DE2142122A1 - Hartpechbindemittel und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

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PATENTANWALTS
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The Quaker Oats Company, Barrington, Illinois, V.St.A.

Hartpechbindemittel und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Hartpechbindemittel für nicht alkalischen Zuschlagsstoff, wie z.B. Kohlenstoff und Graphit.

Die Erfindung schafft ein Bindemittel für Zuschlagsstoffe, die aus neutralem Zuschlagsstoff, saurem Zuschlagsstoff oder schwach basischem Zuschlagsstoff bestehen können, das 50 bis 75 Gew.-$ Hartpech mit einem Erweichungspunkt zwischen 110° und 180⁰C und 50 bis 25 Gew.-^ Weichmacher enthält, der Furfurylalkohol, Furfural und einen Bestandteil der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe enthält.

Die Erfindung schafft außerdem einen gebundenen feuerfesten Gegenstand, der einen Zusohlagsstoff aus feuerfesten Teilchen enthält, der aus neutralem Zuschlagsstoff, saurem Zuschlagsstoff oder schwach basischem Zuschlagsstoff bestehen kann und zu einer einheitlichen Form durch ein Hartpechbindemittel gemäß der Erfindung gebunden ist.

Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Hartpechbindemitteis zur Verfügung, das darin besteht, daß man

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50 bis 75 Gew.-^ Hartpech mit einem Erweichungspunkt zwischen 110° und 180⁰C, Furfurylalkohol, Furfural und ein Mitglied der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe vermischt, wobei das Furfural, der Furfurylalkohol und der aus der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe gewählte Bestandteil 50 bis 25 Gew.-^ des Bindemittels ausmachen, man das Gemisch erwärmt, um das Hartpech löslich zu machen und dadurch ein Hartpechbindemittel zu bilden, das bei 25⁰C eine Flüssigkeit ist, die bis herunter zu der Temperatur, bei der sie fest wird, in einer einheitlichen Form vorliegt.

Die Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zur Ausbildung eines feuerfesten Gegenstands zur Verfügung, das darin besteht, daß man feuerfeste Teilchen, die aus neutralen feuerfesten Teilchen, sauren feuerfesten Teilchen und schwach basischen feuerfesten Teilchen bestehen können, mit einem. Hartpechbindemittel und mit einem stark sauren Katalysator vermischt, wobei das Pechbindemittel 50 bis 75 Gew.-$ Hartpech mit einem Erweichungspunkt zwischen 110° und 18O⁰C und 50 bis 25 Gew.-^ Weichmacher enthält, der Furfurylalkohol, Furfural und einen Bestandteil der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden,Gruppe enthält, man das Gemisch zu der gewünschten Gestalt formt, das geformte Gemisch bei einer Temperatur von wenigstens 2Q⁰C härtet, das gehärtete Gemisch in einer nichtoxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von wenigstens 800⁰C erwärmt, um das Bindemittel zu pyrolysieren und ein kohlenstoffgebundenes feuerfestes Produkt auszubilden.

Im spezielleren betrifft die Erfindung ein Hartpechbindemittel, das 50 bis 75 Gew.-^ Hartpech mit einem Erweichungspunkt zwischen 110° und 180⁰C und 50 bis 25 Gew.-% Weichmacher enthält, der Furfurylalkohol, Furfural und einen Bestandteil der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe enthält.

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Übliche Bindemittel zum Binden von Kohlenstoff und Graphit ■werden aus Pech hergestellt. Das Pech wird mit einem flüchtigen Verdünnungsmittel gemischt. Die Bindemittel können auch aus Harzen auf Basis von Furan, wie z.B. katalysiertem Furfural, und Pech, aus Furfural, Furfurylalkohol und Pech sowie aus Pech und einem Bestandteil der aus Phenol, Cyclohexanon und Verbindungen der Formel CH₅-CO-R, worin R aliphatisch ist, "bestehenden Gruppe hergestellt werden.

Übliche Pechbindemittel werden mit Kohlenstoff gemischt. Das durch Verpressen in einer Form zu einer bestimmten Gestalt ausgebildete Gemisch wird dann pyrolysiert. Eine_#Eigenschaft von Pech ist, daß es beim Erwärmen einen flüssigen Zustand durchläuft, in dem die flüchtigen Bestandteile abgegeben werden, und beim weiteren Erwärmen sich langsam in eine viskose Flüssigkeit verwandelt und schließlich in Kohlenstoff übergeht. Das Erweichen des Pechs während des Erwärmens bewirkt, daß der Kohlenstoffgegenstand zusammenfällt, und der Verlust an flüchtigen Bestandteilen vermindert den Anteil des Kohlenstoffgehalts des Pechs sowie die Dichte des fertigen Gegenstands. Die flüchtigen Bestandteile bewirken ferner häufig, daß der Gegenstand während der Pyrolyse quillt, was eine Verformung und ein Brechen des Kohlenstoffgegenstands zur Folge hat.

Es ist bekannt, daß Pech mit einem relativ hohen Schmelzpunkt, wie z.B. ein solches, das in dem Bindemittel der Erfindung verwendet wird, weniger flüchtige Bestandteile als Pech mit einem Erweichungspunkt von 100 C oder weniger enthält, das im allgemeinen zur Herstellung von Kohlenstoffgegenständen verwendet wird.

Bei der Herstellung von Kohlenstoffgegenständen, insbesondere von Graphitgegenständen, ist es ferner bekannt, daß die elektrische Leitfähigkeit und die Festigkeit stark von der Dichte des Kohlenstoffgegenstands abhängig sind. Daher erhöhen sich die Leitfähigkeit und Festigkeit in dem Maße, in dem die Dichte zunimmt. Es ist daher sehr erwünscht, einen möglichst

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dichten Kohlenstoffgegenstand herzustellen.

Es ist außerdem noch bekannt, daß der Kohlenstoffgehalt von Pech in direkter Beziehung zu dem Erweichungspunkt steht. Z.B. ergibt ein Pech (90° bis 10O⁰G) im allgemeinen bei der Pyrolyse einen Kohlenstoffgehalt von 40 bis 50 %, während die bevorzugten Bindemittel der Erfindung zu Kohlenstoffgehalten von über 65 tfo führen« Höhere Kohlenstoffgehalte können bei üblichen Pechbindemitteln durch Verwendung von Pechen mit höheren Erweichungspunkten erzielt werden, doch werden die fc Misch- und Pressarbeitsgänge in steigendem Maße mit einem Erhöhen der- Temperatur schwieriger. Is ist daher seit langem als wünschenswert angesehen worden, ein flüssiges Bindemittel aus einem hochschmelzenden Pech herzustellen. Ein geeigneter Weichmacher für Pech ist seit langem gesucht worden. Bisher ist kein Weichmacher hergestellt worden, der gestattet, ein Hartpechbindemittel zu erhalten, das gleichzeitig bei Eaumtemperatur flüssig ist, das bis herunter zu der Temperatur, bei der es fest wird, in einheitlicher Form vorliegt sowie wärmehärtbar ist«

Flüchtige Bestandteile sind als Weichmacher für Pech verwendet worden. Übliche Pechbindemittel mit flüchtigen Bestandteilen ψ weisen die gesamten Nachteile üblicher Pechbindemittel auf. Diese Bindemittel werden mit Kohlenstoff versetzt und mäßig erwärmt, um den flüchtigen Bestandteil abzutreiben. Sie haben die Nachteile, daß sie erweichen, wenn sie praktisch über den Schmelzpunkt von Pech erwärmt werden, und ihre Festigkeit verlieren, ferner, daß sie brechen und quellen, was auf den Abgang der flüchtigen Bestandteile beim Erwärmen zurückzuführen ist, und daß sie einen geringen Kohlenstoffgehalt sowie Kohlenstoff gegenstände geringer Sichte bei der Pyrolyse ergeben.

