DE69105957T2 - Bindemittel auf basis von fluoro-alumino-silikat-geopolymeren und verfahren zu seiner herstellung. - Google Patents
Bindemittel auf basis von fluoro-alumino-silikat-geopolymeren und verfahren zu seiner herstellung.Info
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Description
- Die Erfindung besteht in der Beschreibung eines geopolymeren Binders mittels dessen Objekte hergestellt werden können, die ausgezeichnete mechanische und hitzebeständige Eigenschaften zwischen 250ºC und 650ºC besitzen.
- Nach der Erfindung ist das Geopolymer ein Fluoroaluminosilikat, dessen Zusammensetzung in dehydratiertem Zustand in Oxid ausgedrückt ist wie folgt:
- yM&sub2;O:Al&sub2;O&sub3;:xSiO&sub2;:wF²&supmin;
- wobei x einen Wert darstellt, der zwischen 5,5 und 75 liegt, y einen Wert darstellt, der zwischen 1 und 20 liegt, w einen Wert darstellt, der zwischen 0,5 und 50 liegt, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erhärten, besagtes Geopolymer aus einer geopolymerischen Verbindung besteht die:
- a) ein Geopolymer vom Typus des Fluoro-alkali-poly(sialat-disiloxo) (M,F)-PSDS mit der Formel
- b) ein alkalisches Aluminiumfluorid M3AlF6,
- c) eine Phase SiO&sub2;,H&sub2;O vom Typus Opal CT, enthält in welchem M das Alkali Na und/oder K darstellt, n den Polymerisationsgrad darstellt.
- Im folgenden bedeutet der Begriff geopolymerer Binder, oder Erhärtung eines geopolymeren Harzes, dass die Erfindung durch innere Reaktion nach Art einer Polykondensation oder nach hydrothermaler Art vor sich geht und nicht das Ergebnis einer einfachen Austrocknung ist, wie es im Allgemeinen bei den Bindern auf der Basis von Alkalisilikaten der Fall ist. Je nach Atomverhältnis Si/Al welches gleich 1, 2 oder 3 sein kann, ordnen sich die Aluminosilikat-Geopolymere in 3 Gruppen. Verwendet man eine vereinfachte Schreibweise, wie sie meistens benutzt wird, unterscheidet man: das Poly(sialat) das Poly(sialat-siloxo) das Poly(sialat-disiloxo) oder
- Wie man aus verschiedenen wissenschaftlichen Veröffentlichungen erfahren kann, wie zum Beispiel in "Geopolymer: room temperature ceramic matrix composites" publiziert in Ceram. Eng. Sci. Proc., 1988, Vol. 9 (7-8), pp. 835-41, cf. Chemical Abstracts 110-080924, oder in "Geopolymer Chemistry and Properties", herausgegeben in Geopolymer '88, Vol. 1, pp. 19-23, Université de Technologie de Compiègne, oder in der internationalen Veröffentlichung WO 88/02741 der Patentanmeldung PCT/FR 87/00396 (EP 0288502), beschreibt der frühere Wissensstand die Herstellung der
- Poly(sialate) Mn(-Si-O-Al-O-)n (Na,K)-PS/(K)-PS
- und der
- Poly(sialat-siloxo) Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-)n (Na)-PSS/(K)-PSS
- Dagegen kennt der frühere Wissensstand nicht das Verfahren, mittels dessen man das Poly(sialat-disiloxo) Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-)n (M)-PSDS herstellen kann.
- Die französiche Patentanmeldung 90.02853 mit dem Titel "Verfahren zur Herstellung eines Aluminosilikatgeopolymeren und so erhaltene Produkte" beschreibt das Herstellungsverfahren von
- Poly(sialat-disiloxo) Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O)n (M)-PSDS.
- Die Aluminosilikatgeopolymeren sind von ihrer Konstitution und ihrer dreidimensionalen Struktur her der Begriffsklasse der Zeolithe und Feldspathoide verwandt. Wie man weiss, hängt die thermische Stabilität dieser Materialien vom Verhältnis Si/Al ab. Je grösser dieses Verhältnis ist, desto besser ist die Stabilität. Der Fachmann versteht ohne weiteres das Interesse an der Verwendung der Geopolymeren vom Typus
- (M)-PSDS, Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-)n in einem Verhältnis Si/Al ≥ 3 hinsichtlich zu
- (M) PSS Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-)n in einem Verhältnis Si/Al = 2
- und
- (PS) Mn(-Si-O-Al-O-)n in einem Verhältnis Si/Al = 1.
