DE639887C - Verfahren zur Herstellung von feuersicheren Faserkoerpern - Google Patents

Description

2 ΰ JAN. 193?

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Faserkörpern, die als Kunstholz verwendet werden. Es ist bekannt, eine Aufschlämmung von 5 organischen Fasern mit Aluminiumhydroxyd, gegebenenfalls bei gleichzeitiger Gegenwart von Calciumsulfat, durch Entwässern zu Kunstholztafeln zu verpressen. Die Feuerfestigkeit dieser Körper läßt aber zu wünschen übrig, weil bei den bis jetzt hergestellten Massen zwischen den verfilzten Fasern stets Zwischenräume übrigbleiben, aus denen das Wasser ablaufen kann, und diese Zwischenräume werden nach Entfernen des Wassers von Luft ausgefüllt, so daß also die Fasern niemals lückenlos aneinander anHegen. Erfindungsgemäß wird nun der Aufschlämmung kolloidaler Ton, wie Bentonit, zugesetzt, wobei alle Fasern in eine weiche und dichte Masse eingebettet werden. Verdichtet man dann diese Faserkörper, so fließt die kolloidale Tonmasse in die Zwischenräume zwischen den Fasern und verhindert den Zutritt. von Luft in die sonst beim Entwässern entstehenden Hohlräume. Der kolloidale Ton wirkt also als Füllmittel, durch das die in den bisher bekannten Kunsthölzern vorhandene Luft zwischen den Fasern ferngehalten oder wenigstens die Verbindung gewisser verbliebener Luftkanäle miteinander unterbrochen oder beeinträchtigt wird. Auf diese Weise kann durch Einverleiben des Tones jedes Schwelen des Kunstholzes wirksam verhindert werden.

Die Eigenschaft der kolloidalen Torie, alle Zwischenräume auszufüllen, ist so ausgeprägt, daß bei der Herstellung des Kunstholzes nach der Erfindung zweckmäßig kristallförmige Stoffe verwendet werden, damit dem zwischen den Fasern vorhandenen Wasser eine Abflußmöglichkeit geschaffen wird. Auf diese Weise wird die Entwässerung der Faserkörper bedeutend erleichtert. Zweckmäßig wird das Aluminiumhydroxyd und Calciumsulfat als Fällung, die durch doppelte Umsetzung von Aluminiumsulfat und Calciumhydroxyd gewonnen ist, auf den Holzfasern niedergeschlagen. Diese Fällung wird dabei am besten im Holländer während des Zerkleinerungsvorganges vorgenommen, und es empfiehlt sich, erst das Aluminiumsulfat und nachdem dieses vollständig gelöst ist, eine Suspension von Calciumhydroxyd zuzügeben. Man kann diese Reaktion auch in einem besonderen Behälter vornehmen. In diesem Falle muß die Fällung aber sobald wie möglich weiter. verarbeitet werden, um ein Zusammenklumpen zu verhindern. Der Bentonit muß in Wasser 7ur' Suspension gebracht werden. Doch da dies infolge des hohen Dispersionsgrades dieses Stoffes Schwierigkeiten verursacht, wird der Bentonit vorzugsweise vor der Herstellung

seiner Suspension mit dem Calciumhydroxyd gemischt, wodurch ein Mischvorgang erübrigt und die Viskosität der. Bentonitsuspension durch die Anwesenheit des Caiciumhydroxyds verringert wird.

Der Anteil des Aluminiumhydroxyds wird vorzugsweise so hoch bemessen, daß sich der höchste Grad von Feuerfestigkeit des Faserkörpers ergibt, ohne daß dadurch das dichte ίο Verfilzen der Fasern beeinträchtigt wird. Der Anteil von Calciumsulfat wird aus naheliegenden Gründen am besten so bemessen, daß bei der doppelten Umsetzung die erforderliche Menge von Aluminiumhydroxyd anfällt, auf alle Fälle jedoch etwa gerade ausreichend, um das Ablaufen des Wassers aus der HoIzschliffmasse zu ermöglichen, ohne das erreichbare Höchstmaß an Feuerfestigkeit des Fertigerzeugnisses zu beeinträchtigen und ohne das feste Zusammenhalten der Fasern zu stören, was bei zu hoher Bemessung des Zusatzes der Fall sein würde. Wie.weiter unten dargelegt, kann der Anteil an Calciumsulfat unter gewissen Bedingungen noch reduziert werden, was für die Eigenschaften des Fertigerzeugnisses von Vorteil ist. Der zugesetzte Bentonitanteil wird so gewählt, daß der Bentonit zusammen mit dem Aluminiumhydroxyd auf den Fasern einen Überzug bildet, der ein Schwelen des Faserkörpers so weit als möglich verhindert. Die Mengen der verschiedenen Zusätze hängen in hohem Maße von der Art der zur Verwendung gelangenden Fasermasse und. dem Verdichtungsgrad des Fertigproduktes ab, lassen sich jedoch durch einfache Versuche leicht ermitteln.