Herkömmliche Harzbindemittel auf Furanbasis mit Furfural als Weichmaoher sind hergestellt worden, die imwesentlichen aus Furfural, etwa 10 bis 70 Gew.-°/o Steinkohlenteerpech mit einem Schmelzpunkt unter 1⁵O⁰G und einem Säurekatalysator bestehenj

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der das Wärmehärten der flüssigkeit "beim Erwärmen bewirkt. Mehrere Nachteile dieses Bindemittels beruhen darauf, daß nur Peche mit niedrigem Erweichungspunkt benutzt x^erden können und daß das Bindemittel zum Härten erwärmt werden muß»

Aus hochschmelzenden Pechen mit Erweichungspunkten über 150⁰C hergestellte Bindemittel mit einem Weichmachers, der Furfural, Furfurylalkohol und Gemische davon enthält, sind bekannt. Diese Bindemittel sind im Gegensatz zu den Hartpechbindemitteln der Erfindung nicht alle bei Raumtemperatur flüssig.

Bindemittel, die hochschmelzendes Pech enthalten, das mit Furfural und einem Mitglied der aus Phenols Cyclohexanon und Verbindungen der Formel CH₃-CO-R ₉ \vorin R aliphatisch, ist, bestehenden Gruppe weichgemaclit ist, sind hergestallt worden. Ein Nachteil dieser Bindemittel ist, daß sie bei Raumtemperatur nicht alle flüssig sind. Ein weiterer Machteil besteht darin, daß sie einen größeren G-exvichtsverlust erleiden₉ wenn sie bei Temperaturen über der Raumtemperatur gehärtet werden, als die Hartpechbindemittel der Erfindung_o

Ziel der Erfindung ist es, ein Hartpechbindemittel au schaffen, das leicht bei Raumtemperatur gehärtet werden kanng, einen geringen Gewichtsverlust an flüchtigen Bestandteilen erleidet, wenn es bei einer höheren Temperatur gehärtet x^irfij und su einem hohen Kohlenstoffgehalt führt, wenn es pjrolja±®rt

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Bindemittels, das, i-3qb.& es mit Kohlenstoff verwendet wird, die Verlust© während der Pyrolyse vermindert, di© auf ein Brechen oder Quellen des Kohlenstoffgegenstand© zurüekzufuhren sind»

Ein weiteres Zi©1 der Erfindung liegt darija_& sin Bindemittel zur Verfügung zu stellen_? das bei 25°0 flüssig ist, das die Eigenschaft ©iner ausgezeichneten Benetzungsfähigkeit des Zuschlagsstoffa besitzt und das bis herunter zu der Temperatur, bei der es fest wird, in einheitlicher Form vorliegt«

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Nach, noch einem anderen Ziel der Erfindung soll ein Hartpechmittel für Kohlenstoff, Graphit und andere im wesentlichen nicht alkalische Zuschlagsstoffe, wie z.B. Magnesit, geschaffen werden, das eine große Festigkeit nach dem Härten bei Raumtemperatur hat und seine Festigkeit bei hohen Temperaturen beibehält, ohne zusammenzusinken.

Nach noch einem weiteren Ziel der Erfindung soll ein wärmehärtendes Bindemittel geschaffen werden.

Diese Ziele werden durch ein Bindemittel für einen feuerfesten Zuschlagsstoff erreicht, der ein neutraler Zuschlagsstoff, ein saurer Zuschlagsstoff oder ein schwach basischer Zuschlagsstoff sein kann, das 50 bis 75 Gew.-$ Hart pech mit einem Er~ weichungspunkt zwischen 110° und 180⁰G und 50 bis 25 Gev/.-?fc einss Weichmaohers enthält, der furfurylalkohol, Furfural und einen Bestandteil aus der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe enthält.

Bas Hartpechbindemittel der Erfindung wird nach einem Verfahren hergestellt, das darin besteht, daß maß (a) 50 bis 75 Gew.-$ Hartpech mit einem Erweichungspunkt zwischen 110 und 180 G, Furfural, Furfurylalkohol und einem Bestandteil der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe vermischt, wobei das Furfural, der Furfurylalkohol und der aus der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe gewählte Bestandteil 50 bis 25 Gew.-°/o des Bindemittels ausmachen und (b) das durchmischte Gemisch erwärmt, um das Hartpech löslich zu machen und dadurch ein Hartpechbindemittel zu erzeugen, das bei 25⁰G eine Flüssigkeit ist, die bis herunter zu der Temperatur, bei der sie fest wird, in einheitlicher Form vorliegt.

Das Vorliegen in einheitlicher Form ist so zu versehen, daß die Hartpeohbindemibtel der Erfindung sich bis herunter zu der Temperatur, bei der die Bindemittel fest werden, nicht zu gesonderten Phasen trennen.

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Kein herkömmliches Bindemittel besitzt die Kombination von vorteilhaften Eigenschaften des Bindemittels der Erfindung. Die Hartpechbindemittel der Erfindung weisen unter anderem die folgenden Eigenschaften aufs Flüssiger Zustand bei Raumtemperatur, ausgezeichnete Benetzungsfähigkeit des Zuschlagsstoffs, Härtbarkeit durch Säure bei Raumtemperatur und Vorliegen in einheitlicher form bis herunter zu der Temperatur, bei der das Bindemittel fest wird, lerner sind die Bindemittel der Erfindung beim Erhärten wärmehärtbar.

Die in den Bindemitteln der Erfindung verwendeten Peche sind Steinkohlenteerpeche und Erdölpeche mit einem Erweichungspunkt zwischen 110° und 180⁰C, gemessen nach der Ring und Kugel-Methode nach dem ASTM-Test D36-64T. Vorteilhafterweise ist das in dem Bindemittel der Erfindung verwendete Pech relativ frei von flüchtigen Bestandteilen und hat das Bindemittel eine Löslichkeit in CMnolin zwischen 75 und 98 $>. Die Bindemittel der Erfindung können nicht mit Pechen hergestellt werden, die einen Erweichungspunkt höher als 180⁰C haben. Ein Bindemittel, das mit einem Psch hergestellt worden ist ₉ das einen Erweichungspunkt höhsr als 180⁰O besitzt,, liegt nicht in einheitlicher Form vor* während alle Bindemittel eier Erfindung bis herunter zu der !Temperatur,, bei der-si® fest \*eräen, in einheitlicher Form vorliegen« Bindemittel, iie mit Peohsn hergestellt worden sind., die einen Erweichungspunkt unter 11O⁰C besitzen, führen, wenn sie pyrolysiert werden, nicht su einem Kohlenstoffgehalt, der für ein handelsmäßiges konkurrenzfähiges Bindemittel hoch genug ist.

