DE1232866B

DE1232866B - Formbares keramisches Material mit organischen Bindemitteln

Info

Publication number: DE1232866B
Application number: DED43936A
Authority: DE
Inventors: Desmond Frank Bailey
Original assignee: Doulton and Co Ltd
Current assignee: Doulton and Co Ltd
Priority date: 1963-03-21
Filing date: 1964-03-20
Publication date: 1967-01-19
Also published as: GB1006518A; BE645437A; CH431953A; NL6402993A; US3285873A

Description

EUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 80 b-8/22

Nummer: 1232 866

Aktenzeichen: D 43936 VI b/80 b

Anmeldetag: 20. März 1964

Auslegetag: 19. Januar 1967

Die Erfindung betrifft ein formbares Material mit organischen Bindemitteln.

Es ist bekannt, keramische Gegenstände aus einem keramischen Material' herzustellen, das mit einem thermoplastischen Bindemittel vermischt ist. Das Material wird dabei unter Druck, beispielsweise durch Spritzgießen, geformt und dann gebrannt, wobei das BindemitteTgewöhnlich bei der Behandlung des Gegenstandes im Brennofen ausgetrieben wird.

Die am 6.11.1952 bekanntgemachte deutsche Anmeldung S10878 VIe/80b setzt zu einer formbaren keramischen Masse als filmbildende organische Substanz Polyvinylalkohol zu. Um die rohen Preßlinge am Austrocknen zu hindern und deren Nachbearbeitung zu erleichtern, kann zweckmäßigerweise noch Glycerin oder Äthylenglykol zugesetzt werden.

Das »Bulletin Amer. Cer. Soc«, Vol. 23/1944, S. 427 bis 432, erwähnt Polyäthylenglykol unter seiner Handelsbezeichnung »Carbowax« allein als Schmier-, Binde- oder Verarbeitungshilfsmittel für ao keramische Massen.

In »Ceramic Age«, 1960, Heft 1, S. 39ff., und Heft 2, S. 25 ff., wird eine allgemeine Aufstellung temporärer Binder für keramische Massen gegeben.

Bei Anwendung der bisher bekannten Bindemittel stellte es sich aber heraus, daß die Festigkeit des Formmaterials abnimmt, wenn die Temperatur erhöht wird, wie das in den ersten Stadien des Brennens geschieht. Als Folge ließen sich Verformungen oder sogar Risse und Brüche des Formkörpers feststellen.

Es wurden verschiedene Versuche zur Überwindung der Schwierigkeiten angestellt, indem ein Gemisch von wärmehärtbaren und thermoplastischen Bindemitteln angewandt und das eine vor dem Brennen des anderen durch Lösungsmittelextraktion entfernt wurde oder indem ein Gemisch von Bindemitteln angewandt wurde, von denen das eine bei einer Temperatur unter dem Erweichungspunkt des anderen flüchtig ist. Es konnte aber mit keinem der früheren Verfahren ein ganz befriedigendes Ergebnis erzielt werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Formmaterial, bei dem die den bisher bekannten Bindemitteln anhaftenden Nachteile überwunden sind.

Das erfindungsgemäße formbare Material ist dadurch gekennzeichnet, daß eine keramische Masse mit einem Bindemittel vermischt ist, das ein Polyäthylenglykol und ein oder mehrere Polyolefine enthält.

Die Menge an dem Polyäthylenglykol beigemischten Polyolefin ist innerhalb weiter Grenzen variabel. Vorzugsweise sind jedoch 8 bis 30 Gewichtsteile Formbares keramisches Material mit
organischen Bindemitteln

Anmelder:

Doulton & Co. Limited, London

Vertreter:

Dr. W. Müller-ΒοΓέ, Dipl.-Ing. H. Gralfs
und Dr. G. Manitz, Patentanwälte,
Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Als Erfinder benannt:

Desmond Frank Bailey,

New Haw, Surrey (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 21. März 1963 (11 309),
vom !.Januar 1964

Polyolefin in 100 Gewichtsteilen des Polyäthylenglykol-Polyolefin-Gemisches enthalten.

Die Menge an Bindemittel, die der keramischen Zusammensetzung beigemischt werden soll, hängt von den Eigenschaften des verwendeten keramischen Materials ab und läßt sich für jedes bestimmte Formmaterial leicht festsetzen. Im allgemeinen liefert eine Bindemittelmenge zwischen 30 und 60% und für manche Anwendungszwecke zwischen 36 und 38% des Gesamtvolumens an formbarem Material sehr gute Resultate.

Eine sehr brauchbare Polyäthylenglykolsorte ist »Carbowax« 600O₂, eine wachsartige Substanz mit einem Molekulargewicht zwischen 6000 und 7500, die bei einer Temperatur zwischen 60 und 63° C schmilzt. Ein geeignetes Polyolefin ist das unter dem Handelsnamen »Epolene« L ν vericaufte Polyäthylen.