Vorzugsweise werden die Faserkörper sowohl wasserbeständig als auch feuerfest gemacht. Daher wird dem fein verteilten Gemisch der oben bezeichneten Chemikalien in der gebräuchlichen Weise eine Harzseife zugesetzt (Leimung) und dann die Vermischung mit den Fasern vorgenommen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, bei der sich das Fertigprodukt besonders billig stellt, geht man wie folgt vor: i. Papierstoff, etwa auf mechanischem Wege gewonnener Holzschliff oder auf chemischem Wege gewonnener Stoff oder Mischungen von beiden werden in eine Aufschwemmung überführt. Beispielsweise kann man zu diesem Zweck Altpapier, etwa alte Zeitungen, oder Zuckerrohrabfälle und Stroh in einem Holländer aufbereiten. 2. Eine Suspension von Aluminiumhydroxyd in der erforderlichen feinen Verteilung und von Calciumsulfat wird erhalte^ durch Hinzufügen von Aluminiumsulfat in den Holländer und nach der Auflösung des Sulfats durch Fällen mittels einer Suspension von Calciumhydroxyd, in der die notwendige Menge Bentonit ebenfalls aufgeschwemmt ist. Es empfiehlt sich, die Calciumhydroxydsuspension der Aluminiumsulfatlösung allmählich zuzusetzen, und zwar in solcher Menge, daß die Mischung schließlich leicht alkalisch bleibt.

3. Die Papierstoffaufschwemmung und die Fällungen mit dem Bentonit werden im Holländer vermischt. Sollte man den Papierstoff nachträglich mit einem Harzleimzusatz versehen, so muß man darauf achten, daß die Mischung neutral oder schwach alkalisch bleibt, so daß eine Ausfällung der Harzseife verhindert wird.

4. Zur Leimung setzt man der Holländerbeschickung einen Harzleim zu, und zwar um 4 bis 5 0/0 des Gesamtgewichtes aus Fasern, Bentonit, Aluminiumhydroxyd und Calciumsulfat, vorzugsweise nachdem eine gründliche Durchmischung der Feuerfestigkeitszusätze mit den Fasern erfolgt ist.

5. Die Fällung der Seife erfolgt dann durch Zusatz eines Fällungsmittels, etwa Aluminiumsulfat, in geeigneter Menge.

6. Die Papiermasse wird dann in die Form gebracht oder sonstwie geformt und getrocknet und schließlich gegebenenfalls verdichtet.

Das so gewonnene Produkt ist hinreichend feuerfest, um als Kunstholz den baupolizei- go liehen Vorschriften, insbesondere denen der Städte der Vereinigten Staaten, weitgehend zu genügen. Insbesondere läßt sich das Kunstholz auch in solchen Fällen verwenden, in denen Wasserfestigkeit verlangt wird. Diese ist so hoch, daß das Kunstholz im Freien verwendet werden kann, wo es allen Witterungseinflüssen ausgesetzt ist. Es weist eine hohe mechanische Festigkeit auf, ohne spröde zu sein, sowie günstige Wärmeisolierungseigenschäften im Vergleich mit Tafeln aus mineralischen Produkten, wie Zement, Asbest oder Gips. Die folgenden Beispiele erläutern die Mengenverhältnisse, die zur Verwendung gelangen können:

Beispiel I

Fasermasse (Papierstoff) . 500 kg Aluminiumsulfat ....... 275 -

Gelöschter Kalk 180 -

Das ergibt:

Aluminiumhydroxyd .... 125 -

Calciumsulfat 332 -

Dazu Bentonit 5° '

Wasser 24 500 1. ^1J5

Das Fertigprodukt erhält dann die Zusammensetzung :

52,2 0/0 Fasermasse,

13,1 0/0 Aluminiumhydroxyd,

29,5 0/0 Calciumsulfat,

5,2 0/0 Bentonit.

Bei diesem Beispiel gingen etwa 50 kg Calciumsulfat verloren, die in dem ablaufenden Wasser gelöst waren.

j. Beispiel II

Die Mengenverhältnisse sind die gleichen

wie beim Beispiel I mit der Ausnahme von Bentonit, von dem 150 kg genommen werden.