Es ist wesentlich, daß die Bindemittel der Erfindung 50 bis 75 Gew.-$ Hartpech und 50 bis 25 Gew.-^ Weichmacher enthalten, der Furfurylalkohol, Furfural und einen Bestandteil aus der aus Cyclohexanon, Mesityloxiö und Gemisohen daraus bestehenden Gruppe enthält. Ein Bindemittel, das mit einem Anteil Hartpeoh unter 50 Gew.-^ hergestellt worden ist, liegt nicht in' einheitlicher Form vor und ist kein Bindemittel der Erfindung. Ein Bindemittel, das mit einem Anteil Hartpech über 75 <fo herge-

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stellt worden ist, weist eine sehr hohe Viskosität auf oder ist eine feste Substanz und ist kein Bindemittel der Erfindung.

Es ist wesentlich, daß genügend Furfurylalkohol vorhanden ist, um so ein Bindemittel zu schaffen, das unter sauren Bedingungen bei Raumtemperatur härtet. Für den Anteil an Furfurylalkohol in den flüssigen, wärmehärtenden, in einheitlicher form vorliegenden Bindemitteln der Erfindung ist eine kritische obere Grenze gegeben. Die obere Grenze für den Anteil an Furfurylalkohol ist von dem Anteil an Cyclohexan und/oder Mesityloxid sowie von dem Erweichungspunkt des Pechs und der Art des Pechs, d.h. ob es sich um Steinkohlenteerpech oder um Erdölpech handelt, abhängig. Diese Beziehung wird ausführlicher in den Ausführungsbeispielen erläutert, und die genauere obere Grenze für den Anteil an Furfurylalkohol in einem Bindemittel der Erfindung, das eine bestimmte Pechart mit einem bestimmten Erweichungspunkt des Pechs enthält, sowie eine bestimmte Menge Cyclohexanon und Mesityloxid aufweist, kann von dem Fachmann leicht bestimmt werden.

Es ist vorteilhaft, wenn der Anteil an dem aus der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe gewählten Bestandteil dem Mindestanteil entspricht, der zur Erzeugung von in einheitlicher Form vorliegenden Bindemitteln der Erfindung notwendig ist. Dieser Anteil kann von dem Fachmann leicht bestimmt werden. Wenn mehr als der Mindestanteil von dem aus der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe gewählten Bestandteil verwendet wird, wird der Kohlenstoffgehalt des Bindemittels bei der Pyrolyse nachteilig beeinflußt.

Zur Herstellung des Hartpeehbindemittels der Erfindung ist es wesentlich, daß 50 bis 75 Gew.-^ Hartpech mit einem Erweichungspunkt zwischen 110° und 180°C mit Furfural, Furfurylalkohol und einem Bestandteil der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe vermischt werden.

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Das Furfural, der Furfurylalkohol und der aus der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe gewählte Bestandteil machen 50 bis 25 Gew.-⁰Jo des Bindemittels aus.

Zur Herstellung des Hartpechbindemittels der Erfindung ist es außerdem wesentlich, daß das obige Gemisch für eine Zeit und bei einer Temperatur erhitzt wird, die ausreichen, das Hartpech löslich zu machen, wodurch ein Hartpechbindemittel erzeugt wird, das bei 25°C flüssig ±st und das herunter bis zu der Temperatur, bei der es fest wird, in einheitlicher Form vorliegt. Die zum Löslichmachen des Hartpechs erforderliche Temperatur und die erforderliche Zeit können von dem Fachmann leicht bestimmt werden.

Es ist vorteilhaft, wenn die Temperatur des obigen Gemischs allmählich innerhalb mehrerer Stunden auf 6O⁰C erhöht wird. Die Zeitspanne, innerhalb der die Temperatur zur Erzeugung des Bindemittels der Erfindung allmählich gesteigert werden soll, ist weitgehend von der Menge des Gemischs aber auch von der Wirksamkeit des Rührens des Gemiaohs abhängig.

Katalysatoren, die in Verbindung mit dem neuen Bindemittel der Erfindung verwendet werden können, enthalten starke Säuren oder saure Salze. Insbesondere ist es wesentlich, daß der Katalysator eine starke Säure oder ein saures Salz einer schwachen Base ist, die eine K₁ bei 25⁰C von wenigstens

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7,5 x 10 hat. Z.B. kann der Katalysator aus Phosphorsäure, Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure und Ammoniumphosphat bestehen. Für die meisten Zwecke sind, wie festgestellt worden ist, 2 bis 5 "fr Katalysator, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, geeignet» Keine besonderen Vorteile werden mit Katalysatormengen erzielt, die über 10 $ liegen.

Ein basischer Katalysator kann nicht zum Härten des Bindemittels der Erfindung verwendet werden. Wenn ein basischer Katalysator bei dem Bindemittel der Erfindung benutzt wird,

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erleidet das Bindemittel einen zu hohen Gewichtsverlust an flüchtigem Material und weist einen zu geringen Kohlenstoffgehalt auf, wenn das Bindemittel pyrolysiert wird.

Das Bindemittel der Erfindung kann für irgendeinen im wesentlichen nicht alkalischen Zuschlagsstoff verwendet werden, der ein neutraler Zuschlagsstoff, ein saurer Zuschlagsstoff oder ein schwach basischer Zuschlagsstoff sein kann. Die Notwendigkeit, einen relativ stark sauren Katalysator zur vollständigen Härtung zu benutzen, bringt eine gewisse Be-

ψ schränkung hinsichtlich der allgemeinen Anwendbarkeit des Bindemittels der Erfindung mit sich. D.h., während Zuschlagsstoffe, wie z.B. Kohlenstoff, Graphit, Sand und Magnesit, gemeinsam mit dem neuen Bindemittel der Erfindung benutzt werden können, können Zuschlagsstoffe, wie Dolomit oder Beton, nicht angewendet werden. Die Säure übt eine nachteilige Wirkung auf den alkalischen Zuschlagsstoff aus, oder die Basizität des Zuschlagsstoffs neutralisiert den Säurekatalysator und verhindert ein befriedigendes Härten. Die Teilchengröße des Zuschlagsstoffs, der mit dem Bindemittel der Erfindung unter Bildung eines feuerfesten Gegenstands gebunden ist, ist in keiner Weise kritisch und kann irgend-

fc eine Größe aufweisen, die auf diesem Gebiet im allgemeinen angewendet wird. Zum Beispiel können die Teilchengrößen von Stücken, die so groß, wie 1,27 cm im Querschnitt sind, bis zu fein zerkleinerten Teilchen reichen, die eine Größe von 74 Mikron haben (d.h. ein US-Standardsieb mit einer Siebmaschengröße von 200 mesh passieren). Im allgemeinen werden Teilchen verschiedener Größe gemeinsam benutzt, so wie es auf diesem Gebiet bekannt ist. Der Grad der Teilchengröße wird so gewählt, daß nach dem Zusammenpressen eine Masse erhalten wird, die so dicht wie möglich ist und ein Kleinstmaß an Leerstellen aufweist.

