindestens einen Heizmodul aufweisenden Ofen eine Temperatur zwischen 300 und 1500 0C, bevorzugt zwischen 500 und 1300 0C eingestellt wird.It is likewise advantageous if, in step c), a temperature between 300 and 1500 ° C., preferably between 500 and 1300 ° C., is set in the oven having at least one heating module.
Der Ofen weist dabei bevorzugt drei Heizmodule auf, wobei es weiterhin vorteilhaft ist, wenn in den jeweiligen Heizmodulen unterschiedliche Temperaturen vorherrschen. Insbesondere werden die Temperaturen in den Heizmodulen so eingestellt, dass die Temperaturen im zweiten Heizmodul höher sind als im ersten und im dritten geringer als im zweiten. Beispielsweise ist eine günstige Temperaturverteilung dann gegeben, wenn die Temperatur im ersten Heizmodul zwischen 600 0C und 1000 0C, im zweiten Heizmodul zwischen 1100 0C und 1500 0C und im dritten Heizmodul zwischen 700 0C und 1100 0C liegt, ohne die Erfindung auf diese beispielhafte Angabe zu beschränken.The oven preferably has three heating modules, and it is furthermore advantageous if different temperatures prevail in the respective heating modules. In particular, the temperatures in the heating modules are adjusted so that the temperatures in the second heating module are higher than in the first and in the third lower than in the second. For example, a favorable temperature distribution is given when the temperature in the first heating module between 600 0 C and 1000 0 C, in the second heating module between 1100 0 C and 1500 0 C and in the third heating module between 700 0 C and 1100 0 C, without the To limit the invention to this exemplary indication.
Zur Verfestigung der Hohlglaskugeln erweist es sich als vorteilhaft, wenn in Schritt e) die Temperatur der Glaskugeln sukzessive bis auf Raumtemperatur abgesenkt wird. Erfindungsgemäß ist es dabei unerheblich, wie schnell die Abkühlung erfolgt. Überraschenderweise hat es sich hergestellt, dass die Vakuumbildung in Schritt e) erst unterhalb einer Temperatur von 600 0C, bevorzugt unterhalb 500 0C erfolgt. Somit ist die Glasmatrix bereits wieder hin- reichend viskos und dadurch stabil genug, um dem entstehenden Unterdruck im Inneren standzuhalten. Dadurch kommt es zu keiner Verformung oder gar Zerstörung der Hohlkugeln.To solidify the hollow glass spheres, it proves to be advantageous if, in step e), the temperature of the glass spheres is successively lowered to room temperature. According to the invention it is irrelevant how fast the cooling takes place. Surprisingly, it has been found that the vacuum formation in step e) takes place only below a temperature of 600 ° C., preferably below 500 ° C. Thus, the glass matrix is already sufficiently viscous again and thus stable enough to withstand the resulting negative pressure inside. As a result, there is no deformation or even destruction of the hollow spheres.
Nach der Entnahme der Glaskugeln erfolgt bevorzugt eine Klassierung der Glaskugeln nach ihrer Größe und/oder eine Klassierung hinsichtlich der Nenndichte der Glaskugeln durch Verknüpfung von Gewicht und Größenklassierung (z.B. aerodynamische Klassierung).After the removal of the glass spheres, preference is given to classifying the glass spheres according to their size and / or classifying them with regard to the nominal density of the glass spheres by combining weight and size classification (for example aerodynamic classification).
Das Verfahren kann sowohl als Batch-Verfahren als auch als kontinuierliches Verfahren ausgeführt werden, wobei die kontinuierliche Variante ökonomische Vorteile bietet.The process can be carried out both as a batch process and as a continuous process, the continuous variant offering economic advantages.
Erfindungsgemäß werden ebenso Vakuumhohlkugeln, enthaltend Glas, bereitgestellt, deren Gasdruck im Inneren höchstens 1 mbar, bevorzugt höchstens 0,2 mbar, besonders bevorzugt höchstens 0,1 mbar beträgt.According to the invention, hollow hollow spheres containing glass are also provided whose gas pressure in the interior is at most 1 mbar, preferably at most 0.2 mbar, particularly preferably at most 0.1 mbar.
Durch die Erfindung werden somit sehr geringe Innendrücke in den Hohlglaskugeln erreicht, die nicht durch den bloßen Effekt der Abkühlung erreichbar sind.By the invention thus very low internal pressures are achieved in the hollow glass spheres, which can not be achieved by the mere effect of cooling.
Die Glasmaterialien sind dabei bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Recyclingglas, Kalk-Natron- Silicatglas, Borosilicatglas und/oder Mischungen hieraus, ausgewählt. Die Vakuumhohlkugeln können dabei prinzipiell von beliebiger Größe sein, vorteilhaft ist jedoch, wenn der mittlere Durchmesser d50 zwischen 1 bis 1000 μm, bevorzugt zwischen 5 und 500 μm, besonders bevorzugt zwischen 10 und 200 μm beträgt.The glass materials are preferably selected from the group consisting of recycled glass, soda lime silicate glass, borosilicate glass and / or mixtures thereof. The hollow vacuum spheres may in principle be of any size, but it is advantageous if the mean diameter d 50 is between 1 and 1000 μm, preferably between 5 and 500 μm, particularly preferably between 10 and 200 μm.
In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Wandstärke der Vakuumhohlkugeln zwischen 0,1 und 25 μm, bevorzugt zwischen 0,2 und 10 μm, besonders bevorzugt zwischen 1 und 5 μm.In a further embodiment, the wall thickness of the hollow vacuum spheres is between 0.1 and 25 μm, preferably between 0.2 and 10 μm, particularly preferably between 1 and 5 μm.
Vorteilhaft ist es, wenn der von der Wandung eingeschlossene Hohlraum zwischen 10 und 98 Vol.-%, bevorzugt zwischen 90 und 98 Vol.-% des Gesamtvolumens der Vakuumhohlkugel beträgt.It is advantageous if the cavity enclosed by the wall is between 10 and 98% by volume, preferably between 90 and 98% by volume, of the total volume of the hollow vacuum ball.
Weiterhin zeichnen sich die Vakuumhohlkugeln durch die vorteilhaften Eigenschaften aus, dass sie eine Druckstabilität gegenüber externen Drücken von min- destens 5 bar, bevorzugt von mindestens 15 bar aufweisen. Die Drücke können dabei mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch auf die Kugeln ausgeübt werden. Maßgeblich ist, dass es dabei zu keinerlei Beschädigung oder Zerstörung der Kugeln kommt.Furthermore, the hollow vacuum spheres are characterized by the advantageous properties that they have a pressure stability against external pressures of at least 5 bar, preferably of at least 15 bar. The pressures can be exerted mechanically, pneumatically or hydraulically on the balls. Decisive is that it does not cause any damage or destruction of the balls.
Ebenso erweist sich die geringere Dichte der Vakuumkugeln als besonders vorteilhaft, die insbesondere zwischen 50 und 300 kg/m3, bevorzugt zwischen 50 und 200 kg/m3, besonders bevorzugt zwischen 70 und 100 kg/m3 liegt. Die Dichte ist dabei definiert als Kugelgewicht pro Kugelvolumen. Dadurch lassen sich die exzellenten Isolationseigenschaften bei gleichzeitig geringem Gewicht erzielen.Likewise, the lower density of the vacuum spheres proves to be particularly advantageous, in particular between 50 and 300 kg / m 3 , preferably between 50 and 200 kg / m 3 , more preferably between 70 and 100 kg / m 3 . The density is defined as the ball weight per sphere volume. As a result, the excellent insulation properties can be achieved while maintaining low weight.
Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der Vakuumhohl- kugeln stellt ihre äußerst geringe Wärmeleitfähigkeit dar. Sie beträgt bevorzugt maximal 0,05 W/mK, bevorzugt maximal 0,03 W/mK, besonders bevorzugt maximal 0,02 W/mK, und wird an einer Schüttung der erfindungsgemäßen Vakuumkugeln oder eines Materials, in das die erfindungsgemäßen Vakuumkugeln eingearbeitet sind, ermittelt.Another advantageous feature of the vacuum hollow balls is their extremely low thermal conductivity It is preferably at most 0.05 W / mK, preferably at most 0.03 W / mK, particularly preferably at most 0.02 W / mK, and is incorporated in a bed of the vacuum spheres of the invention or of a material into which the vacuum spheres according to the invention are determined.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Vakuumhohlkugeln beschichtet sind. Die Beschichtung kann nach dem Herstellungsprozess aufgetragen werden und insbesondere Metalle enthalten. Die Beschichtung dient insbesondere dazu, die Kugeln gegeneinander zu fixieren, ihre Dauerhaftigkeit und/oder die Resistenz gegen äußere Einflüsse zu erhöhen.Furthermore, it is advantageous if the hollow vacuum spheres are coated. The coating can be applied after the manufacturing process and in particular contain metals. The coating is used in particular to fix the balls against each other, to increase their durability and / or resistance to external influences.
Vorteilhaft lassen sich die hier beschriebenen Vakuumhohlkugeln durch das eingehend genannte erfindungs- gemäße Verfahren herstellen.Advantageously, the vacuum hollow spheres described here can be produced by the method according to the invention mentioned in detail.
Erfindungsgemäß werden ebenso Verwendungszwecke der Vakuumhohlkugeln angegeben. Insbesondere eignen sich die Vakuumhohlkugeln zur Herstellung von Verbundwerkstoffen (wobei die Hohlkugeln versintert oder in eine Matrix eingebettet sein können) oder von Dämmmateria- lien.According to the invention, uses of hollow vacuum spheres are also indicated. In particular, the hollow vacuum spheres are suitable for the production of composite materials (wherein the hollow spheres can be sintered or embedded in a matrix) or Dämmmateria- materials.
Aus den Vakuumhohlglaskugeln werden neuartige Dämmmaterialien entwickelt, die unter Beibehaltung der prinzipbedingten Vorteile der Vakuumidee (signifikan- te Verbesserung der Dämmwirkung und/oder Reduktion der benötigen Schichtdicke) die Nachteile hinsichtlich Konfektionierbarkeit und Verletzbarkeit überwinden. Diese Materialien müssen aus kleinen evakuierten Zellen bestehen. Gegenüber klassischen Dämmmateria- lien zeichnen sich die auf Basis der Vakuumhohlglaskugeln hergestellten Materialien durch eine deutlich reduzierte Wärmeleitfähigkeit aus (Faktor 2 — 3) . Damit kann wahlweise die Dämmwirkung verbessert oder die Wandstärke deutlich verringert werden. Im Vergleich zu den in den letzten Jahren entwickelten Va- kuumisolationspaneelen, die eine noch bessere Dämmwirkung besitzen, haben die neuen Materialien erhebliche Vorteile hinsichtlich Konfektionierbarkeit und Verletzbarkeit. Das im praktischen Einsatz immer wieder auftretende Problem von unerwünschten Wärmebrü- cken kann mit ihnen effizient bekämpft werden. Zudem besitzt Glas als Hüllmaterial der Vakuumkügelchen hervorragende Eigenschaften hinsichtlich Diffusionsdichtigkeit und Druckstabilität bei gleichzeitig geringen Rohstoffkosten. Insgesamt ergibt sich daraus in den verschiedenen Gliedern der Wertschöpfungskette (Basismaterial, Dämmmaterialien, Applikationstechnik) ein erheblicher Wettbewerbsvorteil.The vacuum hollow glass spheres are used to develop novel insulating materials which, while retaining the principle-based advantages of the vacuum idea (significant improvement of the insulating effect and / or reduction of the required layer thickness), overcome the disadvantages in terms of fabricability and vulnerability. These materials must consist of small evacuated cells. Compared to classic insulating materials, the materials produced on the basis of the hollow glass spheres are characterized by a clear reduced thermal conductivity (factor 2 - 3). Thus, either the insulation effect can be improved or the wall thickness can be significantly reduced. Compared with the vacuum insulation panels developed in recent years, which have an even better insulating effect, the new materials have considerable advantages in terms of manufacturability and vulnerability. The problem of unwanted thermal bridges, which occurs again and again in practical use, can be effectively combated with them. In addition, glass has as shell material of the vacuum beads excellent properties in terms of diffusion-tightness and pressure stability at the same time low raw material costs. Overall, this results in a significant competitive advantage in the various links in the value chain (base material, insulation materials, application technology).
Bei dichtester Kugelpackung ergibt sich für Mikro- Hohlglaskugeln mit einer Druckstabilität von 15 bis 20 bar eine Dichte von 100 bis 120 kg/m3. Bei vergleichbarer Wandstärke haben Vakuumkügelchen nahezu gleiche Dichten. Die Vakuumkügelchen können abhängig vom Dämmmaterial (Schüttgut, Dämmplatte, Spritzputz) in eine Trägermatrix eingebettet werden. Hat die Trägermatrix typische Dämmmaterialeigenschaften, resultiert eine Gesamtdichte deutlich unter 150 kg/m3. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass für ein solches System im Vergleich zu klassischen Dämmstof- fen mit Wärmeleitfähigkeiten von etwa 0,03 bisWith densest ball packing results for micro hollow glass spheres with a pressure stability of 15 to 20 bar, a density of 100 to 120 kg / m 3 . With comparable wall thickness, vacuum spheres have nearly equal densities. Depending on the insulation material (bulk material, insulation board, spray plaster), the vacuum spheres can be embedded in a carrier matrix. If the carrier matrix has typical insulating material properties, a total density results clearly below 150 kg / m 3 . The investigations carried out show that for such a system, compared to traditional insulating materials with thermal conductivities of about 0.03 to
0,05 W/mK eine Verbesserung um einen Faktor 2 bis 3 auf unter 0,020 W/mK möglich ist. Die Idee der Wärmedämmung mit Vakuumkügelchen in Schüttgütern und Dämmplatten ist daher sehr Erfolg versprechend. Für Spritzputz ist zu erwarten, dass die Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu Standardputzen deutlich verrin- gert wird. Ein „Wärmedämmputz" ist vergleichsweise einfach zu applizieren und durchgängig. Er vermeidet somit konstruktionsbedingte Wärmebrücken. Zusammen mit den skizzierten Vorteilen gegenüber anderen Vaku- umlösungen ergibt sich für die drei genannten Dämmmaterialien ein enormes technisches Innovationspotenzial.0.05 W / mK an improvement by a factor of 2 to 3 to less than 0.020 W / mK is possible. The idea of thermal insulation with vacuum spheres in bulk materials and insulation boards is therefore very promising. For spray plaster, it is to be expected that the thermal conductivity will be significantly lower than that of standard plaster. will be. A "thermal barrier plaster" is comparatively easy to apply and consistent, thus avoiding construction-related thermal bridges and, together with the advantages outlined above other vacuum solutions, results in enormous technical innovation potential for the three mentioned insulating materials.