Hierdurch erhält das Fertigprodukt die Zusammensetzung:

47,4 0/0 Fasermasse,
11,8 o/g Aluminiumhydroxyd,
26,6 0/0' Calciumsulfat,
14,20/0 Bentonit.

Etwa die gleichen Vorzüge ergeben sich bei Anwendung der vorliegenden Erfindung auf die Herstellung von dünnen Schichten, etwa papierartigen Schichten, die auf einer Papiermaschine gebildet und dann vereinigt werden, z.B. mit Hilfe von Wasserglas.

Die Vorteile, die der Zusatz von Bentonit mit sich bringt, haben ihre Ursache in der äußerst hohen Dispersion dieses Stoffes, die so weit geht, daß der Bentonit quillt, wenn er naß wird. Wenn in den Patentansprüchen von Bentonit die Rede ist, so ist darin jeder Ton einbegriffen, der einen ähnlichen Feinheitsgrad besitzt.

-Die angeführten Beispiele lassen erkennen, wie sich die Mengenverhältnisse ändern, wenn sich das zur Verwendung gelangende Fasermaterial ändert. Denn beirn Beispiel I handelt es sich um eine Fasermasse, die durch Aufbereitung von alten Zeitungen gewonnen und gründlich aufgeschwemmt wurde und daher eine dichte Masse bildete, aus der das Wasser nicht leicht ablief. Beim Beispiel II hingegen handelt es sich um aus Holzabfällen gewonnenem Holzschliff, der eine den Wasserüberschuß leicht abgebende Masse bildet und daher einen viel höheren Zusatz von Bentonit verträgt.

Man kann direkt von Aluminiumhydroxyd der erforderlichen Dispersion und Calciumsulfatkristallen ausgehen und diese miteinander mischen, doch ist die Beschaffung dieser Ausgangsstoffe erheblich kostspieliger, als wenn sie in der beschriebenen Weise gleich an Ort und Stelle hergestellt werden. Das Aluminiumhydroxyd sollte aber etwa ebenso hochdispers sein wie das durch doppelte Umsetzung in der beschriebenen Weise gewonnene. Wird ein Aluminiumhydroxyd von gröberer Teilchengröße verwendet, so läßt sich nicht ein so hoher Grad von Feuerfestigkeit erzielen. Wird umgekehrt eine viel feinere Teilchengröße benutzt, so läuft das Wasser aus der nassen Fasermasse so langsam ab, daß das Verfahren praktisch zu umständlich wird. Statt Calcium oder den Schwefelsäurerest als Komponenten für die chemische Umsetzung zu verwenden, kann man eine oder beide dieser Komponenten ganz oder zum Teil durch ein oder mehrere andere ersetzen, die zusammen mit dem Aluminium und dem Hydroxyd Aluminiumhydroxyd ergeben, das die angegebene Dispersion aufweist, sowie zu einem in Wasser unlöslichen oder hinreichend schwach löslichen kristallinischen Stoff führen, der die Aufgabe der Calciumsulfatkristalle erfüllen kann.

Unter gewissen Bedingungen empfiehlt es sich, einen Teil des Calciums durch ein Element zu ersetzen, das nicht zu einer kristallinischen Verbindung führt, so daß also das Verhältnis der Kristalle zu dem vorhandenen Aluminiumhydroxyd verringert wird. Solange ein ausreichender Kristallgehalt vorhanden ist, um das freie Abfließen der Flüssigkeit zu ermöglichen, können die Kristalle in vollem Maße ihre günstige' Wirkung geltend machen. Ein höherer Kristallgehalt aber beeinträchtigt das Zusammenhalten der Fasern und setzt dadurch die. Festigkeit des Fertigproduktes im Vergleich zu einem ohne einen derartigen Überschuß von Kristallen hergestellten Produkt herab. Wie schon ausgeführt, hängt der Anteil von Kristallen, die dazu nötig sind, ein freies Abfließen der Flüssigkeit zu ermöglichen, von der Natur der Fasern ab. Beispielsweise bildet roher Holzschliff eine leicht bewegliche Masse, die keinen so hohen Kristallgehalt erfordert wie eine aus altem Zeitungspapier bestehende Masse, die unter gewöhnlichen Bedingungen nur sehr schwer Flüssigkeit abgibt. Das folgende Beispiel zeigt eine Ausführungsform des Verfahrens, bei der der Gehalt an Kristallen herabgesetzt ist:

Beispiel III ^:

Fasermasse 500 kg

Aluminiumsulfat 275 -

Gelöschter Kalk 90 -

Magnesia 49 -

Das ergibt:

Aluminiumhydroxyd .... 125

Calciumsulfat 166 -

Magnesiumsulfat 147

Dazu Bentonit .' 250 -

Wasser 24 500 1.