Die Bindemittel nach dem Stand der Technik konnten nicht leicht mit Zuschlagsstoffen versehen werden, weil sie hinsichtlich der Benetzbarkeit und der Durchsetzung des Zu-

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schlagsstoffs mangelhaft waren. Die Bindemittel der Erfindung haben überragende Benetzungs- und Fließfähigkeits- bzw. Durchsetzungseigenschaften. Bei der Herstellung eines Gegenstands gemäß der Erfindung können der Zuschlagsstoff und das Bindemittel nach einer Reihe von Methoden gemischt werden. Die bevorzugte Methode besteht darin, daß man den sauren Katalysator und den Zuschlagsstoff mischt. Der Mischung wird dann das Bindemittel zugegeben. Ein anderes Mischverfahren besteht darin, daß man den sauren Katalysator, das Bindemittel und den ZusGhlagsstoff alle auf einmal mischt. Aus wirtschaftlichen Gründen braucht nicht mehr Bindemittel verwendet zu werden, als die Menge, die die Teilchen wirksam miteinander bindet.

Ein besonderer Torteil des Bindemittels der Erfindung liegt darin, daß es gleichmäßig und einheitlich mit dem Zuschlagsstoff gemischt werden kann, ohne daß unerwünschte oder ungleichmäßige Materialklümpchen oder kleine ungleichmäßig vermischte Stückchen gebildet werden oder Massen in unerwünschter Weise in dem einen oder anderen Bestandteil vorherrschen„ Das Bindemittel der Erfindung ist eine Flüssigkeit bei 25^ und liegt bis herunter zu der Temperatur, bei der es fest xvird, in einer einheitlichen Form vor. Wegen dieser außergewöhnlichen Eigenschaften führt das Bindemittel der Erfindung zu einer'ausgezeichneten gleichmäßigen Benetzung des Zuschlagsstoffs bei Raumtemperatur, !fach dem Vermischen der feuerfesten Teilchen und des Bindemittels in der beschriebenen Art und V/eise kann das Gemisch als Stampfmasse benutzt oder aus einer Pistole verschossen werden, so wie es auf diesem Gebiet im allgemeinen bewerkstelligt wird, um das Gemisch auf der Anwendungsstelle abzusetzen. Andererseits kann das Gemisch wie ein Mörtel benutzt werden oder aber mit Druck zu einer gewünschten Form verpreßt werden, wie z.B. zu einem Ziegel,

Das Bindemittel der Erfindung wird bei Rausntemp©ra.tur (25°C) gehärtet. Gegenstände, die durch allmähliches Erhöhen der Temperatur von Raumtemperatur auf 25O⁰C innerhalb mehrerer

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Stunden gehärtet worden sind, weisen eine größere "Warmfestigkeit" auf. D.h., Gegenstände, die durch allmähliches Erhöhen der Temperatur gehärtet worden sind, haben in dem gesamten Temperaturbereich der Pyrolyseoperation eine größere Zugfestigkeit. Die G-eschwindigkeit der Temperaturerhöhung ist weitgehend von der Größe des Gegenstands, der gehärtet werden soll, abhängig. Große Gegenstände müssen mit einer langsameren Geschwindigkeit für die Temperaturerhöhung erwärmt werden als kleinere Gegenstände, damit die Temperaturen in dem ge- . samten Gegenstand einheitlich sind und dadurch nachteilige innere Spannungen vermieden werden, die durch ungleichmäßiges Erwärmen des Gegenstands gebildet werden.

Die Gegenstände, die mit dem Bindemittel der Erfindung hergestellt worden sindp können pyrolysiert oder graphitisiert werden, indem man sie nach bekannten Verfahren auf höhere Temperaturen erwärmt. Z.B. kann die Wärmebehandlung zunächst durch ein Pyrolysieren des Gegenstands bei einer Temperatur von mindestens 800°ö und dann durch Graphitisieren des Gegenstands bei einer Temperatur von mindestens 2600⁰C durchgeführt werden.

Das Hartpeehbindemittel der Erfindung wird benutzt, um gebun- || dene feuerfeste Gegenstände herzustellen. Die gebundenen feuerfesten Gegenstände der Erfindung enthalten einen Zuschlagsstoff aus feuerfesten Teilchen, der ein neutraler Zuschlagsstoff, ein saurer Zuschlagsstoff oder ein schwach basischer Zuschlagsstoff sein kann. Die feuerfesten Gegenstände werden zu einer einheitlichen Form durch ein feuerfestes Gemisch, das ein Hartpechbindemittel mit 50 bis 75 Gew.-in Hartpeoh mit einem Erweichungspunkt zwischen 110° und 18O⁰C und 50 bis 25 Gew,-% Weichmacher enthält, wobei der Weichmacher Furfurylalkohol, furfural und einen Bestandteil auE der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe enthält.

Das Verfahren zur Bildung eines feuerfesten Gegenstands be-

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steht darin, daß man (a) feuerfeste Teilchen, die aus neutralen feuerfesten Teilchen, sauren feuerfesten !Peilehen und schwach basischen feuerfesten Teilchen bestehen können, mit einem Hartpechbindemittel und einem stark sauren Katalysator vermischt, wobei das H&rtpeohbindemittel 50 bis 75 Gew.-fo Hartpech mit einem Erweichungspunkt zwischen 110° und 180⁰G und 50 bis 25 Gew.-$ Weichmacher enthält, der furfurylalkohol, Furfural und einen Bestandteil der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe enthält, (b) das Gemissh zu der gewünschten Gestalt formt, (c) das geformte Gemisch bsi @iß@r Temperatur von wenigstens 20⁰G härtet und (fi) das gehärtet© Geiaisoh in einer iiichtoxidierenden Atmosphäre auf aiße Temperatur von wenigstens 800⁰O erwärmt, um das Bindemittel zu pyrolysieren und ein kohlenstoffgebundenes feuerfestes Produkt auszubilden ο Das Verfahren enthält ferner ein wahlweises Erwärmen des pyrolysiertsn Gemische in einer niehtosiäierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von wenigstens 2600 G, um das Bindemittel zu graphitisieren υηύ. ©In graphitisi©rtee feuerfestes Produkt zu bilden=