- Das Hauptanliegen der Erfindung ist die Beschreibung einer geopolymeren Verbindung mit dem Verhältnis Si/Al≥3, was in manchen Beispielen der Erfindung sich bis zu Si/Al =75 erhöhen, kann. Es ist bekannt, dass die Zeolithe, die reich an Silizium sind, wie auch alle anderen Zeolithe, unter hydrothermalen Bedingungen und einem stark verdünnten Reaktionsmilieu hergestellt werden. Das Molarverhältnis M&sub2;O:H&sub2;O liegt bei 1:50 bis 1:100 und die so erhaltenen Zeolithe sind ausserordentlich poröse Pulver.
- Im Gegensatz dazu sind die geopolymeren Binder, mit denen man Gegenstände anfertigen kann, die keramische Eigenschaften besitzen, entweder durch Agglomeration mit Füllern oder durch Imprägnieren von Fasern oder Geweben; die gesammelte Erfahrung hat sich in den Patenten EP 026.687, EP 066.571, EP 0.288.502 (WO 88/02741), die durch den Anmelder eingereicht wurden, niedergeschlagen, fordert aber eine starke Konzentration im Reaktionsgemisch in einem Molarverhältnis M&sub2;O:H&sub2;O oberhalb von 1:17.5 für Na&sub2;O oder in einem Molarverhältnis 1:12.0 für K&sub2;O.
- Bis jetzt existierte kein Mittel, um ein Reaktionsgemisch zu erhalten, das ein Verhältnis Si/Al> 3 mit einem Molarverhältnis M&sub2;O:H&sub2;O oberhalb von 1:17.5 hatte. Im Rahmen der Erfindung nimmt das Silizium in Form einer Alkalisilikatlösung an der chemischen Reaktion teil, wobei das Molarverhältnis M&sub2;O:H&sub2;O unter 1:4.0 liegt und die Konzentration der Trockensubstanz oberhalb von 60 Gewichtprozenten sein muss. Im Gegensatz dazu sind die industriellen Alkalisilikate dieser Art im Allgemeinen ausserordentlich verdünnt, die Konzentration der Trockensubstanz liegt bei 25 Gewichtsprozenten und auf diese Art und Weise kann man kein Reaktionsgemisch erhalten, wie es in dieser Erfindung empfohlen wird.
- Ein weiterer Bestandteil vorliegender Erfindung besteht im Erhalt einer Alkalisilikatlösung die ein Molarverhältnis M&sub2;O:H&sub2;O unterhalb von 1:4.0 und dessen Trockensubstanz oberhalb von 60 Gewichtsprozenten liegt.
- Es gelingt nicht, durch einfaches Vermehren des Si/Al Verhältnisses in dem geopolymeren Harz, geopolymerische Binder zu bekommen, die bei Temperaturen zwischen 250ºC und 650ºC, und eventuell darüber, benutzt werden können. Es ist nicht möglich durch die Zugabe einer konzentrierten Lösung von Alkalisilikat in den beschriebenen Reaktionsbedingungen vorliegender Erfindung, das Verhältnis Si/Al in dem Poly(sialat-disiloxo)-Geopolymeren (M)-PSDS über 6.5 zu erhöhen. Wenn man Werte für Si/Al> 6.5 benutzt, zeigt sich der Binder für keramische Gegenstände bei hohen Temperaturen unbeständig. Er wirft Blasen auf, was beweist, dass es hier eine reine Silikatphase gibt, die sehr leicht schmilzt und nicht an dem dreidimensionalen Netzwerk teilnimmt. Die vorliegende Erfindung war notwending geworden, um die Bildung der viskosen Phase zu verhindern, die nicht erlaubt, mit Temperaturen über 300ºC zu arbeiten.
- Wenn man zum Beispiel ein bekanntes Produkt wie das Natriumfluosilikat hinzufügt, das dazu dient die Erhärtung der Alkalisilikate zu bewirken, musste der Antragsteller zu seiner angenehmen Überraschung feststellen, dass er geopolymeres Material erhielt mit erstaunlicher Widerstands kraft gegen Temperaturen zwischen 250ºC und 650ºC. Die Binder, die man so erhält gehören der Gattung der Alkalifluoroaluminosilikate an.