Betrachtet man die erreichte Gesamtreduktion der CO2- Emissionen (allein 15 % zwischen 1990 und 1998) , so scheint der Klimaschutz in Deutschland Fortschritte zu machen. Allerdings beruht diese Reduktion wesentlich auf dem starken Rückgang von Industrie und Energiewirtschaft in den neuen Bundesländern. Ein wesent- liches Energie- und C02-Einsparpotenzial von etwa 140 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr besitzen die ca. 23 Millionen Wohneinheiten der Altbauten. Um dieses Potenzial auszuschöpfen und die mittelfristigen Klimaschutzziele gemäß Kyoto-Protokoll zu erreichen, sind erhebliche Anstrengungen — gerade auch beim Wärmeschutz — notwendig.Looking at the total reduction in CO 2 emissions achieved (15% between 1990 and 1998 alone), climate protection in Germany appears to be making progress. However, this reduction is essentially due to the sharp decline in industry and energy in the new federal states. An essential energy and C0 2 savings of about 140 million tonnes of CO 2 per year have the approximately 23 million units of old buildings. In order to exploit this potential and achieve the medium-term climate protection targets in accordance with the Kyoto Protocol, considerable efforts are required - especially with regard to thermal insulation.
In den letzten 10 Jahren wurden evakuierte hocheffiziente Wärmedämmungen in Form von flachen Vakuumiso- lationspaneelen auch für Anwendungen im Baubereich zu marktreifen Produkten entwickelt. Diese Dämmelemente bestehen aus einem drucktragenden Füllkern und einer ausreichend gasdichten Hülle. Das enorme Verbesserungspotenzial gegenüber einer herkömmlichen Dämmung (Faktor 5 bis 10) kann aber nur dann realisiert werden, wenn die komplette Dämmschicht nicht durchbrochen wird. In der Praxis lassen sich jedoch beispielsweise Fugen nicht vermeiden. Selbst ein Luftspalt im Millimeterbereich ist im Vergleich zu den hochdämmenden Paneelen eine nicht zu vernachlässigende Wärmebrücke. Wird gar die Hülle eines Paneels an einer Stelle durchstoßen, so erhöht sich der Wärmedurchgang für das ganze Paneel auf den Wert des nicht-evakuierten Materials.In the last 10 years, evacuated, highly efficient thermal insulation in the form of flat vacuum insulation panels has also been developed into marketable products for applications in the construction sector. These insulating elements consist of a pressure-bearing filling core and a sufficiently gastight envelope. However, the enormous potential for improvement compared to conventional insulation (factor 5 to 10) can only be realized if the complete insulation layer is not broken. In practice, however, joints, for example, can not be avoided. Even an air gap in the millimeter range is a non-negligible thermal bridge compared to the high-insulating panels. Will even the shell of a panel Pierce a site, the heat transfer increases for the whole panel on the value of the non-evacuated material.
Zur Verdeutlichung der beim erfindungsgemäßen Verfahren ablaufenden Prozessschritte und Reaktionen wird eine Übersicht über den Herstellungsprozess der Vakuumhohlglaskugeln mit folgendem Ausführungsbeispiel gegeben, wobei auch auf Fig. 1 Bezug genommen wird. Die dabei genannten speziellen Bedingungen und Werte sind jedoch lediglich beispielhafter Natur und sollen nicht so verstanden werden, dass die Erfindung auf diese Ausführungsform limitiert ist.To clarify the process steps and reactions taking place in the method according to the invention, an overview of the production process of the hollow glass vacuum spheres is given with the following exemplary embodiment, wherein reference is also made to FIG. However, the specific conditions and values mentioned here are merely exemplary in nature and should not be understood to limit the invention to this embodiment.
Ausführungsbeispielembodiment
Das Ausgangsglaspulver 1 wird nach dem Mahlen (d50- Wert 10-90 μm) und Klassieren über eine Wäge- und Dosiereinheit 2 in den Reaktionsraum des Ofens 3 von unten eingeblasen und an der Gegenseite durch Anlegen eines Unterdruckes abgesaugt.The starting glass powder 1 is blown after grinding (d 50 - value 10-90 microns) and classifying a weighing and dosing unit 2 in the reaction chamber of the furnace 3 from below and sucked off at the opposite side by applying a negative pressure.
Im Ofen 3 kommt es beim Aufschmelzen der Ausgangs- glaspulver 1 bei hohen Temperaturen (ca. 600 0C bis 800 0C) zur Verflüchtigung einzelner Komponenten von der heißen Glasoberfläche, wobei beispielsweise die in Tabelle 2 genannten chemischen Reaktionen und Stoffe beteiligt sind. Dabei findet ein Zusammenschmelzen zu größeren Glasteilen statt. Gleichzeitig werden Reaktions- und/oder Trägergase eingeblasenIn the furnace 3 occurs during the melting of the starting glass powder 1 at high temperatures (about 600 0 C to 800 0 C) for evaporation of individual components of the hot glass surface, using, for example, those mentioned in Table 2 chemical reactions and substances are involved. In this case, a fusion takes place to larger glass parts. At the same time, reaction and / or carrier gases are injected
(CO2, O2, H2, NH3, HF, HCl, SO2, Metalldampf); dabei wird Luft ausgeschlossen, da N2 und Ar der Luft inert sind und im Kugelinneren nicht mit verdampften Glas- bestandteilen bzw. der heißen Glasoberfläche reagie- ren und so die Vakuumbildung verhindern. Wasserdampf kann nur begrenzt eingesetzt werden, da er mit Glas nicht vollständig zu festen, wasserhaltigen Substanzen reagiert. Ebenso werden Komponenten zugefügt, die sich bei definierten Temperaturen zersetzen oder sub- limieren.(CO 2 , O 2 , H 2 , NH 3 , HF, HCl, SO 2 , metal vapor); Air is excluded since N 2 and Ar are inert to the air and do not react with vaporized glass components or the hot glass surface inside the ball, thus preventing the formation of vacuum. Water vapor can only be used to a limited extent, as it uses glass not completely react to solid, water-containing substances. Likewise, components are added which decompose or sublime at defined temperatures.
Somit ergibt sich eine schwebende Verteilung der aufgeschmolzenen Glaspartikel/Treibmittel und/oder Zusatzstoffe (Carbonate, Oxide, Ammonium-, Halogen-, Kohlenstoff-, Schwefel-, Bor-, Phosphor-, Metall- Verbindungen) im Reaktionsraum (ca. 700 bis 1200 0C, wenige s) .This results in a floating distribution of the molten glass particles / blowing agents and / or additives (carbonates, oxides, ammonium, halogen, carbon, sulfur, boron, phosphorus, metal compounds) in the reaction chamber (about 700 to 1200 0 C, few s).
Tabelle 2Table 2
Kondensations- und Zersetzungstemperaturen ausgewählter SubstanzenCondensation and decomposition temperatures of selected substances
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Der Ofen besteht aus drei separaten Heizmodulen 6, 7, 8, die einzeln durch einen Ofenregler 9 angesteuert werden. Die Überwachung der Temperatur erfolgt dabei je durch ein Thermoelement 10. Die Gase und Dämpfe aus der umgebenden Atmosphäre (Träger-, Reaktionsgas) sowie aus dem Glas in Abhängigkeit von Temperatur und Druck freigesetzte Gase (H2, O2, CO2, SO2, HF, H2O, HCl, NH3) werden vom aufgeschmolzenen, zähen Glasmaterial umschlossen, von einzelnen Glaskörnern beim Zusammensintern eingeschlossen, sammeln sich während des Aufschmelzprozesses zwischen den Glasteilchen und werden eingeschlossen oder diffundieren in Abhängigkeit von Temperatur und Druck in das Glas. Aufgrund von Oberflächenspannung bilden sich Glaskugeln. Die eingeschlossenen Gase vereinigen sich zu einem Hohl- räum, bis der Innendruck gleich dem Außendruck ist.The furnace consists of three separate heating modules 6, 7, 8, which are individually controlled by a furnace controller 9. The monitoring of the temperature takes place in each case by a thermocouple 10. The gases and vapors from the surrounding atmosphere (carrier, reaction gas) and from the glass as a function of temperature and pressure released gases (H 2 , O 2 , CO 2 , SO 2 , HF, H 2 O, HCl, NH 3 ) are enclosed by the molten, viscous glass material, enclosed by individual glass grains in the sintering together, collected during the melting process between the glass particles and are trapped or diffused into the glass depending on temperature and pressure. Due to surface tension, glass spheres form. The enclosed gases combine to form a cavity until the internal pressure is equal to the external pressure.