Als ein Beispiel für ©inen Gegenstand der Erfindung, der mit dem Bindemittel der Erfindung und nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt worden ist, soll eiae Elektrode für die Elektrolyse von Aluminium im einzelnen beschrieben werden» Es ist davon auszugehen_s daS die Beschreibung des speziellen Gegenstands und des Verfahrens mir der Erläuterung öieut und die Erfindung in keiner Weise begreasefö solle

Die nachfolgendes bevorzugt©n Auefiüiruagg£©rs©a" i©r Erfindung dienen aur der Erläuterung der SrfiaduBg. vu&ä a©ig©n die Art und Weise zur Burchführuag der Srfimdimg«

der gesamten bevorzugten Ausführungsforaan bsw. Beispiele wurde das prozentuale erhalten gebliebene Gewicht ( "Endgewicht^lf genannt ) des Bindemittels nach dsm ASTM-Standardtest D-189-62 (Kohlenstofftest nach Conraäson) und der

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Erweichungspunkt des Hartpechs nach dem ASTM-Standardtest D-36-64T (Ring und Kugel-Test) bestimmt. Die mesh-Größen beziehen sich auf die US-Standardsiebgrößen.

Beispiel 1

192 g (2 Mol) Furfural, 49 g (0,5 Mol) Furfurylalkohol und 98 g (1 Mol) Cyclohexanon wurden in einen 2-Liter-Kolben, der mit einem Rührer versehen war, eingetragen. Zum Erwärmen des Kolbeninhalts wurde ein Heizmantel benutzt.« und 402 g Hochofenpech mit einem Erweichungspunkt von 150⁰C wurden unter Rühren in den Kolben eingetragen. Das Hochofenpech wurde zu Flocken mit einer Dicke von 0,62 bis 0,96 cm vor dem Eintragen in den Kolben gebrochen.

Der Inhalt des Kolbens wurde auf 7O⁰C erwärmt und bei dieser Temperatur 1 Stunde lang gehalten. V/eitere 201 g Hochofenpech wurden in Floekenform in den Kolben eingetragen, und der Kolbeninhalt wurde nach der Zugabe des Pechs auf 90°C erwärmt und bei dieser Temperatur 1 Stunde gehalten, Das in dem Kolben gebildete Hartpechbindemittel wurde dann auf 21⁰C abgekühlt, "bei welcher Temperatur das Bindemittel eine Flüssigkeit war. Das Bindemittel enthielt 64 Gew.-$ Hartpech und 36 Gew.-^ Weichmacher, der 14,4 Gew.-^ Furfurylalkohol, 56,7 Gew.-fo Furfural und 28,9 Gew.-$ Cyclohexanon enthielt.

Ein Zuschlagsstoff, der 438 g kalzinierten Anthrazit mit einer Teilchengröße entsprechend +4 mesh, 536 g kalzinierten Anthrazit mit einer Teilchengröße entsprechend -4 bis +50 mesh und 1026 g kalzinierten Anthrazit mit einer Teilchengröße entsprechend -50 mesh enthielt, wurde in einem schalenförmigen Clearfield-Mischer vorgemischt. Der Mischer hatte zwei kreisförmige Schleif- bzw. Mahlscheiben und einen fünffingerigen Rührflügel. Dem vorgemischten Zuschlagsstoff wurden 32 g 50 gew.-$ige p-Toluolsulfonaäure und 35 Gew.-^ Methylalkohol und 15 Gew„-# Wasser als Katalysator zugegeben. Der Zuschlagsstoff und der saure Katalysator wurden 5 Minuten lang mit dem Clearfield-Mischer gemischt. 320 g des obigen Hartpechbinde-

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mittels wurden dann dem Zuschlags st off zugegeben,, der mit dem sauren Katalysator vermischt worden war. Das feuerfeste Gemisch wurde dann 15 Minuten lang gemischt.

Das feuerfeste Gemisch wurde dann dem Mischer entnommen und in ein Gefäß ("gallon jar") eingetragen. Das Gefäß wurde gedreht oder geschwenkt, "bevor eine Probe entnommen wurde, um eine gleichmäßige Verteilung des Zuschlagsstoffs sicherzustellen. Etwa 250 g des feuerfesten Gemische wurden dann dem Gefäß entnommen und in eine zylindrische Form eingetragen, die einen inneren Durchmesser von 5,08 cm und eine Länge von 25,4 cm aufwies. An dem einen Ende der Form befand sich ein Deckel und an dem anderen Ende der Form wurde ein Kolben angeordnet. Das feuerfeste Gemisch wurde mit einer automatisehen Presse mit einem Druck von 351»5 kg/cm verpreßt und dann aus der Form entfernt. Der erhaltene Zylinder hatte einen Durchmesser von 5?08 ca und eine Länge von ungefähr 7»62 cm und wies ein spezifisches Gewicht von 1,55 auf.

Es ist ein Zweck dieses Beispiels_s das bevorzugte Verfahren zur Herstellung der Hartpechbindemittel der Erfindung und das bevorzugte Verfahren zur Herstellung des feuerfesten Gemische der Erfindung zu zeigen.

Beispiel 2

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden die verpreßten Kohlenstoffgegenstände 1 und 2 von der Tabelle I hergestellt. Der Zuschlagsstoff war Kohlenstoff.

Die Zusammensetzung des in dem verpreßten Kohlenstoffgegenstand 1 der Tabelle I verwendeten Bindemittels entsprach 64 Gew.-$ Pech mit einem Erweichungspunkt von 150⁰G und 36 Eew.-$ Weichmacher, der aus 56,7 $ Furfural, 14,4 f< > Furfurylalkohol und 28,9 $> Cyclohexanon bestand. Das Bindemittel wurde mit 10 Gew.-^ 50 gew.-^iger p-Toluolsulfonsäure in 35 Gew.-^ Methylalkohol und 15 Gew.-^ Wasser katalysiert. In der nachfolgenden Tabelle 1 ist die p-Tοluolsulfoneäure mit

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PTSA bezeichnet.

Die Zusammensetzung des in dem verpreßten Kohlenstoffgegenstand 2 der Tabelle I verwendeten Bindemittels entsprach 64 Gew.-^ Pech mit einem Erweichungspunkt von 150⁰C und 36 Gew.-fo Weichmacher, der aus 66,2"Gew-.-9& Furfural und 33,8 Gew.-$ Cyclohexanon bestand. Das Bindemittel wurde mit 5 Gew.-^ 50 gew.-^iger^Toluolsulfonsäure in«. 35 Gew.-# Methylalkohol und 15 Gew.-^ Wasser katalysiert.

Der prozentuale Bindemittelgewichtsverlust der verpreßten * Kohlenstoffgegenstände 1 und 2 wurde durch Vergleich des Gewichts des verpreßten Kohlenstoffgegenstands vor und nach dem Härten bei erhöhten Temperaturen bestimmt. Der verpreßte Kohlenstoffgegenstand wurde durch allmähliches Steigern der Temperatur des katalysierten Bindemittels von Raumtemperatur auf 100 C innerhalb einer Zeitspanne von 8 Stunden, dann auf 140⁰C innerhalb einer Zeitspanne von 2 Stunden und dann auf 25O⁰C innerhalb einer Zeitspanne von 2 Stunden gehärtet.