- Die Fluoroaluminosilikat-geopolymerverbindungen unterscheiden sich von den anderen Geopolymeren, die man mit dem vorherigen Wissensstand erhielt, durch ihr sehr schwaches Schrumpfen bei der ersten Erhitzung, ihre sehr hohe Dichte, ihre aussergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften bei Temperaturen zwischen 250ºC und 650ºC.
- Wie man es aus den vorher erwähnten Patenten entnehmen kann, die die geopolymeren Verbindungen und die geopolymeren Binder vom Typus Si/Al< 3 beschreiben, ist es unbedingt notwendig, feinpulvrige Füller hinzuzufügen, um Risse zu vermeiden und damit die Zerstörung des Materials durch höhere Temperatur zu vermeiden. Das liegt daran, dass die Poly(sialate), M-PS und die Poly(sialatesiloxo), M-PSS, einer starkem Schrumpfung, während der Dehydroxilierung, unterliegen. Eine genaue Beschreibung dieses Phänomens wird übrigens in der wissenschaftlichen Veröffentlichung "Geopolymer Chemistry and Properties" in Geopolymer '88, Vol. 1, pp 25-48 der Université de Technologie, Compiègne, gegeben.
- Manche geopolymeren Harze unter dem Markennamen GEOPOLYMITE, die von der Firma Geopolymère Sarl, Frankreich, vertrieben werden, enthalten schon Fluorbestandteile. In der internationalen Anmeldung WO 88/02741, zum Beispiel, enthält das Geopolymit 50, gegeben in der Tabelle 1 dieser Anmeldung, 4.8% Gewichtsprozente Fluor. Dieser Fluorbestandteil kommt aus einem Füller, dem Kalziumfluorid, CaF2 wie beschrieben in den Beispiel 1 und 2 des Europäischen Patentes EP 153.097, im Beispiel 4 des Europäischen Patentes EP 026.287, im Beispiel 4 des Europäischen Patentes EP 066.571. Das Kalziumfluorid ist völlig unlöslich und unterscheidet sich sehr von dem löslichen Natriumfluosilikat Na&sub2;SiF&sub6; das in vorliegender Erfindung benutzt wird.
- Die geopolymeren Verbindungen vorliegender Erfindung haben mit steigender Temperatur eine sehr schwache Schrumpfung und einen sehr schwachen chemischen Wasserverlust. Ohne Füllstoff beträgt die Schrumpfung 1.8% bei 600ºC, bei den früheren Geopolymeren wären unter diesen Bediegungen viele Risse aufgetreten. Die Schrumpfung beträgt nur 0.03% bei 600ºC für ein Material, das als Füller 60% Korund, Al&sub2;O&sub3; enthält. Wird der geopolymere Binder der Erfindung als Matrix eines faserhaltigen Verbundstoffes benutzt, liegt die Schrumpfung unter 0.01%.
- Man nimmt an, dass die Abwesenheit von Schrumpfung und Rissen ihre Ursache in der geringeren Mengen in der Struktur fixierten sogenannten zeolithischen Wassers hat. Dieses Wasser wäre also durch Fluorionen und SiO&sub2; Moleküle in der dreidimensionalen Struktur des Poly(sialate-disiloxo), (M)-PSDS
- ersetzt worden.
- Mit den in vorliegender Erfindung beschriebenen Verfahren kann man Alkalifluoro-aluminiumsilikat-Geopolymere erhalten, deren Zusammensetzung in dehydratiertem Zustand in Oxiden ausgedrückt folgender ist:
- yM&sub2;O:Al&sub2;O&sub3;:xSiO&sub2;:wF2-
- wobei x einen Wert darstellt, der zwischen 5,5 und 75 liegt, y einen Wert darstellt der zwischen 1 und 20 liegt, w einen Wert darstellt, der zwischen 0,5 und 50 liegt. Nach Erhärten, bilden die geopolymeren Verbindungen eine feste Lösung die folgendes enthält:
- a) ein Geopolymer vom Typus des Fluoro-alkali-poly(sialat-disiloxo) (M,F)-PSDS mit der Formel
- b) ein alkalisches Aluminiumfluorid M3AlF6;
- c) eine Siliziumphase SiO&sub2;,H&sub2;O vom Typus Opal CT in welchem M das Alkali Na und/oder K darstellt, n den Polymerisationsgrad darstellt, das besagte Alkalifluoro-poly(sialat-disiloxo)- Geopolymer ein Al Kation in vierer Koordination vom Typus Al4(Q4) wie es das ²&sup7;Al MAS-NMR Analysenspektrum zeigt, die besagte Siliziumphase SiO&sub2;,H&sub2;O eine charakteristische dilatometrische Kurve des SiO&sub2; in Cristobalit-Phase besitzt, besagtes Alkali-aluminiumfluorid durch sein Röntgendiffraktionsspektrum bestimmt wird.
