DE3824180C1 - Process for producing ceramic shaped parts - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von leichten
keramischen Formteilen mit einer
Trockenrohdichte kleiner 2,0 g/cm3 mit einem Gehalt an Perlit
als Leichtzuschlagstoff.
Insbesondere im Bereich von Ziegelprodukten ist der Ein
fluß von Magerungs- und Porosierungsmitteln schon häufig
untersucht worden.
Eine zusammenfassende Darstellung gibt Mackedanz in "Sprech
saal", Heft 9/80, 559.
Durch porosierende Zusatzmittel, wie Sägemehl, Papierschlamm
und Schaumkunststoff, wird die Scherbenrohdichte zwar zum
Teil deutlich herabgesetzt, gleichzeitig ist aber auch
auf eine ausreichende Druckfestigkeit der so hergestellten
Formteile zu achten. So beschreibt Mackedanz, daß bei
Zusatz von Sägemehl die Scherbenrohdichte nur geringfügig
abnimmt, jedoch relativ gute Druckfestigkeitswerte erzielt
werden, während mit "Styropor" eine drastische Rohdichte
erniedrigung ermöglicht wird, die jedoch auch einen starken
Druckfestigkeitsabfall mit sich bringt.
Einen ähnlichen Stand der Technik beschreibt auch die
Einleitung der DE-A-28 53 709, die auch andere Porosierungs
mittel, wie Torf, Kohlenstaub, Perlit, Getreidespelzen
oder Flotationsberge anspricht, gleichzeitig jedoch darauf
hinweist, daß diese nur wenig praktische Bedeutung erlangt
haben und ähnliche Nachteile wie die zuerst beschriebenen
Stoffe aufweisen.
Nach der DE-A-28 53 709 können die genannten Zuschlagstoffe
nur dann eingesetzt werden, wenn ein brennbares, pulver
förmiges bis feinkörniges Material mit Schaum versetzt
und granuliert wird. Auf diese Weise soll ein brennbares
Granulat mit lockerer, schaumartiger Struktur erzeugt
werden.
Als Vorteil wird insbesondere angesprochen, daß durch
das erhöhte Schüttvolumen der Heizwert des Zuschlagstoffes
gegenüber einem Massivkorn erheblich herabgesetzt ist
und dieser verringerte Heizwert beim Ausbrennen dem Ofen
prozeß zugute kommt und eine Brennenergieersparnis mit
sich bringt.
Unter anderem ist auch der Zusatz von Perlit angesprochen.
Es wird darauf hingewiesen, daß ein Zusatz von unbehandel
tem Perlit zum Rohton meistens nicht den gewünschten Effekt
bringt, da die Perlitkörper beim Pressen zerbröckeln.
Die Stabilität der Körner soll nach der deutschen Offen
legungsschrift dann jedoch erhalten bleiben, wenn man
sie zusammen mit Kohlenstaub oder dergleichen in einen
Schaum einbettet.
Es ist offensichtlich, daß ein derartiges zweistufiges
Verfahren, bei dem in der ersten Stufe der Zuschlagstoff
zu einem Schaum aufbereitet werden muß und bei dem in
der zweiten Stufe der Schaum mit dem Ton vermischt wird,
für ein Massenprodukt, wie Ziegel oder dergleichen, relativ
aufwendig ist.
Der in der DE-A-28 53 709 beschriebene Zerfall des Zuschlag
stoffes Perlit beim gemeinsamen Verpressen mit einer Ton-
Matrixmasse wird auch durch die DE-C-36 14 943 bestätigt,
die aus diesem Grunde die Verwendung von glasierten, ge
blähten Perlitkörnern zur Herstellung von Tonziegeln vor
sieht.
Durch die Glasierung wird das einzelne Perlitkorn stabili
siert, so daß es auch beim anschließenden Vermischen mit
der Ton-Matrixmasse und der sich anschließenden Formgebung
durch Verpressen oder dergleichen nicht zerstört wird.
Auch dabei muß jedoch der Zuschlagstoff vor der Vermischung
mit der Ton-Matrixmasse separat aufbereitet (hier: glasiert)
werden, was zusätzliche Zeit und Kosten verursacht, was
für Massenprodukte, wie Ziegel oder dergleichen, nicht immer
akzeptabel ist.
Aus der AT-PS 2 52 091 ist bekannt, daß Perlit in expandiertem
Zustand sehr viel Wasser aufnehmen kann. Um das Aufnahme
vermögen für Wasser herabzusetzen, wird vorgeschlagen,
Silikone in wäßriger Lösung auf einen Strom oder ein
Bett durch den Expansionsvorgang noch warmer Perlitkörner
aufzusprühen und die besprühten Körner zu durchmischen.