Durch Diffusion von Gasen in das Kugelinnere und Ausdehnung der Gase erfolgt ein Aufblähen der Glaskugeln durch Temperaturerhöhung (900 bis 1300 0C) . Dabei verdampfen Glasbestandteile von der heißen Glasoberfläche der Kugeln.By diffusion of gases into the interior of the sphere and expansion of the gases, the glass spheres expand due to an increase in temperature (900 to 1300 ° C.). In the process, glass components evaporate from the hot glass surface of the balls.
In Abhängigkeit von den Stoffparametern kondensiert oder resublimiert der Dampf im Inneren der Hohlkugel bei gegebenem Druck (Kondensations-, Resublimati- onstemperatur) , d.h. er geht vom gasförmigen in den flüssigen oder festen Aggregatzustand über. Dies kann z.B. durch Reaktion der Gase miteinander und/oder mit Bestandteilen der heißen Glasoberfläche erfolgen, die Resublimation/Kondensation fester Bestandteile im Kugelinneren führt zur Vakuumentstehung.Depending on the material parameters, the vapor condenses or resorbs inside the hollow sphere at a given pressure (condensation, resublimation temperature), i. it changes from the gaseous to the liquid or solid state of matter. This can e.g. by reaction of the gases with each other and / or with components of the hot glass surface, the resublimation / condensation of solid components inside the sphere leads to vacuum formation.
Wichtig dabei ist die Wahl des geeigneten Temperatur- Zeit-Druck-Programms; das den folgenden Kriterien ge- nügen muss:Important here is the choice of the appropriate temperature-time-pressure program; which must meet the following criteria:
a) Temperatur muss hoch genug sein, damit es zum Aufblähen der Glaskugel, zu den gewünschten Kondensreaktionen und damit zur Vakuumbildung im Inneren (bei genügend geringer Wanddicke dera) The temperature must be high enough to cause it to swell the glass ball, to the desired condensation reactions and thus to the formation of vacuum inside (with sufficiently small wall thickness of the
Kugeln) kommt.Balls) comes.
b) Viskosität des Glases muss gleichzeitig geeignet zunehmen.b) viscosity of the glass must increase at the same time suitably.
Überraschend erfolgt die Vakuumbildung erst bei einer Temperatur (500-700 0C bis Raumtemperatur) , bei der die Glashülle der Kugel schon so fest ist, dass der äußere Luft-/Gasdruck nicht zum Zusammendrücken der Kugel führt (log η 3-12,3 dPas) .Surprisingly, the vacuum formation takes place only at a Temperature (500-700 0 C to room temperature) at which the glass envelope of the ball is already so strong that the external air / gas pressure does not cause the ball to collapse (log η 3-12.3 dPas).
Schwere massive Kugeln fallen infolge der Schwerkraft im Ofen 3 nach unten aus dem Reaktionsraum (Fig. 1) .As a result of gravity, heavy solid balls fall downwards in the furnace 3 out of the reaction space (FIG. 1).
Anschließend werden die Vakuumhohlglaskugeln abge- saugt und über die Siebmaschine 5 nach der Kugelgröße klassiert .Subsequently, the vacuum hollow glass balls are sucked off and classified on the screening machine 5 according to the ball size.
Geeignete Glaszusammensetzungen, Treibmittel, Gase, Kondensationsreaktionen, Temperatur-Zeit-Intervalle, Heizraten und Druckverhältnissen (Chemie der Prozesse, Thermodynamik, Kinetik) wurden ermittelt.Suitable glass compositions, blowing agents, gases, condensation reactions, temperature-time intervals, heating rates and pressure ratios (process chemistry, thermodynamics, kinetics) were determined.
Bei den Druck- und Temperaturbedingungen, bei denen eine Sublimation auftritt, existiert kein flüssiger Aggregatzustand. Stoffe mit relativ hohem Dampfdruck erreichen beim Erhitzen den Atmosphärendruck bei einer Temperatur, die unterhalb ihres Schmelzpunktes liegt. Er wird beim Erwärmen nicht erreicht, und diese Stoffe gehen direkt in den gasförmigen Zustand über, sie sublimieren.In the pressure and temperature conditions where sublimation occurs, there is no liquid state of matter. Substances with a relatively high vapor pressure when heated reach the atmospheric pressure at a temperature below their melting point. It is not reached when heated, and these substances go directly into the gaseous state, they sublimate.
Die Sublimationskurve des Phasendiagramms ist durch die Phasengrenzlinie zwischen Feststoff und Gas unterhalb des Tripelpunktes gegeben, bei dem Flüssig- keit und fester Stoff den gleichen Dampfdruck besitzen. Die Temperatur, bei der der Dampfdruck des Feststoffes gleich dem äußeren Druck ist, heißt Sublimationstemperatur. Bei Druckerniedrigung kann sich auch bei Stoffen, die bei normalem Druck schmelzen, der Sublimationspunkt unter den Schmelzpunkt verschieben. Die Phasenumwandlung in Gegenrichtung zur Sublimation wird als Resublimation bezeichnet (auch als Desubli- mation, Solidifikation, Deposition bezeichnet) . Die Dämpfe kondensieren unter Umgehung der flüssigen Pha- se direkt zu Kristallen. Bei Reinstoffen ist der Re- sublimationspunkt identisch zum Sublimationspunkt. Bei Gemischen, wie sie im Inneren der Hohlglaskugel vorkommen, können sich beide unterscheiden und daher auch die Richtung der Phasenumwandlung beeinflussen.The sublimation curve of the phase diagram is given by the phase boundary line between solid and gas below the triple point at which liquid and solid have the same vapor pressure. The temperature at which the vapor pressure of the solid is equal to the external pressure is called the sublimation temperature. If the pressure is reduced, the sublimation point may shift below the melting point even for substances that melt under normal pressure. The phase transformation in the opposite direction to the sublimation is called resublimation (also called desublimation, solidification, deposition). The vapors condense directly into crystals, bypassing the liquid phase. For pure substances the re-sublimation point is identical to the sublimation point. For mixtures, as they occur inside the hollow glass sphere, both can differ and therefore also influence the direction of the phase transformation.
Existiert bei Normaldruck eine Sublimationstemperatur, so wird diese als Normalsublimationstemperatur bezeichnet (Angaben ohne zusätzlichen Sublimationsdruck) . Ansonsten müssen Sublimationstemperatur und -druck beachtet werden. Jeder Stoff nimmt bei seiner Sublimation Sublimationswärme auf, die gleich der Summe aus Schmelz- und Verdampfungswärme ist und bei der Resublimation wieder abgegeben wird.If a sublimation temperature exists at normal pressure, this is referred to as normal sublimation temperature (data without additional sublimation pressure). Otherwise, the sublimation temperature and pressure must be taken into account. Each fabric absorbs sublimation heat of sublimation, which is equal to the sum of melting and evaporation heat and is released again in the resublimation.
Besonders starke Verdampfung von der Glasoberfläche tritt bei Temperaturerhöhung bei Alkaliborosili- catgläsern (Alkalimetaboraten) , Bleigläsern (Bleioxiden) und Fluortrübgläsern (Fluoriden des Si) auf. Bei hohen Temperaturen und reduzierenden Bedingungen ver- dampft SiO (Kieselglasschmelze) .Particularly strong evaporation from the glass surface occurs when the temperature increases in alkali borosilicate glasses (alkali metalaborates), lead glasses (lead oxides) and fluorine opaque glasses (fluorides of Si). At high temperatures and reducing conditions, SiO (silica glass melt) evaporates.