	Tabelle I	Prozentualer Bindemittel- gewiehtsverlust
Verpreßter Kohlenstoff gegenetand	Katalysator	4,73 9,55
1 2	PTSA PTSA

Ein Zweck des vorstehenden Beispiels ist zu zeigen, daß die Bindemittel der Erfindung, die Furfurylalkohol enthalten, den Pechbindemitteln gleicher Zusammensetzung aber ohne einen Gehalt an Furfurylalkohol überlegen sind. Die säuregehärteten Hartpechbindeaittel der Erfindung erleiden einen erheblich geringeren Gewichtsverlust beim Wärmehärten als ähnliche Bindemittel, die jedooh keinen Furfurylalkohol enthalten.

Beispiel 3
Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden die Bindemittel 3,

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4, 5 und 6 der Tabelle II hergestellt» Die Bindemittel wurden durch. Zugabe von 5 Gew.-$ p~Toluolsulfonsäure und 35 Gew.»$ Methylalkohol und 15 Gew.-% Wasser katalysiert. 10 gKProben der katalysierten Bindemittel wurden in 150 ml-Beoher gegossen und durch allmähliches Steigern der Temperatur der katalysierten Bindemittel von Raumtemperatur auf 100⁰O innerhalb einer Zeitspanne von 8 Stunden, dann auf 14O⁰C innerhalb einer Zeitspanne von 2 Stunden und dann auf 250⁰O innerhalb einer Zeitspanne von 2 Stunden gehärtet.

Erweichungs-Bindepunkt
mittel des

Hartpechs

Tabelle II

Gew„-$ Gew.-$ FA im Gyclo im Weich- Weichmacher macher

3
4
5
6

110°C 15O⁰G 180⁰C 180⁰C

14,4 14,4 14,4 0

28,9 28,9 28,9 33,8

einheitlicher Form?

ja ja

nein 3 a

Kohlenst offt est Endgewicht)

51,50 66,33

72,5

Die Zusammensetzung der Bindemittel 3_f 4» 5 und 6 entsprach 64 Gew.-$ Pech und 36 Gew.-^ Weichmacher. Der Weichiaaeher in den Bindemitteln 3» 4 und 5 bestand aus 14»4 Gew.-fo Furfurylalkohol (FA), 56,7 Gew.-$ Furfural und 28₅9 Gew.-# Cyclohexanon (Cyclo). Der Weichmacher in dem Bindemittel 6 bestand aus 66,2 Gew.-^ Furfural und 33,8

Das Bindemittel 5, das ein Hartpech mit einem Erweichungspunkt von 180°0 enthielt, lag nicht in einheitlicher Form vor und trennte sich in zwei Schichten. Es ist wesentlich, daß die Bindemittel der Erfindung, die in einheitIieher Form vorliegen, mit Pechen mit einem Erweichungspunkt unter 180° hergestellt worden sind. Das Bindemittel 3 wurde mit einem Pech mit einem Erweichungspunkt von 110⁰C hergestellt. Binde-

2 0 9810/1377.

mittel, die mit Pechen unter 11O⁰C hergestellt worden sind, weisen nicht ein genügend großes prozentuales Bndgewicht bei der Pyrolyse auf, um von wirtschaftlicher Bedeutung zu sein.

Ein Zweck dieses Beispiels ist zu zeigen, daß die in den Bindemitteln der Erfindung verwendeten Peche einen Erweichungspunkt über 110⁰O und unter 18O⁰C haben müssen, um Bindemittel zu ergeben, die bis herunter zu der Temperatur, bei der sie fest werden, in einheitlicher Form vorliegen und einen hohen Kohlenstoffgehalt bei der Pyrolyse ergeben. Es ist ein weiterer Zweck dieses Beispiels zu zeigen, daß die Furfurylalkohol- ψ konzentrationen in den Bindemitteln der Erfindung bei einer gegebenen Mesityloxid- und Caclohexanonkonzentration durch den Erweichungspunkt des Pechs beeinflußt wird.

Beispiel 4

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden die Bindemittel 7, 8 und 9 der Tabelle III hergestellt. Die Bindemittel wurden durch Zugabe von 10 Gew„-^ 50 gew.-^iger p-Toluolsulfonsäure und 35 Gew.-$ Methylalkohol und 15 Gew.-^ Wasser katalysiert. Nach dem Härtungsverfahren des Beispiels 3 wurde der Gewichtsverlust der Bindemittel beim Wärmehärten durch Vergleich des Gewichts des Bindemittels vor und nach dem Härten bei erhöhten Temperaturen bestimmt.

Tabelle III

Binde- Erweichung3- foGew.-Verlust Kohlenstofftest mittel punkt des des Binde·* nach Oonradson Hartpechs mittels ( ^c/o Endgewicht)

7	110	12,03	51,50
8	120	11,30	57,20
9	150	6,59	66,33

Die Zusammensetzung der Bindemittel 7, 8 und 9 entsprach 64 Gew.-^ Pech und 36 Gew.-^ Weichmacher. Der Weichmacher bestand aus 56,7 Gew.-% Furfural, 14,4 Gew.-^ Furfurylalkohol

209810/1877

und 28,9 Gew.-$ Cyclohexanon.

Ein Zweck dieses Beispiels ist zu zeigen, daß sich der Kohlenstoffgehalt bei der Pyrolyse der Hartpeehbindemittel der Erfindung mit dem Erweichungspunkt des Pechs erhöht.

Beispiel 5

Die Bindemittel 10, 11 und 12 von der Tabelle IV wurden nach dem Verfahren des Beispiels 1 hergestellt. Die Zusammensetzung des Bindemittels 10 entsprach 45 Gew.-^ Pech und 55 Gew.-^ Weichmacher. Das Bindemittel 11 enthielt 64 Gew.-$ Pech und 36 Gew.-$ Weichmacher, und das Bindemittel 12 enthielt 80 Gew.-$ Pech und 20 Grev.-# Weichmacher.

Das Pech der Bindemittel 10, 11 und 12 hatte einen Erweichungspunkt von 150 C, und der Weichmacher bestand aus 56,7 Gew.-$> Furfural, 14,4 Gew.-^ Furfurylalkohol und 28,9 Gew.-^ Cyclohexanon.

Die Viskosität der Bindemittel 10, 11 und 12 wurde mit einem Brookfield-Viskometer Nr. LVF bei 25°G bestimmt.

Tabelle IV
Bindemittel Gew.-% Pech Gew.-% Weichmacher Viskosität bei

25'

55	lag nicht in einheitlicher Form vor
36	36 000 cP
20	über 100 000 eP

10 45

11 64

12 80

Ein Zweck dieses Beispiels ist zu zeigen, daß es wesentlich ist, daß die Hartpeehbindemittel der Erfindung 50 bie 75 Pech und 50 bis 25 Gew.-% Weichmacher enthalten.