Schließlich ist aus der DE-AS 12 53 133 ein Verfahren
zum Behandeln von Perlit bekannt, bei dem Perlit mit ver
nebelten, gelösten, dispergierten oder verflüssigten Binde-
und Imprägnierungsmitteln getränkt oder besprüht und zentrifu
giert wird. Dabei dient das Besprühen dem Zweck, im Wasser
gelöste Imprägnierungsstoffe mit dem Perlit in Kontakt
zu bringen. Anschließend wird das so behandelte Material
getrocknet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber
dem eingangs genannten Stand der Technik preiswertere
und einfachere Möglichkeit anzugeben, poröse Zuschlag
stoffe, wie Perlit, so zu stabilisieren, daß sie bei der
anschließenden Vermischung mit Ton und Formgebung nicht
zerstört werden.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Stabilität
eines Zuschlagstoffes, wie expandierter Perlit,
dadurch drastisch erhöht werden kann, wenn das offene Poren
volumen vor dem Zusammenmischen mit der Ton-Matrixmasse vollständig
mit einer Flüssigkeit gefüllt wird.
Es liegen dann quasi wassergesättigte Perlitkörner vor,
wobei die Flüssigkeit auch beim anschließenden Vermischen
mit der Ton-Matrixmasse weitestgehend in den Poren ver
bleibt, wofür in erster Linie die Oberflächenspannung
des Wassers verantwortlich ist. Dieser Effekt kann zusätz
lich durch Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels, wie
eines Tensides, optimiert werden. Dabei kann es von Fall
zu Fall vorteilhaft sein, die Flüssigkeit unter leichtem
Druck in die Perlitporen zu bringen, zumal dann auch Poren
kleineren Durchmessers mit Flüssigkeit ausgefüllt werden
können.
Wie bereits ausgeführt, behält das einzelne Perlitkorn
die Flüssigkeit auch bei der anschließenden Vermischung
mit der Ton-Matrixmasse weitestgehend.
Das so gebildete Ton-Perlit-Gemisch kann danach auf konven
tionelle Art und Weise weiterverarbeitet werden.
Weder in einer Strangpresse (Schneckenpresse) noch in
diskontinuierlich arbeitenden Pressen kommt es zu einer
nennenswerten Zerstörung der mit Wasser gefüllten Perlit-
Teilchen. Die inkompressiblen Flüssigkeiten, wie Wasser,
stabilisieren vielmehr das an sich zerbrechliche Gerüst
eines geblähten Perlitkorns, das auch nach der Formgebung
praktisch sein gesamtes ursprüngliches Porenvolumen, das
zu dieser Zeit noch mit Wasser gefüllt ist, zur Verfügung
stellen kann.
Das Wasser wird anschließend während der üblichen Trocknung
aus den Poren ausgetrieben, und das Produkt kann danach
auf bekannte Art und Weise gebrannt werden.
Je nach gewählter Brenntemperatur brennt der Perlit dann
entweder aus oder aber er bildet eine zumindest teilweise
Schmelzphase, die ein glasartiges Gerüst hinterläßt, das
der mechanischen Festigkeit des gebrannten Formteils zu
sätzlich zugute kommt.
Selbst bei relativ geringen Brenntemperaturen, wie sie
heute zum Teil angestrebt werden, ist jedoch stets sicherge
stellt, daß das hohe Porenvolumen eines expandierten Per
lits die Scherbenrohdichte des gebrannten Produktes in
einem Maße herabsetzt, wie es für gute Wärmedämmeigen
schaften gewünscht wird, ohne größere Festigkeitseinbußen
in Kauf nehmen zu müssen.
Der erfolgreiche Einsatz von Perlit als Porosierungsmittel
in Tonwaren überrascht in zweifacher Hinsicht. Zum einen,
weil im Stand der Technik beschrieben ist, daß die Verwen
dung von Perlit als Zuschlagstoff sich technisch nicht
hat realisieren lassen; zum anderen, weil gleichzeitig
die Festigkeitsverluste durch zerfallende Perlitkörner
beschrieben werden.
Tatsächlich läßt sich trockener, expandierter Perlit auch
nur sehr schwer oder gar nicht in eine Ton-Matrixmasse
einarbeiten, insbesondere läßt sich keine homogene Ver
teilung der Perlitkörner in der Matrixmasse erreichen.
Die Oberfläche der Perlitkörner ist offensichtlich zu
rauh, als daß eine homogene Vermischung möglich wäre.
Selbst wenn man aber einmal eine inhomogene Ton/Perlit-
Mischung akzeptieren würde, so ließen sich daraus keine
technisch verwendbaren Produkte herstellen, wil die Per
litkörner - wie beschrieben - bei der anschließenden Form
gebung zerquetscht würden. Dabei würde gleichzeitig der
gewünschte Effekt einer Porosierung verlorengehen.
Die genannten Mängel können zwar möglicherweise durch
eine Glasierung der einzelnen Perlitkörner überwunden
werden, jedoch mit einem unverhältnismäßig hohen techno
logischen Aufwand.