Das daraus gewonnene Fertigprodukt hat folgende Zusammensetzung:

' 5°>3 % Fasermasse,

12,5 0/0 Aluminiumhydroxyd,
12,0 0/0 Calciumsulfat,

25,2 0/0 Bentonit.

Die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete Fasermasse besteht etwa zu zwei

Dritteln aus Zeitungspapier und zu einem Drittel aus Holzschliff. Diese Masse ist infolge ihres Holzschliffgehaltes leichter beweglich, als wenn ausschließlich Zeitungspapier verwendet worden wäre. Die angewendete Menge von gelöschtem Kalk ist die Hälfte der im Beispiel I verwendeten. Die übrige Kalkmenge ist durch 49 kg gebrannter Magnesia ersetzt worden. Das bei der Um-Setzung gebildete Magnesiumsulfat fällt nicht in Form von Kristallen an, sondern geht in Lösung und wird mit dem Abwasser fortgeführt, gleichzeitig mit den 50 kg Calciumsulfat, die bei dem obenerwähnten Beispiel I gleichfalls in Lösung gehen. Die Folge davon ist, daß der Gehalt an Calciumsulfatkristallen in dem Fertigprodukt nach Beispiel III (116 kg) weit unter der Hälfte des in dem Fertigprodukt nach Beispiel I verbleibenden Gehaltes an Calciumsulfatkristallen (282 kg) liegt. Auf diese Weise können sich die Fasern vollständig verfilzen, und es entsteht ein härteres Produkt, dessen Oberfläche weniger abgenutzt wird als die Oberfläche des im Beispiel I erhaltenen Produktes. Auf diese Weise kann man dem "Produkt auch einen höheren Bentonitgehalt einverleiben, als es bei der Herstellung nach dem Ausführungsbeispiel I möglich ist. Dadurch wird also die Feuerfestigkeit erhöht. Die Gegenwart selbst so hoher Mengen von Bentonit beeinträchtigt das gegenseitige Haften der Fasern nicht oder wenigstens nicht wesentlich. Ebenso wird dadurch das Ablaufen der Flüssigkeit aus der Masse nicht gestört. Wenn man zu dem nach Beispiel I gewonnenen Produkt eine so hohe Menge von Bentonit hinzufügen würde, so würde dadurch der Gehalt an Mineralstoffen im Vergleich zur Fasermasse ein ungebührlieh hoher werden.

Die im Beispiel III verwendete Magnesia kann auch durch Ätznatron, Soda oder Ammoniak ersetzt werden. Das entstehende Natriumoder Ammoniumsulfat geht dabei ebenso wie das Magnesiumsulfat in dem angegebenen Ausführungsbeispiel mit dem Abwasser weg. Das nach der vorstehend geschilderten bevorzugten Herstellungsart gewonnene Produkt ist selbst nach seiner Verfestigung infolge der Anwesenheit reichlicher Mengen von Kristallen noch porös. Infolgedessen ist seine Oberfläche, besonders wenn das Produkt neu ist, leicht Beschädigungen ausgesetzt. Wenn man das Produkt 2 oder 3 Wochen im Freien hat lagern lassen, so härtet sich die Oberfläche, so daß sie nicht mehr so leicht angegriffen wird. Wie schon dargelegt, erhält man eine härtere Oberfläche dadurch, daß man den Gehalt an Kristallen durch Anwendung einer Herstellungsart, wie sie im Beispiel III beschrieben ist, vermindert. Will man eine noch härtere Oberfläche erhalten und besonders eine solche, die sich, beispielsweise durch Behändem mit Sandpapier, glätten und polieren läßt, so wird eine Metall- 6; seife eines trocknenden Öles, beispielsweise Leinöl, China- oder Perillaöl, bei der unter 4. beschriebenen Leimung den Zusatzstoffen zugesetzt. Der Faserkörper wird dann nach der Trocknung eine gewisse Zeit lang so hoch 7c erhitzt, daß das Öl oxydieren und trocknen kann. Natürlich können die verschiedensten Füllmittel der Überzugsstoffe, beispielsweise Äthylsilikat, verwendet werden, um das Produkt zu verbessern, ohne jedoch seine feuerfesten Eigenschaften zu beeinträchtigen.