Besonders bei großen Abmessungen der Formprodukte ist es manchmal erwünscht, dem formbaren Material einJTrenn- oder Gleitmittel zuzusetzen. Als Beispiel seien JTritolvlphosphat oder Glycerinmonostearat genannL_Tritolylphosphat erwies sich besonlers brauchbar für dicke, schwere Formbestandteile, und Glycerinmonostearat war besser geeignet bei dünnen Formteilen, beispielsweise mit Abmessungen von 0,8 bis 1,6 mm.

Unter den für die praktische Durchführung der Erfindung besonders brauchbaren Zusammensetzungen sind solche zu nennen, die in überwiegendem Anteil Tonerde enthalten (mit oder ohne Flußmittel);

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ferner Ton, Quarz und ein Flußmittel; Speckstein Teststäbe von 6,4 cm Länge und 0,64 cm Breite oder Talkum in überwiegender Menge; Wollastonit werden wie im Beispiel 1 spritzgegossen. Beim Erin überwiegender Menge; Zirkonsilikat, Kieselerde hitzen zur Entfernung des Bindemittels zeigt sich oder Gemische dieser Stoffe; magnetische Ferrite, die keine Verformung, und die Ränder und Ecken bleictwa der Formel MO · Fe₂O₃ oder MO ■ 6 Fe₂O₃ ent- 5 ben scharf und umrissen wie vor dem Erhitzen, sprechen, wobei M ein zweiwertiges Metall oder ein Nach Entfernung des Bindemittels kann das SiIi-Gemisch zweiwertiger Metalle ist, und noch andere cium durch übliche Verfahren in Siliciumnitrid umoxydischc Keramikstoffe. gewandelt werden.

Das Gemisch des Polyolefins mitPolyäthylenglykol Beisniel ^

bildet ein Bindemittel mit einem hohen Fließpunkt io

und hoher Thixotropic, die eine Verformung beim Spritzguß eines Zirkon-Kieselerde-Körpers

Erhitzen des formbaren Materials zur Entfernung des D_as Gemisch wird wie im Beispiel 1 aus den fol-

Bindemittels verhindert. genden Bestandteilen hergestellt:

Während der Vermischung der Bestandteile des

Bindemittels mit dem keramischen Gemisch bei er- i₅ Zirkonsilikat (75 μ Maschenweite) .. 820 g

höhtcr Temperatur werden die Bindemittel flüssig Geschmolzene Kieselerde

und verteilen sich gleichmäßig durch das Material (75 μ Maschenweite) 205 g

hindurch. Dabei erhält man eine zusammenhängende »Carbowax« 6000 103 g

teigförmige Masse, die leicht geformt werden kann. »EDoIene« LV «!

Bei Zimmertemperatur liegt das Gemisch in Granu- ₃o „ . , , ^S

latform vor. Tntolylphosphat 5 g

Die Formung kann mittels jedes gebräuchlichen _Das Gemisch wurde zu 10 cm langen, 2,5 cm

Verfahrens erfolgen, z. B. durch ein Spritzgußverfah- breiten und 0,32 cm dicken Stäben spritzgegossen,

rcn. Ein bevorzugter Temperaturbereich für das For- Tjj_ese wurden bei 1280° C gebrannt und lieferten die

mungsvcrfahren liegt bei 85 bis 150° C. Im allgemei- _a5 angestrebte poröse Masse mit den folgenden Eigen-

nen sollte die Temperatur der Form, in die das Ma- schäften:
tcrial eingespritzt wird, nicht merklich über der Tem-

peratur der Umgebung liegen, um ein Festkleben zu Zerreißmodul 17,0 kg/cm

verhindern. Dichte 2,52 g/cm

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Bei- 30 Wahrnehmbare Porosität 34%

spiele erläutert. Lineare Kontraktion beim Brennen 0,7%

^BeisP^iel ¹ Beispiel 4

Spritzguß eines Tonerdekörpers Fließpunkt oder Streckgrenze

Die folgenden Mengen geschmolzener Tonerde 35 Stücke von 10 cm Länge, 2,5 cm Breite und

werden in einen mit Heizmantel versehenen Disper- o,32 cm Dicke wurden aus den beiden unten auf-

sionsmischer mit etwa 1,11 Inhalt eingebracht: geführten Gemischen spritzgegossen:

»Aloxite« Qualität 220 A 529 g Volumteile

»Aloxite« Qualität 600 227 g ₄₀ Gemisch a:

Heizmantel und Heizung werden eingeschaltet, und Zirkonsilikat (75 μ Maschenweite) .... 45

bei Erreichen einer Temperatur von etwa 12O⁰C Geschmolzene Kieselerde

wird folgendes Bindemittel zugesetzt: (75 μ Maschenweite) 23

»Carbowax« 6000 135 g ₄₅ »Carbowax« 6000 32

»Epolene« LV 9 g Gemisch b:

Nach einigen Minuten Durchmischung wird der Zirkonsilikat (75 μ Maschenweite) .... 45

heiße Teig dem Mischer entnommen, zum Abkühlen Geschmolzene Kieselerde

gebracht und in kleine Stücke zerbrochen. Teststück- (75 μ Maschenweite) 23

chen von 6,4 cm Länge und 0,64 cm Breite wurden 50 »Carbowax« 6000 23,5

aus diesem Gemisch bei einem Druck von 1100kg/ ,Cnnien« tv r's cm² und einer Zylindertemperatur von 150° C spritz-

gegossen. Die Teststücke wurden dann zur Entfer- Die aus diesen Gemischen hergestellten Stücke

nung des Bindemittels schlagartig auf 600° C erhitzt. wurden senkrecht auf die 10 · 0,32-cm-Schmalseite

Es wurde keine Verformung der Teststücke beob- 55 gestellt und bei 1280° C gebrannt,

achtet, und die Ecken und Kanten blieben ebenso Während des Schmelzens des Bindemittels vor

scharf und ausgeprägt wie vor dem Erhitzen. Die dem Verflüchtigen fielen die aus Gemisch a herge-

gcformten Teststücke sinterten beim Brennen bei stellten Stücke schlagartig zu einer formlosen Masse

1450° C zu einer kompakten Masse. zusammen, die aus Gemisch b hergestellten Stücke

Beispiel 2 ^{6o nm}g^e8^en verformten sich nicht meßbar.

Die erfindungsgemäß hergestellten Produkte sind

Spritzguß von Silicium unter anderem von besonderem Nutzen zur Formung

Ein Silicium-Spritzgußgemisch wird wie im Bei- elektrischer Isolierkörper, Halbleiter, Kerne für

spiel 1 aus den folgenden Bestandteilen hergestellt: Metallgußwaren, die durch chemische oder mecha-

_... . . ,_„ -, . ._{x N} „-_ 65 nische Mittel entfernt werden können, Töpferwaren

Siliciumpulver (53 μ Maschenweite) 365 g _{und poröse keramische} p_rodukte.

»Carbowax« 6000 89 g Gegenüber den bekannten Bindern oder Binder-

»Epolene« LV 44 g systemen hat das erfindungsgemäße System, d. h.

Polyäthylenglykol+Polyäthylen oder einem anderen Polyolefin, einen überraschenden und nicht vorhersehbaren Vorteil. Dieser beruht im wesentlichen auf dem Verhalten des Bindersystems bei Erwärmung auf etwa über 120° C. Sowohl Polyäthylenglykol als auch Polyäthylen schmelzen bei diesen Temperaturen zu einer beweglichen Flüssigkeit. Wird daher eines dieser Polymere allein als Binder für eine keramische Masse verwendet, so läuft dieses bei den erwähnten Temperaturen aus der Form oder aus dem Kern heraus. Die polymere Schmelze nimmt dabei keramische Teilchen mit sich und verursacht eine höchst unerwünschte Deformierung der Preßkörper. Es war daher durchaus überraschend, daß die erfindungsgemäße Kombination von Polyäthylenglykol und Polyäthylen diese Nachteile nicht in sich birgt, d. h. daß dieses Bindersystem nicht dazu neigt, bei den erwähnten Temperaturen aus der Formmasse auszufließen. Dieser überraschende Effekt ist besonders deutlich bei den Versuchen des Beispiels 4 zu erkennen. Während die Formstücke der nur mit »Carbowax« 6000 allein gebundenen Gemische bei höheren Temperaturen schlagartig zu einer formlosen Masse zusammenfielen, war dies bei der erfindungsgemäßen Kombination von »Carbowax« und »Epolene« nicht der Fall.

Claims

Patentansprüche:

1. Formbares keramisches Material mit organischen Bindemitteln,dadurch gekennzeich-

net, daß eine keramische Masse mit einem Bindemittel vermischt ist, das ein Polyäthylenglykol und ein oder mehrere Polyolefine enthält.

2. Formbares Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bindemittel 8 bis 30 Gewichtsteile Polyolefin auf 100 Gewichtsteile Polyäthylenglykol vorliegen.

3. Formbares Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Bindemitteln 30 bis 60% in Volumteilen des formbaren Materials beträgt.

4. Formbares Material nach einem der vorhergehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyäthylenglykol ein Molekulargewicht zwischen 6000 und 7500 hat und bei einer Temperatur zwischen 60 und 63° C schmilzt.

5. Formbares Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trenn- oder Gleitmittel beigemischt ist.

6. Formbares Material nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmittel Tritolylphosphat oder Glycerinmonostearat ist.

_a. In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentanmeldung S10878 VIb/80b
(bekanntgemacht am 6.11.1952);

Bulletin Amer. Cer. Soc, Vol. 23/1944, S. 427 bis 432;
»Ceramic Age«, 1960, H. 1, S. 39, H. 2, S. 25 ff.