Demgegenüber ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht
nur besonders einfach, sondern von hoher Effizienz, und
es ermöglicht in überraschend einfacher Weise ohne weiteres
die Einbringung der Perlitkörner in die Ton-Matrixmasse
und ihre homogene Verteilung dort. Dabei wirkt das Wasser
zum einen offensichtlich als Gleitmittel, gleichzeitig
aber auch - wie beschrieben - als Stabilisator für das
einzelne Perlitkorn.
Vorgeschlagen wird die Verwendung eines expandierten Perlits
in einer Korngröße kleiner 10 mm, wobei für die meisten
Anwendungsbereiche eine Korngröße kleiner 6 mm die obere
Grenze darstellen wird.
Die verwendete Flüssigkeit wird in erster Linie Wasser
sein. Ebenso können aber auch Abwässer industrieller Anlagen
Verwendung finden, wobei Schadstoffanteile dieser Wässer,
wie Schwermetalle etc., beim Brand des keramischen Pro
duktes gleichzeitig noch in das gebildete keramische Gerüst
eingelagert (eingebunden) werden können.
Die Perlit-Zugabe soll in einer solchen Weise erfolgen,
daß das fertige Produkt eine Trockenrohdichte kleiner
2,0 g/cm3, vorzugsweise kleiner 1,7 g/cm3 beträgt.
In der Regel werden sich diese Werte bei einer Perlit-
Zugabemenge zwischen 50 bis 500 l je 1000 kg Ton einstellen
lassen.
Bevorzugt ist eine Perlit-Zugabemenge zwischen 100 bis
250 l je 1000 kg Ton-Matrixmasse.
Sofern von einer Ton-Matrixmasse gesprochen wird, umfaßt
dieser Begriff selbstverständlich nicht nur eine Masse
aus einem Ton, sondern übliche Versätze, wie sie zur Her
stellung von keramischen Formteilen dienen.
Auch die Aufbereitung erfolgt im übrigen im wesentlichen
auf bekannte Art und Weise. Wird dabei ein Kollergang
ausgeführt, so soll nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
die Perlit-Zugabe erst nach diesem Kollergang erfolgen,
da aufgrund der hohen mechanischen Belastung des Materials
im Kollergang dort auch die mit Wasser stabilisierten
Perlitkörner zerquetscht würden.
Demgegenüber hat sich gezeigt, daß die mit Wasser gesättig
ten Perlitkörner sowohl in einer kontinuierlichen Presse,
wie einer Strangpresse, als auch in einer diskontinuier
lichen Presse, wie einer Kniehebelpresse oder dergleichen,
bei Anwendung üblicher Drücke nicht zerstört werden, viel
mehr ihr Gerüst hoher offener Porosität nahezu unverändert
aufrechterhalten werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich praktisch
alle Arten von Tonwaren herstellen, die geringe Trocken
rohdichten und damit günstige Wärmedämmeigenschaften auf
weisen sollen. Beispielhaft seien Mauerziegel, Dachziegel,
Deckenziegel, Drainrohre, Schornsteinziegel oder dergleichen
genannt. Überwiegend sollen nach dem Verfahren poröse
Produkte hergestellt werden; ebenso können aber zum Beispiel
auch Klinker - die ihrem Gefüge nach dem Steinzeug zugerech
net werden können - nach dem Verfahren hergestellt werden,
wobei diese Teile dann lediglich so lange gebrannt werden,
bis die offene Porosität weitestgehend verschwunden ist.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung von leichten keramischen Form
teilen mit einer Trockenrohdichte kleiner 2,0 g/cm3 mit
einem Gehalt an Perlit als Leichtzuschlagstoff,
dadurch gekennzeichnet,
daß das offene Porenvolumen des expandierten Perlits
mit einer Korngröße kleiner 10 mm vollständig mit einer
Flüssigkeit gefüllt und der Perlit in dieser Konfektionierung
in die Ton-Matrixmasse eingemischt, dann die Masse zu
Formteilen verarbeitet sowie anschließend getrocknet
und gebrannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Flüssigkeit Wasser verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flüssigkeit vor der Befüllung der Perlitporen
mit einem oberflächenaktiven Zusatzmittel vermischt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Zusatzmittel ein Tensid verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ton-Matrixmasse so viel Perlit zugemischt wird,
daß die Trockenrohdichte des gebrannten Teils unter
1,7 g/cm3 beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß Perlit in einer Menge von 50 bis 500 l je 1000 kg
Ton zugegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Perlit-Zugabemenge 100 bis 250 l beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mit der Flüssigkeit getränkte Perlit nach einem
Kollergang und vor einer Formgebung in einer Strangpresse
der Ton-Matrixmasse zugegeben wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mit Perlit vermischte Ton-Matrixmasse zu Formtei
len, wie Ziegeln, verpreßt wird.
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