Alkalioxide, Erdalkalioxide, SiO2, Al2O3 und B2O3 zeigen zwar vergleichsweise geringere Neigung zur Verdampfung als Blei-, Fluorverbindungen und Metaborate.Although alkali metal oxides, alkaline earth oxides, SiO 2 , Al 2 O 3 and B 2 O 3 show comparatively lower tendency to evaporate than lead, fluorine compounds and metaborates.
Sie tritt jedoch auch bei Alkali-, Erdalkalioxiden und B2O3 auf, insbesondere, wenn es mit Wasserdampf zu Umsetzungen, z.B. zu Metaborsäure oder zur Reaktion der Alkalien zum Hydroxid kommt. Borsäure-Verluste durch Wasserdampf bewegen sich bei kristalliner Borsäure um 3 % bei Borax um 1 bis 2 %.However, it also occurs in the case of alkali metals, alkaline earth oxides and B 2 O 3 , in particular when it comes to reactions with water vapor, for example to metaboric acid or to the reaction of the alkalis with the hydroxide. Boric acid losses due to water vapor increase by 3% with borax by 1 to 2% for crystalline boric acid.
Die Verdampfung und Zersetzung der Borsäure beginnt bei 600 0C und führt über Metaborsäure zum Boroxid.The evaporation and decomposition of the boric acid begins at 600 0 C and leads via metaboric acid to the boron oxide.
2 H3BO3 → 2 HBO2 + 2 H2O → B2O3 + H2O2 H 3 BO 3 → 2 HBO 2 + 2 H 2 O → B 2 O 3 + H 2 O
Der bei der thermischen Zersetzung freigewordene Was- serdampf reagiert mit der weniger flüchtigen Metaborsäure sehr schnell unter Bildung von H3BO3-Dampf . Eine erneute Borverdampfung erfolgt erst oberhalb von 1000 0C. Bei Anwesenheit von Na2CO3 oder K2CO3 werden diese Prozesse durch Bildung einer Carbonat-Borsäure- schmelze überlagert. Dabei ist mit der Bildung einer glasartigen Natriumboratphase im Temperaturbereich > 300 0C mit Beginn der CO2-Abspaltung zu rechnen.The water vapor liberated during the thermal decomposition reacts very rapidly with the less volatile metaboric acid to form H 3 BO 3 vapor. A renewed Borverdampfung takes place only above 1000 0 C. In the presence of Na 2 CO 3 or K 2 CO 3 , these processes are superimposed by formation of a carbonate-boric acid melt. It is to be expected with the formation of a glassy sodium borate in the temperature range> 300 0 C with the beginning of CO 2 elimination.
Bei borhaltigen Gläsern wird durch Na2O- und SO2- haltige Gase die Kondensation von flüssigem Na2SO4 durch Bor beeinflusst. Die Kondensationstemperatur von Natriumsulfat kann bis 200 K niedriger sein als in entsprechenden borfreien Gasen. Im Kondensat ist auch B2O3 gelöst. In S02-freien bzw. —armen Gasen kön- nen Borate kondensieren.In the case of boron-containing glasses, Na 2 O- and SO 2 -containing gases influence the condensation of liquid Na 2 SO 4 by boron. The condensation temperature of sodium sulfate may be up to 200 K lower than in corresponding boron-free gases. In the condensate B 2 O 3 is dissolved. Borates can condense in SO 2 -free or -low gases.
Viele Fluoride haben einen hohen Dampfdruck und können sublimieren/resublimieren (siehe Tabelle 3) . Dies bedeutet, dass aus fluorhaltigen Gläsern Glasbestand- teile bzw. fluorhaltige Zusätze leicht verdampfen. Tabelle 3Many fluorides have high vapor pressure and can sublime / resublimate (see Table 3). This means that glass components or fluorine-containing additives easily evaporate from fluorine-containing glasses. Table 3
Sublimations-/Resublimationstemperaturen ausgewählter SubstanzenSublimation / resublimation temperatures of selected substances
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Den negativen Einfluss des Wassergehaltes im Gas zeigt die Formel:The negative influence of the water content in the gas is shown by the formula:
H2O + 2 F" —» 2 HF + O2' H 2 O + 2 F " -» 2 HF + O 2 '
Fluoride reagieren mit Wasser unter Bildung eines Gases, was in der Hohlkugel vermieden werden sollte, da es ansonsten zur ungenügenden Evakuierung im Inneren kommt .Fluorides react with water to form a gas, which should be avoided in the hollow sphere, otherwise there will be insufficient evacuation inside.
Dies trifft auch auf Wasserdampf im Kugelinneren zu, der, auch teilweise zu Wasser kondensiert, in Abhängigkeit von Temperatur und Druck die Bildung eines genügend hohen Vakuums verhindert .This also applies to water vapor in the ball inside, which, also partially condensed to water, depending on temperature and pressure prevents the formation of a sufficiently high vacuum.
Die Verdampfung der Alkalien von der heißen Glasoberfläche steigt in folgender Reihe:Evaporation of alkalis from the hot glass surface increases in the following series:
Li2O - Na2O - K2OLi 2 O - Na 2 O - K 2 O
Die Kondensation der verdampften Substanzen kann bei konventionellen Glaswannen oft im Unterofen zu Korrosion und Verstopfung führen. In den Hohlglaskugeln wird die Kondensation und Desublimation durch Varia- tion von Temperatur, Druck, Verweilzeit im Ofen,The condensation of the vaporized substances can often lead to corrosion and blockage in conventional glass tanks in the lower furnace. In the hollow glass spheres, the condensation and desublimation by variation of temperature, pressure, residence time in the oven,
Glaszusammensetzung, Blas- und Reaktionsgasen sowie Zusatz von Substanzen, die sich bei bestimmten Tempe- raturen zersetzen bzw. sublimieren definiert eingestellt.Glass composition, blowing and reaction gases and the addition of substances which, at certain temperatures, decompose or sublimate defined.
Es wird angenommen, dass Na2O und K2O vor der Ver- dampfung in Na bzw. K und Sauerstoff dissoziierenIt is assumed that Na 2 O and K 2 O dissociate before evaporation into Na or K and oxygen
(Schäffer, H. A.: Allgemeine Technologie des Glases. Institut für WerkstoffWissenschaften, Lehrstuhl III, Glas und Keramik, Erlangen, 1995) .(Schäffer, H. A .: General Technology of Glass, Institute of Materials Science, Chair III, Glass and Ceramics, Erlangen, 1995).
Na2O ^→ 2 Na + M O2 Na 2 O ^ → 2 Na + MO 2
K2O ^→ 2 K + M O2 K 2 O 1 → 2 K + MO 2
Li2O, Fluoride und Alkaliborate verdampfen unzer- setzt.Li 2 O, fluorides and alkali borates evaporate without decomposition.
Die intermediär gebildeten Alkalien reagieren mit anwesendem Sauerstoff zu den Oxiden.The intermediates formed alkali react with oxygen present to the oxides.
4 Na + O2 → 2 Na2O4 Na + O 2 → 2 Na 2 O
Die führt in den Hohlglaskugeln zur Reduktion des vorhandenen Sauerstoffes.The leads in the hollow glass spheres to the reduction of the existing oxygen.
Aus den abgegebenen Dämpfen kondensiert bei Anwesenheit von SO2 (durch Zersetzung schwefelhaltiger Substanzen gebildet) flüssiges Natriumsulfat.From the vapors emitted condenses in the presence of SO 2 (formed by decomposition of sulfur-containing substances) liquid sodium sulfate.
