DE2038290A1

DE2038290A1 - Verschaeumte Keramik

Info

Publication number: DE2038290A1
Application number: DE19702038290
Authority: DE
Inventors: Sicka Richard W
Original assignee: Horizons Inc
Current assignee: Horizons Inc
Priority date: 1969-08-05
Filing date: 1970-08-01
Publication date: 1971-02-18
Also published as: US3625723A; GB1299980A

Description

PATENTANWÄLTE

dr. W.Schalk · djpl.-ing. P, Wjrth · dipl.-ing.G. Dannenberg dr. V.ScHMiED-KowARziK-DR. P. Weinhold · dr.d.Gudel

6 FRANKFURT AM MAIN

GR. ESCHENHEIMER STRASSE 39

HORIZONS INGOKPORATED, a division of Horizons Research Inc, 23800 Mercantile Road Cleveland, Ohio

Verschäumte Keramik -

Die Erfindung bezieht sich auf ein leichtes isolierendes keramisches Material und auf die Herstellung desselben. Insbesondere bezieht es sich auf Verbesserungen von keramischen Zusammensetzungen, wie sie in der US-Patentschrift No. 3,330,675 beschrieben sind. *

Wie die in der oben genannten Patentschrift beschriebenen Zusammensetzungen sind die erfindungsgemäßen Keramikzusanmiensetsungen geeignet, verschäumt und in wertvolle poröse Zellprodukte ohne Anwendung von Hitze von irgendeiner äußeren Quelle verarbeitet zu werden.

Die neuen und verschiedenartigen erfindungsgemäßen Keramikschauinstoffe sind Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik der genannten Patentschrift, wobei Plugaschenstoffe, die bei der Verbrennung von pulverisierter Kohle entstehen, als Bestandteile, die nur niedrige Kosten erfordern, in den schäumbaren Zusammen-· Setzungen verwendet werden.

Die Verwendung von Flugasche in Keramikzusaminensetzungen ist z.B. in den amerikanischen Patentschriften 2,250,107? 2,382, 154;

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2,606,126 und 2,948,948 und in der Literatur (z.B. Band 33 der "Proceedings of the American Concrete Institute', Seite 577-612 (1937) und in "Brick and Clay Record", April 1965, Seiten. 78 ff.) beschrieben worden.

Wie es dem oben genannten Stand der Technik zu entnehmen ist, unterscheidet sich die chemische Zusammensetzung der Flugasche in Abhängigkeit von der Kohle, von der sie gewonnen wurde, dem Verbrennungsprozeß und der Art, in der die Flugasche gesammelt worden ist. Im allgemeinen sind jedoch Siliziumoxyd und Aluminium-, Eisen- und Kalziumoxyde, wobei diese Oxyde mit Siiiziuinoxyd zii Silikaten kombiniert sein können, die Hauptbestandteile der Plugasche zusammen mit etwas unverbrannt ein Kohlenstoff und einer kleinen Menge.Alkalioxyden oder anderen Oxyden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer' verschäunbnren Zusammensetzung, die eine Lüschung von Verbindungen umfaßt, Vielehe in bei der Verbrennung von pulverisierter Kohle ent st eilender Plugasche anwesend sind, und die durch AluMniumoxyd/phösphorsäurelösung gebunden istt» wie es in der oben genannten Patentschrift beschrieben ist.

Die schäumbare Zusammensetzung enthält üie Flugasche wegen ihrer besonderen ^atur und physiJtali seilen Eigenschaft en, was teilweise auf das Vorkommen der !flugasche in Form von nahezu kugelartigen Teilchen mit geringer Ausdehnung und unregelmäßig geformten Teilchen mit großer Oberfläche ₉ die die Bindung fordern, zurückzuführen ist. Die'kugelförmigen Teilchen scheinen" die Druckfestigkeit des Schaums zu verbessern, während die Flugasche als mäßig reaktiver Füllstoff in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung wirkt«,

Aufgabe der Erfindung ist ferner die Schaffung einer mittelschweren porösen -Keramik,, die ohne die Anwendung von äußerer Hitze unter Verwendung von nicht kostspieligen Materialien verschäumt worden ist, ' ■ "

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BAD ORIGINAL

_ 3 —

Die erfindunrsneir.llße- Zusammensetzung ist feuerfest, besitzt, eine niedrig« Mehle und zeigt eine -beständige Aushärtung ohne Anwendung von Hitüo, wobei durch geregelte Einwirkung von Hit ze eine sehr schnelle Aushärtung erreicht wird.

■Erf ihdurigu^erv:¹?-. wird eine leichte, neutral gefärbte Keranikzu-3u:r.r:ons(;tiiunG-geschaffen, die bei der Verbrennung von pulverisierter Kohle entstehende und eine Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des Schaumstoffes bringende Plugaschenntoffe enthält, ohne dem Produkt eine unschöne schmutzigrotbraune Farbe z<x verleihen.