Es empfiehlt sich, ein durch Zusatz der Metallseife eines trocknenden Öles härtbares Produkt vor seiner Erhitzung bereits knochentrocken werden zu lassen. Anderseits ist es sehr wichtig, daß ein Produkt, das keinen solchen Seifengehalt besitzt, nicht knochentrocken wird, sondern daß es vorzugsweise einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 2 0/0 behält, da sonst seine Feuerfestigkeit sehr erheblich vermindert wird. Die Erklärung dieser Tatsache stößt zur Zeit noch auf einige Schwierigkeiten; es scheint jedoch, daß mit der Entfernung der letzten Reste von Feuchtigkeit chemische Vorgänge eintreten, die teilweise den durch das Aluminiumhydroxyd und das Bentonit erzielten Schutz der Fasern zunichte machen."

Der Gehalt an Kristallen, der unter gegebenen Bedingungen den freiesten Abfluß des Wassers von der Fasermasse nach der Verformung gestattet, kann jedenfalls in einigen Fällen höher sein, als es erwünscht ist, um den Zusammenhalt der einzelnen Fasern in dem gewünschten Maße zu erreichen, d.h. um das festere Produkt, das unter den gegebenen Bedingungen gewonnen werden kann, zu erzeugen. Wenn daher ein verhältnismäßig weiches und hochporöses Produkt erwünscht ist, so ist es vorteilhaft, hohe Anteile von Kristallen anzuwenden, wodurch man die Geschwindigkeit der Herstellung erhöht und so die Erzeugungskosten herabsetzt. Wenn ein festes Produkt verlangt wird und daher geringe Anteile von Kristallen angewendet werden müssen, so muß die hohe Arbeitsgeschwindigkeit dem gewünschten Endziel geopfert werden. Der genaue Anteil der jeweils verwendeten Kristallmenge ergibt sich daher aus einem Kompromiß zwischen der geforderten Festigkeit des Endproduktes xind der mit steigender Festigkeit sinkenden Arbeitsgeschwindigkeit und umgekehrt.

Ein Teil der Fasermasse, vorzugsweise etwa 0/0, kann durch gemahlenen oder gekörnten Kork ersetzt werden. Dieser Kork kann der Masse entweder in seinem natürlichen

Zustand beigemengt werden oder nach Tränkung mit geeigneten Mitteln, um ihn auch feuerfest zu machen, wie beispielsweise Ammoniumsulfat, Natriummolybdat oder Borsäure. Vorzugsweise beträgt das Gewicht der zur" Tränkung verwendeten Stoffe 20 0/0 von dem Gewicht des feuerfest gemachten Korkes. Zuweilen kann es auch erwünscht sein, Kork vor seiner Behandlung mit den feuerfest machenden Mitteln einer milden alkalischen Behandlung zu unterwerfen. Auf diese Weise läßt sich eine bessere Durchtränkung erzielen.

Um die Feuerfestigkeit des Korkes weiter

15- zu erhöhen, kann dieser mit · geeigneten Stoffen überzogen werden, beispielsweise mit

• Calciumcarbonat, die das Entweichen der im Wasser löslichen Tränkungsmittel und Salze verhindern.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   I. Verfahren zur Herstellung von feuersicheren Faserkörpern aus einer wäßrigen Aufschlämmung von organischen Fasern mit Zusatz von Aluminiumhydröxyd, dadurch gekennzeichnet, daß man der Auf-" schlämmung kolloidalen Ton, wie Bentonit, ferner zweckmäßig schwer lösliche oder unlösliche Kristalle, insbesondere Calciumsulfatkristalle, zusetzt und das Gemisch in. an sich bekannter Weise durch Verfilzen der Fasern formt, die Formkörper entwässert und preßt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man der Fasermasse außer kolloidalem Ton durch gegenseitige Umsetzung von Aluminiumsulfat und CaI-ciumhydroxyd gewonnenes Aluminiumhydroxyd und kristallinisches Calciumsulfat einverleibt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man der Fasermasse weniger schwer lösliche bzw. unlösliche Kristalle einverleibt, als dem Aluminiumhydroxyd äquivalent ist, daß man z. B. einen Teil des zur Bildung des Aluminiumhydroxyds mit dem Aluminiumsulfat zur Umsetzung notwendigen CaI-ciumhydroxyds durch andere Hydroxyde, beispielsweise Magnesia, die ein wasserlösliches Sulfat liefern, ersetzt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man der Fasermasse eine Metallseife eines trocknenden Öles zusetzt und die erhaltenen Formkörper erhitzt.