2 Na + SO2 + O2 *-→ Na2SO4 2 Na + SO 2 + O 2 * - → Na 2 SO 4
Unter lokalen reduzierenden Bedingungen kann sich Natriumsulfid bilden.Under local reducing conditions, sodium sulfide may form.
2 Na + SO2 <—→ Na2S + O2 2 Na + SO 2 <- → Na 2 S + O 2
Diese kann mit Natriumsulfat reagieren. 3 Na2SO4 + Na2S —> 4 Na2O + 4 SO2 This can react with sodium sulfate. 3 Na 2 SO 4 + Na 2 S -> 4 Na 2 O + 4 SO 2
Ein höherer Chlorgehalt erhöht den Natriumgehalt der Schmelze, während ein höherer Schwefelgehalt den Natriumgehalt erniedrigt.A higher chlorine content increases the sodium content of the melt, while a higher sulfur content lowers the sodium content.
Kalium verhält sich ähnlich, kondensiert aber bei niedrigerer Temperatur.Potassium behaves similarly, but condenses at lower temperature.
Bei Anwesenheit von CO2 (Träger-, Reaktionsgas und Zersetzung von Carbonaten) kann diese mit den verdampften/dissoziierten/sublimierten Komponenten reagieren.In the presence of CO 2 (carrier, reaction gas and decomposition of carbonates) this can react with the vaporized / dissociated / sublimated components.
2 Na + CO2 + H O2 → Na2CO3 Na2O + CO2 → Na2CO3 2 Na + CO 2 + HO 2 → Na 2 CO 3 Na 2 O + CO 2 → Na 2 CO 3
NaCl + NH3 + CO2 + H2O - NH4Cl + NaHCO3 NaCl + NH 3 + CO 2 + H 2 O - NH 4 Cl + NaHCO 3
Anwesendes Wasser reagiert ebenfalls.Present water also reacts.
2 Na + H2O + ^ O2 → 2 NaOH Na2O + H2O → 2 NaOH2 Na + H 2 O + O 2 → 2 NaOH Na 2 O + H 2 O → 2 NaOH
Na2O + CO2 + 10 H2O → Na2CO3 ' 10 H2O Na2O + 2 CO2 + H2O → 2 NaHCO3 Na 2 O + CO 2 + 10 H 2 O → Na 2 CO 3 '10 H 2 O Na 2 O + 2 CO 2 + H 2 O → 2 NaHCO 3
FestkörperreaktionenSolid state reactions
Die im Kugelinneren kondensierten Carbonate können untereinander reagieren.The carbonates condensed within the sphere can react with each other.
Na2CO3 + MgCO3 → Na2Mg ( CO3 ) 2 > 300 0 C Na2O + CaCO3 -* Na2Ca ( CO3 J 2 > 500 0 CNa 2 CO 3 + MgCO 3 → Na 2 Mg (CO 3 ) 2 > 300 0 C Na 2 O + CaCO 3 - * Na 2 Ca (CO 3 J 2 > 500 0 C
Na2Ca ( CO-J ) 2 + 2 SiO2 → Na2SiO3 + CaSiO3 + CO2 600 - 800 0 C Na2CO3 + SiO2 → Na2SiO3 + CO2 700-850 0CNa 2 Ca (CO-J) 2 + 2 SiO 2 → Na 2 SiO 3 + CaSiO 3 + CO 2 600-800 0 C Na 2 CO 3 + SiO 2 → Na 2 SiO 3 + CO 2 700-850 0 C
2 CaCO3 + SiO2 → Ca2SiO4 + 2 CO2 > 600 0C2 CaCO 3 + SiO 2 → Ca 2 SiO 4 + CO 2 2> 600 0 C
Es kann zur Bildung carbonatischer Schmelzen kommen.It can lead to the formation of carbonic melts.
Das System Na2Ca(CO3)2- Na2CO3 besitzt bei 740 0C ein Eutektikum, so dass sich bei dieser Temperatur eine Schmelze mit eutektischer Zusammensetzung bildet.The system Na 2 Ca (CO 3 ) 2 - Na 2 CO 3 has a eutectic at 740 ° C., so that a melt with a eutectic composition forms at this temperature.
Bei weiterer Temperaturerhöhung schmelzen auch die reinen Komponenten, Doppelcarbonate, Soda bzw. Pottasche.As the temperature increases further, the pure components, double carbonates, soda and potash also melt.
Na2Ca ( CO3 ) 2 820 0 CNa 2 Ca (CO 3 ) 2 820 0 C
Na2CO3 850 0 CNa 2 CO 3 850 0 C
K2CO3 890 0 CK 2 CO 3 890 0 C
Dies wird durch geeignete Temperatur-Zeit-Druck- Führung des Herstellungsprozesses verhindert (siehe Ausführungsbeispiele) .This is prevented by suitable temperature-time pressure guidance of the manufacturing process (see embodiments).
Thermische Zersetzung/Sublimation von ZuschlägenThermal decomposition / sublimation of aggregates
Im Temperaturbereich um 900 0C zersetzen sich die Carbonate und CO2 wird frei.In the temperature range around 900 0 C, the carbonates decompose and CO 2 is released.
CaCO3 → CaO + CO2 pCO2 1 bar, 910 0CCaCO 3 → CaO + CO 2 CO 2 p 1 bar, 910 0 C.
Na2Ca(CO3)2 → CaO + Na2O + 2 CO2 PCO2 1 bar, 960 0C 2 NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O MgCO3 → MgO + CO2 PCO2 1 bar, 540 0CNa 2 Ca (CO 3 ) 2 → CaO + Na 2 O + 2 CO 2 P CO 2 1 bar, 960 0 C 2 NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O MgCO 3 → MgO + CO 2 P CO 2 1 bar, 540 ° C.
Na2SO4 → Na2O + SO3 → Na2O + SO2 + X O2 > 1300 0CNa 2 SO 4 → Na 2 O + SO 3 → Na 2 O + SO 2 + XO 2 > 1300 ° C.
Na2SO4 + C → Na2O + SO2 + CO > 900 0CNa 2 SO 4 + C → Na 2 O + SO 2 + CO> 900 ° C.
Die Vakuumbildung erfolgt bei Temperaturen von 600 0C bis Raumtemperatur, bei der die Glashülle der Kugel schon so fest ist, dass der äußere Luft-/Gasdruck nicht zum Kollabieren der Hohlkugel führt (log η 3- 12, 3 dPas) .The vacuum is formed at temperatures of 600 0 C to room temperature, at which the glass envelope of the ball is already so strong that the external air / gas pressure does not lead to collapse of the hollow sphere (log η 3- 12, 3 dPas).
Der Herstellungsprozess der Vakuumhohlglaskugeln läuft zwischen den ViskositätsfixpunktenThe production process of the vacuum hollow glass balls runs between the viscosity fixing points
103 Pa s Fließpunkt (Flow Point) 106'6 Pa s Littleton Temperatur (Softening Point) 1012 — 1012'3 Pa s Transformationsbereich (T9)10 3 Pa s Flow Point 10 6 ' 6 Pa s Littleton Temperature (Softening Point) 10 12 - 10 12 ' 3 Pa s Transformation Range (T 9 )
des jeweiligen Glases ab. of the respective glass.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Vakuumhohlkugeln aus Glas, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Einbringen eines Glaspulver enthaltenden Materials in einen mindestens ein Heizmodul aufweisenden Ofen, b) Einblasen von Reaktions- und/oder Trägergas in den Ofen, c) Aufschmelzen des Materials im Ofen, d) Bildung von Hohlkugeln durch Aufblähen mittels Temperaturerhöhung, sowie e) Verfestigung der Hohlkugeln durch Abkühlen unter Bindung und/oder Kondensation des Blähgases .1. A process for the preparation of hollow glass spheres of glass, characterized by the following steps: a) introducing a material containing glass powder in at least one heating module having furnace, b) blowing reaction and / or carrier gas into the furnace, c) melting the material in Furnace, d) formation of hollow spheres by swelling by means of temperature increase, and e) solidification of the hollow spheres by cooling with binding and / or condensation of the expanding gas.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen vertikal ausgerichtet ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the furnace is vertically aligned.
3. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen von unten mit dem enthaltenden Material beschickt wird und die Hohlkugeln im Anschluss and Schritt e) am oberen Ende des Ofens entnommen werden.3. The method according to the preceding claim, characterized in that the furnace is loaded from below with the containing material and the hollow balls are removed following step e) at the upper end of the furnace.
4. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme der Hohlkugeln durch Absaugen erfolgt.4. Method according to the preceding claim, characterized in that the removal of the hollow balls is effected by suction.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen mit dem Reaktions- und/oder Trägergas durchströmt wird, vorzugsweise von unten nach oben. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the furnace is flowed through with the reaction and / or carrier gas, preferably from bottom to top.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ofen ein Strömungsgradient erzeugt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the furnace, a flow gradient is generated.
7. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und ein positiver Strömungsgradient durch Querschnittsverjüngung des Rohres in Strömungsrichtung und/oder durch Einbringen eines in Strömungsrichtung an Durch- messer zunehmenden, im Wesentlichen konischen7. The method according to the preceding claim, characterized in that the furnace is formed substantially tubular and a positive flow gradient by cross-sectional tapering of the tube in the flow direction and / or by introducing a diameter increasing in the flow direction, substantially conical
Körpers erzeugt wird.Body is generated.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und ein negativer Strömungsgra- dient durch Querschnittsaufweitung des Rohres in8. The method according to claim 6, characterized in that the furnace is substantially tubular and a negative Strömungsgra- serves by cross-sectional expansion of the tube in
Strömungsrichtung und/oder durch Einbringen eines in Strömungsrichtung an Durchmesser abnehmenden, im Wesentlichen konischen Körpers erzeugt wird.Flow direction and / or by introducing a decreasing in the flow direction diameter, substantially conical body is generated.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder ein Strömungsgradient des Reaktions- und/oder Trägergas durch den Ofen so eingestellt wird, dass ein Transport des Glaspulver enthaltenden Materials in Strömungsrichtung durch den Ofen gewährleistet ist.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a flow rate and / or a flow gradient of the reaction and / or carrier gas is adjusted by the furnace so that a transport of the glass powder-containing material is ensured in the flow direction through the furnace.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Glaspulver ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Recyc- lingglas-, Kalk-Natron-Silicatglas- , Borosili- catglaspulvern und/oder Mischungen hieraus eingesetzt wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a glass powder selected from the group consisting of recycle glass, soda-lime-silicate glass, borosilicate glass glass powders and / or mixtures thereof is used.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glaspulver Gläser mit einem hohen Gasgehalt enthält.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the glass powder contains glasses with a high gas content.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass ein Glaspulver mit einem mittleren Durchmesser d50 der Glaspartikel zwischen 1 und 1000 μm, bevorzugt zwischen 2 und 200 μm, besonders bevorzugt zwischen 5 und 50 μm eingesetzt wird.12. The method according to any one of the preceding Ansprü- che, characterized in that a glass powder having an average diameter d 50 of the glass particles between 1 and 1000 microns, preferably between 2 and 200 microns, more preferably between 5 and 50 microns is used.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glaspulver vor Schritt a) durch Mahlen und/oder Sieben erhalten wird.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the glass powder is obtained prior to step a) by grinding and / or sieving.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen des Glaspulver enthaltenden Materials in den O- fen durch Einblasen und/oder -saugen erfolgt.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the introduction of the glass powder-containing material in the O-fen by blowing and / or sucking takes place.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Glaspulver enthaltenden Material mindestens ein weiterer15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the glass powder-containing material at least one further
Zusatzstoff und/oder Treibmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiO2, B2O3, 2 CaO " 3 B2O3 ' 5 H2O, H3BO3, Na2B4O7 10 H2O (Borax), 2 CaO 3 B2O3 ' 5 H2O (Colemanit) , P2O5, H3PO4 (Pho- sphorsäure) , Ca3 (PO4) 2, AlPO4, Ba(PO3J2, Ca(PO3J2,Additive and / or blowing agent selected from the group consisting of SiO 2 , B 2 O 3 , 2 CaO "3 B 2 O 3 '5 H 2 O, H 3 BO 3 , Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O ( Borax), 2 CaO 3 B 2 O 3 '5 H 2 O (colemanite), P 2 O 5 , H 3 PO 4 (phosphoric acid), Ca 3 (PO 4 ) 2 , AlPO 4 , Ba (PO 3 J 2 , Ca (PO 3 J 2 ,
Al2O3, Fe2O3, TiO2, ZrO2, ZrSiO3, (HPO3)x (Meta- phosphorsäure) , (NaP03)x (Madrell' sches Salz), (KPO3)X (Kurrol'sches Salz), Na3(P3O9) (Trime- taphosphat) , Na2CO3, Na2CO3 NaHCO3 2 H2O, Na2SO4, Na2SO4 10 H2O, NaOH (wässrig, Natronlauge), NaOH, NaCl, NaNO3, Na2SiO4, Na2SiF6, K2CO3, KNO3, KI, Li2CO3, CaCO3, CaCO3 MgCO3 (Dolomit), CaSO4, Ca (NO3) 2, Ca (NO3) 2 4 H2O, CaF, MgCO3, MgO, BaSO4, BaS, Ba (NO3) 2/ ZnS, NH4Cl, BN, BC, SiC, metallorganische Verbindungen von Al, Zn, Ag, Cu, Ni, Sn, Au, Mg, Ca, Na, Cs und/oder Mischungen hieraus, zugesetzt wird.Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , ZrSiO 3 , (HPO 3 ) x (metaphoric acid), (NaPO 3 ) x (Madrell's salt), (KPO 3 ) X (Kurrol ''s salt), Na 3 (P 3 O 9) (trimethylsilyl taphosphat), Na 2 CO 3, Na 2 CO 3 NaHCO 3 2H 2 O, Na 2 SO 4, Na 2 SO 4 10 H 2 O , NaOH (aqueous, sodium hydroxide), NaOH, NaCl, NaNO 3 , Na 2 SiO 4 , Na 2 SiF 6 , K 2 CO 3 , KNO 3 , KI, Li 2 CO 3 , CaCO 3 , CaCO 3 MgCO 3 (dolomite ), CaSO 4, Ca (NO 3) 2, Ca (NO 3) 2 4 H 2 O, CaF, MgCO 3, MgO, BaSO 4 , BaS, Ba (NO 3 ) 2 / ZnS, NH 4 Cl, BN, BC, SiC, organometallic compounds of Al, Zn, Ag, Cu, Ni, Sn, Au, Mg, Ca, Na, Cs and / or mixtures thereof.
16. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zusatzstoff bezüglich des Glaspulvers zwischen 0,1 und 30 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,1 und 10 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 5 Gew.-% zugesetzt wird.16. The method according to the preceding claim, characterized in that the at least one additive with respect to the glass powder between 0.1 and 30 wt .-%, preferably between 0.1 and 10 wt .-%, particularly preferably between 0.1 and 5 wt .-% is added.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) ein Reaktions- und/oder Trägergas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CO2, O2, H2, NH3, HF, HCl, SO2, Metalldampf, Wasserdampf und/oder Mischungen hieraus, eingeblasen wird.17. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in step b) a reaction and / or carrier gas selected from the group consisting of CO 2 , O 2 , H 2 , NH 3 , HF, HCl, SO 2 , metal vapor , Steam and / or mixtures thereof, is blown.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass Schritt a) und Schritt b) gleichzeitig ausgeführt werden.18. The method according to any one of the preceding claims, that step a) and step b) are carried out simultaneously.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) in dem mindestens einen Heizmodul aufweisenden Ofen eine Temperatur zwischen 300 und 1500 0C, bevorzugt zwischen 500 und 1300 0C eingestellt wird.19. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in step c) in the at least one heating module having a furnace temperature between 300 and 1500 0 C, preferably between 500 and 1300 0 C is set.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen drei Heizmodule aufweist.20. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the furnace has three heating modules.
21. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in den jeweiligen Heizmodulen unterschiedliche Temperaturen vorherrschen. 21. The method according to the preceding claim, characterized in that prevail in the respective heating modules different temperatures.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen im zweiten Heizmodul höher sind als im ersten und im dritten geringer als im zweiten.22. The method according to any one of claims 20 or 21, characterized in that the temperatures in the second heating module are higher than in the first and in the third lower than in the second.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) die Temperatur der Glaskugeln sukzessive bis auf Raumtemperatur abgesenkt wird.23. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in step e), the temperature of the glass beads is successively lowered to room temperature.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumbildung in Schritt e) erst unterhalb einer Temperatur von 600 0C, bevorzugt unterhalb 500 0C erfolgt.24. The method according to any one of the preceding Ansprü- surface, characterized in that the vacuum formation in step e) only below a temperature of 600 0 C, preferably below 500 0 C takes place.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an Schritt e) eine Klassierung der Glaskugeln nach ihrer Größe und/oder eine Klassierung hinsichtlich der Nenndichte der Glaskugeln durch Verknüpfung von Gewicht und Größenklassierung (z.B. aerodynamische Klassierung) erfolgt.25. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that subsequent to step e) a classification of the glass beads according to their size and / or a classification with respect to the nominal density of the glass beads by combining weight and size classification (eg aerodynamic classification) takes place ,
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als kontinuierliches Verfahren oder im Batch-Betrieb ausgeführt wird.26. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that it is carried out as a continuous process or in batch mode.
27. Vakuumhohlkugeln enthaltend Glas, deren Gasdruck im Inneren höchstens 1 mbar, bevorzugt höchstens 0,2 mbar, besonders bevorzugt höchstens 0,1 mbar beträgt .27. Vacuum hollow spheres containing glass whose gas pressure in the interior is at most 1 mbar, preferably at most 0.2 mbar, particularly preferably at most 0.1 mbar.
28. Vakuumhohlkugeln nach Anspruch 27, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Glasmaterialien ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Recyc- lingglas, Kalk-Natron-Silicatglas, Borosili- catglas und/oder Mischungen hieraus.28. Vacuum hollow spheres according to claim 27, characterized in that the glass materials are selected from the group consisting of recycled ling glass, soda lime silicate glass, borosilicate glass and / or mixtures thereof.
29. Vakuumhohlkugeln nach einem der Ansprüche 27 bis29. Vacuum hollow spheres according to one of claims 27 to
28, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Durchmesser d50 zwischen 1 bis 1000 μm, bevorzugt zwischen 5 und 500 μm, besonders bevorzugt zwischen 10 und 200 μm beträgt.28, characterized in that the average diameter d 50 between 1 to 1000 microns, preferably between 5 and 500 microns, more preferably between 10 and 200 microns.
30. Vakuumhohlkugeln nach einem der Ansprüche 27 bis30. Vacuum hollow spheres according to one of claims 27 to
29, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke zwischen 0,1 und 25 μm, bevorzugt zwischen 0,2 und 10 μm, besonders bevorzugt zwischen 1 und 5 μm beträgt .29, characterized in that the wall thickness between 0.1 and 25 microns, preferably between 0.2 and 10 microns, more preferably between 1 and 5 microns.
31. Vakuumhohlkugeln nach einem der Ansprüche 27 bis31. Vacuum hollow spheres according to one of claims 27 to
30, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Wandung eingeschlossene Hohlraum zwischen 10 und30, characterized in that the wall enclosed by the cavity between 10 and
98 Vol.-%, bevorzugt zwischen 90 und 98 Vol.-% des Gesamtvolumens der Vakuumhohlkugel beträgt .98 vol .-%, preferably between 90 and 98 vol .-% of the total volume of the hollow vacuum ball is.
32. Vakuumhohlkugeln nach einem der Ansprüche 27 bis32. Vacuum hollow spheres according to one of claims 27 to
31, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Druck- Stabilität von mindestens 5 bar, bevorzugt von mindestens 15 bar aufweisen.31, characterized in that they have a pressure stability of at least 5 bar, preferably of at least 15 bar.
33. Vakuumhohlkugeln nach einem der Ansprüche 27 bis33. Vacuum hollow spheres according to one of claims 27 to
32, gekennzeichnet durch eine Dichte zwischen 50 und 300 kg/m3, bevorzugt zwischen 50 und 200 kg/m3, besonders bevorzugt zwischen 70 und 100 kg/m3.32, characterized by a density between 50 and 300 kg / m 3 , preferably between 50 and 200 kg / m 3 , particularly preferably between 70 and 100 kg / m 3 .
34. Vakuumhohlkugeln nach einem der Ansprüche 27 bis34. Vacuum hollow spheres according to one of claims 27 to
33, gekennzeichnet durch eine Wärmeleitfähigkeit einer Schüttung der Vakuumhohlkugeln oder eines Materials, in das die Vakuumhohlkugeln eingearbeitet sind, von maximal 0,05 W/mK, bevorzugt maximal 0,03 W/mK, besonders bevorzugt maximal 0,02 W/mK.33, characterized by a thermal conductivity of a bed of hollow vacuum spheres or a material in which the hollow hollow spheres are incorporated, of a maximum of 0.05 W / mK, preferably at most 0.03 W / mK, more preferably at most 0.02 W / mK.
35. Vakuumhohlkugeln nach einem der Ansprüche 27 bis35. Vacuum hollow spheres according to one of claims 27 to
34, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumhohl- kugeln beschichtet sind.34, characterized in that the vacuum hollow balls are coated.
36. Vakuumhohlkugeln nach einem der Ansprüche 27 bis36. Vacuum hollow spheres according to one of claims 27 to
35, herstellbar nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26.35, producible according to a method according to one of claims 1 to 26.
37. Verwendung von Vakuumhohlkugeln nach einem der Ansprüche 27 bis 36 zur Herstellung eines Verbundstoffes .37. Use of hollow vacuum spheres according to one of claims 27 to 36 for the production of a composite material.
38. Verwendung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumhohlkugeln versintert werden.38. Use according to claim 37, characterized in that the vacuum hollow spheres are sintered.
39. Verwendung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumhohlkugeln in eine Trägermatrix eingebettet werden.39. Use according to claim 37, characterized in that the hollow hollow spheres are embedded in a carrier matrix.
40. Verwendung nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägermatrix ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus anorganischen und/oder organischen Bindemitteln, Kunststoffen, anorganischen Baustoffen, Putzen, Lehmen und/oder Mischungen hieraus .40. Use according to the preceding claim, characterized in that the carrier matrix is selected from the group consisting of inorganic and / or organic binders, plastics, inorganic building materials, plasters, Lehmen and / or mixtures thereof.
41. Verwendung von Vakuumhohlkugeln nach einem der Ansprüche 27 bis 36 als Dämmmaterial.41. Use of hollow vacuum spheres according to one of claims 27 to 36 as an insulating material.
42. Verwendung nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämmmaterial als Schüttgut, Spritzguss, Wärmedämmputz, Dämmplatten und/oder Isolationspaneelen appliziert wird. 42. Use according to the preceding claim, characterized in that the insulating material is applied as bulk material, injection molding, thermal insulation plaster, insulation boards and / or insulation panels.
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