In dem Bindemittel 10 ist der Gew.-Prozentgehalt von Pech

209810/187 7

_₂₀- 2U2122

45 und der Gew.-Prozentgehalt von dem Weichmacher 55. Dieses Bindemittel lag nicht in einheitlicher Form vor und ist daher ■ nicht ein Bindemittel der Erfindung. In dem Bindemittel 12 machte das Pech 80 Gew.-^ des Bindemittels und der Weichmacher 20 Gew.-^ des Bindemittels aus. Das Bindemittel 12 hatte eine zu große Viskosität, um bei 25°C flüssig sein zu können und ist daher nicht ein Hartpeehbindemittel der Erfindung.

Beispiel 6

Die Bindemittel 13 _s 14 und 15 von der Tabelle V wurden nach dem Verfahren des Beispiels 1 hergestellt. Das Bindemittel 13 war mit 5 Gew.-^ 50 gew.-^iger p~Toluolsulfonsäure in 35 Gew.-$ Methylalkohol und 15 Gew.-$ Wasser katalysiert. In der Tabelle V ist die p-Toluolsulfonsäure mit PTSA abgekürzt. Das Bindemittel 14 wurde mit 5 Gew.-% 50 gew.-^igem Dimethylpyrophosphat in 35 Gew.-^ Methylalkohol und 15 Gew.-$ Wasser katalysiert. In der Tabelle V wird das Dimethylpyrophosphat mit DMAP abgekürzt. Das Bindemittel 15 wurde mit 5 Gew.-fo lurfuraldianilinhydrochlorid in 35 Gew.-$ Methylalkohol und 15 Gew.-$ Wasser katalysiert. In der Tabelle V wird das Furfuraldianilinhydrοchlorid mit FDAH abgekürzt. Der prozentuale Gewichtsverlust des Bindemittels beim Wärmehärten wurde durch Härten nach dem Verfahren des Beispiels 3 und Vergleich des Bindemittelgewichts vor und nach dem Härten bei erhöhten Temperaturen bestimmt.

Die Zusammensetzung der Bindemittel 13, 14 und 15 entsprach 64 Gew.-^ Pech mit einem Erweichungspunkt von 150⁰C und 36 Gew.-$ Weichmacher. Der Weichmacher bestand aus 56,7 Gew.-?& Furfural, 14,4 Gew.-fb Furfurylalkohol und 28,9 Gew.-^ Cyclohexanon ,

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2H212

	Katalysator	Tabelle	V	"C^" fs. γ·* ι /^ y\ ο "τ" ιί τ *r* r" d ο τ ι ZVw ü -L Seil ο ν ν i aic w CS Sj w ι XaCaOxX Kj 0x12/0*0 ο OxX ($ Endgewicht)
Binde mittel	PTSA DMAP FDAH	an Bin	.demitte]	66,33 67,72 64,36
13 14 15	8, 11, 11»	59 92 55

Dieses Beispiel zeigt unter anderem₅ daß die Hartpeehbindemittel der Erfindung durch einen stark sauren Katalysator

ο —^

mit einer K^ bei 25 G von wenigstens ?_f5 ι 10 katalysiert worden sind.

Beispiel 7

Die Bindemittel 16 und 17 von der Tabelle ¥1 wurden nach dem Verfahren des Beispiels 1 hergestellt,, Das Bindemittel 16 wurde durch 6,5 &ew»-/» Ga(OH)₂ und O₅65 &ew_o=$ IaOH katalysiert«, Das Bindemittel 17 würfle durch 10 Geif_o=$ 50 gew. p-Toluolsulfonsäure in 35 Gew_o~$ Methylalkohol-und 15 $ ser katalysiert. In. der Tabelle YI wira die p-Toluolsulfon~ säure mit PTSA bezeichnet« D©r prozentuale Gewichtsverlust der Bindemittel wurde unter Aiiweaäung das Härtungsverfahrens nach dem Beispiel 3 und durch. Vergleich äes Bindeaittelge·= vichts vor und nach dem Härten bai erhöhten Temperaturen to®~ stlMfit.

Die Zusammensetzungen dar Bindemittel 16 uM 17 entsprachen 64 Gew.-fo Pech mit einem Erweichungspunkt von 150⁰C und 36 Gew.-^ Weichmacher ο Der Weichmacher bestand ©u© H₅ 4 Gew,,·» Furfurylalkohol, 56,7 Gew.-96 Furfural und 28,9 G®w_o~$ Cyclohexanon.

Bindemittel

Katalysator

Tabelle VI

"Jo Gew.-Verlust des Bindemittels

16 Oa(OH)₂-NaOH

17 PTSA

9,78
8,59

Kohlenstofftest nach Conradson {$> Endgewicht)

60,57 66,33

Dieses Beispiel zeigt unter anderem, daß die Bindemittel der Erfindung säurekatalysiert sind. Das Bindemittel 16, das mit einer Base katalysiert worden war, erlitt einen größeren Gewichtsverlust beim Härten und ergab einen geringeren Kohlenstoffgehalt bei der Pyrolyse als das Bindemittel 17, das säuregehärtet worden war.

Beispiel 8

Die Bindemittel 18 bis 23 in der Tabelle VII wurden nach dem Verfahren des Beispiels 1 hergestellt, imd alle Bindemittel wurden mit 10 Gew.-^ 50 gew₉-%iger p-Toluolsulfcnsäure in 35 Gew.-^ Methylalkohol und 15 Gew.-fo Wasser katalysiert. Alle Bindemittel wurden nach dem Verfahren des Beispiels 3 gehärtet. Die Zusemiaensetizung von allen Bindemitteln entsprach 64 Gew.-^ Hochofenpech und 36 Gew.-^ Weichmacher. Der Weichmacher bestand aus Furfurylalkohol, Furfural, Cyclohexanon und Mesityloxid. In der Tabelle VII bedeuten die Abkürzungen PA, FCHO, Cyclo und MO Furfurylalkohol, Furfural, Cyclohexanon und Mesityloxid.

	FA	Tabelle	Cyclo	0	4	0	MO	VII	Vorliegen	Kohlenstoff
	5,2	Gew.-^ Weichmacher	10,	3,1	1	0		des Binde mittels in einheitli cher Form?	test nach Conradson {$> Endgewicht)
Binde mittel	6,1	FOHO	12,	1	0		ja	66,6
18	9,1	20,4	9,	55	4		ja	57,7
19	9,1	17,8	4,		9	,55	nein
20	9,1	17,8		4	,1	ja	64,1
21	12,8	17,8			,75	ja	66,1
22		17,8	nein
- 23		15,4

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-23- 2U2122

Ein Zweck dieses Beispiels ist zu zeigen, daß die Furfurylalkoho!konzentration der neuen Bindemittel der Erfindung von der Cyclohexanon- und der Mesityloxidkonzentration an dem höheren Ende der Furfurylkonzentrationsbereiche abhängig ist. Ein weiterer Zweck ist zu zeigen, daß ein kritischer Bereich für die Furfurylkonzentration für ein Hartpech mit einem gegebenen Schmelzpunkt und bei bestimmten Arten, d.h. Steinkohlenteerpech und Erdölpech, gegeben ist«

Beispiel 9

Die Bindemittel 24 und 25 von der Tabelle VIII wurden nach dem Verfahren des Beispiel 1 hergestellt. Die Bindemittel enthielten Furfurylalkohol (PA-) _f Furfural (FCHOj.» Cyclohexanon (Cyclo), Me8ityloxid (MO) und Teer mit einem Erweichungspunkt von 150 C.