Die vorliegende Erfindung schafft schließlich ein leichtes IsoliRrinato.riril, das sehr beständig gegen einen Angriff durch die uü.geberj" Ati-.c^phäre ist, und welches eine gute FeuerbestLndigkeit, V.'ärrr.eisolierung bei hohen Temperaturen und verbesserte

n besitzt*

Folgende Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne diese zu' beisohräiiken·

Beispiel 1

Einer iir.Mar.iel erhältlichen sauren' AlutniniuniphosphatlÖsuKg wird Alur.ir.iur-iOxyd oder hydratisiertes Aluniniunoxyd oder 8^rj^ Η,ΓΟ. hin:u;gefügt, bis die Lösung etwa ein Ilol-Verhältnis von Al₂O, * ?2°b ^{: Π}°^{Ο wie} °»^{8 : 5 : 26}»° aufweist.

In einen getrennten Mischgerät wurden folgende trockene Bestandteile vercischt, bis eine gleichmäßige Mischung erhalten wurde:

Gewichtsteile

Flugasche, aus der Verbrennung von pulverisierter Kohle 27

Kalaiur.silikat, Uaschenv/eite: - O,O44^rrj 26

Alursiniumhydroxyd, Typ: leicht 6

ii'agnesiunkarbonat 0,5

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Um den Schaum herzustellen, werden 40 Gew. Teile einer Aluminiumphosphatlösung zu der trockenen Mischung gegeben und dann in einem Zeitraum von nicht mehr als 2 Minuten lang mechanisch, gerührt. Dieses Präparat schäumt und härtet innerhalb von 20 Minuten zu einer Dichte von 0,721 g/ccrn.

Trotz der Tatsache, daß die Flugasche gewöhnlich eine rötliche oder dunkelbraune Farbe besitzt, nimmt sie eine grau-weiße Farbe an, wenn sie mit dem sauren Aluminiumphosphat wie in Beispiel 1 kombiniert wird, wobei die Flugasche mit dorn sauren Phosphat zu reagieren scheint. Diese Farbe ist für viele Verwendungszwecke viel annehmbarer als die dunkle schmutzige Farbe der trockenen Mischung. Trocknet man weiterhin das verschäumte Material in einem Ofen einige Minuten lang z.B. bei etwa 135 - 165°O, so neigt das Material dazu, sich zu einem viel helleren Grauton zu verändern.

Beispiel 2 Gewichtsteile

Saure Aluminiumr-hosphatlösung
(Kol-Verhältnis Al₉O, : P₉O₈- : H₉O =
0,8 : 3 : 18,5) ^ ° 40

Flugasche, aus der Verbrennung von

pulverisierter Kohle 45

Kalziumsilikat, Maschenweite:- 0,044 nn 10

Alurainiuinhydroxyd, Typ: leicht 5

Bariumkarbonat 1

Es wurde ders.^o1.be Mischunjsvorgang wie in Beispiel 1 angewendet, und nach 15 Minuten wurde ein gehärteter Schaum erhalten, der eine Dichte von etv/a 0,401 g/ccm besaß·

Beispiel 3

GewichtsteiIe

Saures Aluminiu.v.rihosphat(Al₉O, : P₉Oc ί H₉O-I'ol-Verhältnisr= 0,8:3:20) ^{7 d} ° ^d 40

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Gewichtsteile

Plugasche, aus der Verbrennung von

pulverisierter Kohle 45

Kalziumsilikat, Maschenweite :ö,Q,044mm 10 Aluminiumhydroxyd, Typt leicht 5

Magnesiumkarbonat ' 1

Nach einem Mischungsvorgang, wie er oben beschrieben wurde, vrirde ein gehärteter Schaum mit einer Dichte von etwa 0,481 g/ccz erhalten.

Beispiel 4

Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, als ein kationisches oberflächenaktives Mittel dem flüssigen Anteil der Mischung von Beispiel 3 hinzugefügt wurde, bevor dieser zu der trockenen Mischung gegeben wurde.

Anstelle der Aluminiumphosphate, die bei der vorliegenden Erfindung am geeignetsten sind, können andere Phosphate, wie z.B, Phosphate von Kalziumoxyd, Zirkonoxyd und, anderer Verbindungen von Kalzium-, Aluminium- oder Zirkonoxyd verwendet werden, die als Basen bei der Umsetzung mit Phosphorsäure reagieren. Geeignete Mengenverhältnisse solcher Oxyde oder eines oxydhaltigen Materials zu PpOc in der Phosphorsäure sind etwa 1 Mol basiscr.es⁴ Oxyd zu etwa 0,2 bia 4 Hol an H?o®5*

In den schäumbaren erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ist das entstehende saure Phosphat in annähernd gleicher Gewichtsmenge wie das Wasser in der schäumbaren Mischung, einschließlich das zu dem wässrigen sauren Phosphat gegebene Wasser, anwesend.

Iii den schäuabaren erfindungsgemäöen Zusammensetzungen-ist das' bevorzugte IHillroittel Y/ollastonit, ein relativ reines Kalaiuo silikat, in Anteilen zwischen etwa 10 Gew. Teilen Füllmittel zu 90 Gew. Teilen saures Phosphat plus V/asser bis etwa 70 Gew

. üci

bz, von Kalic, Tonerde oder Zirkonerde

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■ · · BAD ORIGINAL

le Füllmittel zu 30 Gew. Teilen des sauren Phosphates plus '.Vanser. I'agnesiumüilikat und Zirkon sind ebenfalls geeignete Füllmittel.

In erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bildet das anw Kalziumsilikat, '»agnesiumsilikat oder Zirkon hydrauli sch hortende Bindemittel. Die Flugasche ist ein nicht' kostspielig^:;· Füllmittel, das eine Verbesserung der Festigkeit des ochaurns

Neben den Karbonaten der Beispiele 1, 2 und 3 können andere £asfreisetzende chemischen Stoffe verwendet werden, wie z.3» Sulfane, Nitrite und Nitrate, wie es in der bereits genannten Patentschrift beschrieben- ist. Es kann ebenfalls, wie es in der Patentschrift 3,330,675 beschrieben ist, ein mechanisch eingeführtes Gas verwendet werden, um die Mischung zu verscnäunen, während sie erstarrt. Es kann auch eine sov/ohl chemische als auch mechanische Verschäumung in Korabination angewendet werden.

Durch Erhitzen des verschäumten Produkts erhält man eine hellere Farbe des Produkts und größere Festigkeit von diesem.

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Claims

- 7 Patentansprüche

Mi Kera;:;i/c).« Zu.:a:.::.ennetzung, dadurch gekennzeichnet, daß sie irr. wofcj.1: ichei. ,

a) Wahrer;

b) ein o-iuven 3: r;hat aus Phosphorpentoxyd und einew !«"atnri.'il-der, vlruppe: Kaiüiuir.-, Aluminium-, Zirkonoxyd und Verl-iniun/'e!! dieser Oxyde, die r.it Phosphorsäure als Base

■rearii-rer.,.'woe · L dae I*on,:3nverhä] tnis des Oxydnaterialo su I ;.c.:rhorr t!.tox;yd etwa 1 l.'ol des Oxyds zu etwa 0,2 bis ^ l.:ol Γ/ίθ;π;!;θ2Μ cntoxyd beträgt; und venipstcns etwa 1 r_rew. ?p aauro:' Phcu] hat auf 1 Gew. Teil wasser .ko:;.nt;

e) ein feiilwort^iites Fülln.ittel, vcrz.ugsv/ei^e feinzerteiltes Kal'.::^-.;::;-silik:it, wobei d-ir, relative Verhältnis von Füllmittel VAi der .;·?.^;antnenf:e an öaurem Phosphat plus V»'aener in Bert..ii'h von etv.a 10 : ■ 90 bis 70 j 30 Gew. Teilen lie/;t und

d) feinsertt'iite pulverisierte Flugasche unfaßt.

2. Keriir:ii:?ehi? "usjü^nensets-i-iitron nach-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dai? das relative Gewichtsverhältnis von KaI-niumsilikat ;:u Plugasche und zu-der Gesar.tphosphatinenge plus Y/aes-er et'.Va'S ; 5 : 90 beträgt.

3. Keraniöche Hi»rr.r.r.ensetsunfon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das relative Gewichtsverhältnis von XaI-siumsiiikat zu Flugasche und zu der Geoamtphosphatmen^e plus Viasöer etv.a 60 : 10 : 30 beträgt.

^. Keramische Zusammensetzungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das relative Gewichtsverhältnis von Kalziumsilikat zu Flugasche und zu der GesaEtpho3phati3cn;:e plus Wasser etwa 10 : 60 : 30 beträgt.

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5. Keramische Zusammensetzung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem noch eine geringe Menge einer Verbindung enthält, die mit der Säure in der Zusammensetzung, unter Freisetzung eines Gases reagiert,.

6. Keramische Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als gasfreisetzende Verbindung eine solche aus der Gruppe; anorganische Karbonate, Sulfate, Nitrate und Kitrate enthält. ■

7. Keramische Zusammensetzung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch mechanisches Einleiten eines Gases verschäumt wird, während sie härtet.

8. Keramische Zusammensetzung nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch eine Kombination von chemisch freigesetzten und mechanisch eingeführten Gasen verschäumt wird.

9. Keramische Zusammensetzung nach Anspruch 1-8, dadurch geKer.r.-zeichnet, daß sie zur Aufhellung des Schaumes und Erhöhung der Festigkeit von di<

unterworfen wird.

Festigkeit von diesem einer Erwärmung bei etwa 50 - 1400⁰C

10. Keramische Zusammensetzung nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem etwa zwischen 0,01 und "0,3 Gew.^o eines kationischen oberflächenaktiven Kittels enthält.

11. Verwendung einer keramischen Zusammensetzung nach Anspruch 1-10 zur Herstellung einer starren monolithischen Masse öhre Anwendung von Hitze von äußeren Quellen, wobei Ί diese durch Einverleibung von Gasblasen vor der Tollständigen Härtung porös gemacht Wordsn .ist.

12. Verwendung einer keramischen Zusammensetzung nach Anspruch ". 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu einer monolithischen Kasse gegen einen Träger gehärtet wird.

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