Die Bindemittel 24 und 25 bestanden aus den gleichen Anteilen Furfural, Furfurylalkohol, Cyclohexanon, Mesityloxid und Pech. Der einzige Unterschied zwischen diesen beiden Bindemitteln lag darin, daß das Bindemittel 24 Erdölpech und das Bindemittel 25 Hochofenpech enthielt. Das Bindemittel 25 liegt nicht in einheitlicher Form vor und stellt kein Bindemittel der Erfindung dar. Der Anteil an Furfurylalkohol in dem Bindemittel 25 überschreitet den kritischen Anteil, der in einem Bindemittel, das Hochofenpech mit einem Schmelzpunkt von 150⁰C enthält, vorhanden sein darf, der Anteil an Furfurylalkohol überschreitet jedoch nicht den kritischen Anteil in dem Bindemittel 24, worin das Pech Erdölpech mit einem Erweichungspunkt von 150⁰C ist.

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2U2122

Bindemittel

Tabelle VIII

Gew.-96 Weichmacher Pech Fa POHO Cyclo MO

Vorliegen Kohlenstoff-

des Binde- test nach

mittels in Conradson

einheitli- (# Endge-

cher Form? wicht)

24 Erdöl- 10,1 19,8 5,05 5,05

25 Hochofen- 10,1 19,8 5,05 5,05

ja
nein

57,1

Dieses Beispiel zeigt unter anderem, daß die Furfurylalkoholkonzentration nicht nur durch den Erweichungspunkt des Pechs, wie in dem Beispiel 3 dargelegt worden ist, beeinflußt wird, sondern auch durch die Art des verwendeten Pechs "beeinflußt wird. Die kritische Konzentration des Furfurylalkohole in den Bindemitteln der Erfindung für ein Pech mit einem gegebenen Erweichungspunkt hängt davon ab, ob Steinkohlenteerpech oder Erdölpech gewählt worden ist.

Beispiel 10

Eine zylindrische Testanodenprobe wurde mit einem Druck von 351,5 kg/cm aus einem Anodenzuschlagsstoff (kalzinierter Anthrazit, +4 bis -200 mesh) verpreßt, der mit 16 Gew.-^ des Bindemittels 1, das in dem verpreßten Kohlenstoffgegenstand in dem Beispiel 2 verwendet worden ist, der mit 10 Gew.-# 50 gew.-#iger p-Toluolsulfonsäure in 35 Gew.-^ Methylalkohol und 15 Gew.-$ Wasser katalysiert worden war.

Das spezifische Gewicht der Anodenprobe betrug 1,50, und die

ο Druckfestigkeit der Probe war 140,6 kg/cm , nachdem die Probe

wie in dem Beispiel 2 gehärtet worden war.

Patentansprüche :

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Claims (6)

1. 2U2122 IAl

   -o-Patentansprüche :

   Bindemittel für Zuschlagsstoffe, die neutrale Zuschlagsstoffe, saure Zuschlagsstoffe oder schwach basische Zuschlagsstoffe sein können, dadurch gekennzeichnet, daß es 50 bis 75 Gew.-$ Hartpech mit einem Erweichungspunkt zwischen 110° und 180⁰C und 50 bis 25 Gew.-<$> Weichmacher enthält, der Furfurylalkohol, Furfural und einen Bestandteil aus der aus Cyclohexanon, Mesityloxid oder Gemischen davon bestehenden Gruppe enthält.
2. 2. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine starke Säure als Katalysator enthält.
3. 3. Gebundener feuerfester Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Zuschlagsstoff aus feuerfesten Teilchen enthält, die aus neutralem Zuschlagsstoff, saurem Zuschlagsstoff oder schwach basischem Zusohlagsstoff bestehen können, die zu einer einheitlichen Form durch ein Hartpechbindemittel nach ♦ den Ansprüchen 1 und 2 gebunden sind.
4. 4. Verfahren zur Herstellung eines Hartpeohbindemittels, dadurch gekennzeichnet, daß man 50 bis 75 Gew.-^ Hartpeoh mit einem Erweichungspunkt zwischen 110° und 180⁰C, Furfural, Furfurylalkohol und einen Bestandteil der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe vermischt, wobei das Furfural, der Furfurylalkohol und der aus der aua Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe gewählte Bestandteil 50 bis 25 Gew.-# des Bindemittels ausmachen, und man das Gemisch erwärmt, so daß das Hartpech löslich gemacht wird und ein Hartpechbindemittel erzeugt wird, das bei 25⁰C eine Flüssigkeit ist, die bis herunter zu der Temperatur, bei der sie fest wird, in einer einheitlichen Form vorliegt.
5. 5. Verfahren naoh Anspruch 4_S dadurch g@k©imz®i@iiaet, äa£ daa Erwärmen bei @±j*©r Temperatur von wenigstens 60⁰C für wenig-

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   2H2122

   stens 1 Stunde vorgenommen wird.
6. 6. Verfahren zur Bildung eines feuerfesten Gegenstands, dadurch gekennzeichnet, daß man feuerfeste Teilchen, die aus neutralen feuerfesten Teilchen, sauren feuerfesten Teilchen oder schwach basischen feuerfesten Teilchen bestehen können, mit einem Hartpechbindemittel und mit einem stark sauren Katalysator vermischt, wobei das Pechbindemittel 50 bis 75 Gew.-$ Hartpee_h mit einem Erweichungspunkt zwischen 110° und 180⁰C und 50 bis 25 Gew.-% Weichmacher enthält, der Furfuryl- W alkohol, Furfural und einen Bestandteil der aus Cyclohexanon, Mesityloxid und Gemischen davon bestehenden Gruppe enthält, man das Gemisch zu der gewünschten Gestalt formt, das geformte Gemisch bei einer Temperatur von wenigstens 20 C härtet, das gehärtete Gemisch in einer nichtoxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von wenigstens 800⁰C erwärmt, üb das Bindemittel zu pyrolysieren und ein kohlenstoffgebundenes feuerfestes Produkt auszubilden.

   7* Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Erwärmen des pyrolysierten Gemische in einer nicht oxidier end en Atmosphäre bis zu einer Temperatur von wenigstens 260O⁰C vornimmt, um das Bindemittel zu graphitisieren und ein graphitisiertes feuerfestes Produkt auszubilden.

   Q 41 Dr.Ye/Wr

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