- Das Herstellungsverfahren der Alkali- fluoro-aluminiumsilikate-Geopolymere besteht darin, dass man ein geopolymeres Harz reagieren lässt, das man aus einer reaktiven Mischung gewonnen hat, die folgendes enthält:
- a) eine alkalische Lösung von thermischem Silicafume mit dem Molarverhältnis M&sub2;O:SiO&sub2; zwischen
- M&sub2;O:SiO&sub2; 1:4.0 und 1:6.5
- deren Konzentration höher als 60 Gewichtsprozentanteil ist und deren Anfangsviskosität bei 20ºC 0,2 Pa.s beträgt, dann in die Höhe geht, aber nicht 0,5 Pa.s innerhalb 5 Stunden bei 20ºC übersteigt;
- b) ein Aluminosilikatoxid (Si&sub2;O&sub5;,Al&sub2;O&sub2;), in welchem sich das Kation Al sich in IV-V Koordination befindet, wie durch das ²&sup7;Al MAS-NMR Spektrum gezeigt wird,
- c) Natriumfluosilikat Na&sub2;SiF&sub6;.
- In dieser Mischung der Bestandteile a)+b+c) deren Wassergehalt unter 30 Gewichtsprozenten liegt, beträgt die Anfangsviskosität des geopolymeren Harzes 350-500 mPa.s und das Molarverhältnis der Oxide zwischen
- Al&sub2;O&sub3;:M&sub2;O 1:1.0 and 1:20
- Al&sub2;O&sub3;:SiO&sub2; 1:5.5 and 1:75
- M&sub2;O:H&sub2;O 1:5.0 and 1:12.0
- Al&sub2;O&sub3;:F- 1:0.5 and 1:50
- ist, dann lässt man das besagte geopolymere Harz erhärten.
- Der Antragsteller musste mit Überraschung feststellen, dass es in der Tat möglich war, eine konzentrierte Lösung von Alkalisilikat sehr reich an SiO&sub2; herzustellen, wenn man als Ausgangsmaterial Silicafume sogenanntes thermisches Siliziumoxid benutzt, im Gegensatz zu dem amorphen Siliziumoxid, das durch Dampfkondensation der Silane oder durch Niederschlag einer SiliziumoxiΔλösung gewonnen wird.
- Im Rahmen der Erfindung versteht man unter der Bezeichnung "thermisches Silicafume" ausschliesslich amorphes Siliziumoxid, das man durch Kondensation von SiO-Dämpfen aus der Elektroschmelze bei sehr hoher Temperatur, meistens bei 2000ºC aus Siliziumhaltigen Verbindungen erhält; besagtes Alkalisilikat bekommt man hauptsächlich durch Auflösung mit Hilfe einer konzentrierten NaOH und/oder KOH-Lösung.
- In dem Beispiel, das man bei der Erfindung bevorzugt, wird das thermische Silicafume speziell durch Elektroschmelze von Zirkonsand zubereitet.
- Man kann ebenfalls thermisches Silicafume benutzen, das aus der Elektroschmelze anderer SiO&sub2;- haltigen Materialien herrührt, wie besonders auch Silicafume, das aus der Produktion der Legierungen Eisen-Silizium herrührt. Im letzeren Fall wird es manchmal nötig sein, das Nebenprodukt einer BehanΔλung zu unterziehen, um entweder den Kohlenstoff oder das Metalloid Silizium zu entziehen. Das thermische Silicafume, das im Rahmen dieser Erfindung benutzt wird enthält höchstens 10 Gewichtsprozente Al&sub2;O&sub3; und mindestens 90% Gewichtsprozente SiO&sub2;.
- Der vorherige Wissensstand der Technik ist, was die Eigenschaften der Alkalisilikate betrifft, hinreichend bekannt. In der Zeitschrift "Industrial and Engineering Chemistry", Vol. 61, Nr4, April 1969, pp 29-44 findet man unter "Properties of soluble silicates" eine erschöpfende Studie über die physikalischen Eigenschaften der Alkalisilikatlösungen.
- Folgende Tabelle fasst den Hauptunterschied zwischen den Lösungen des voherigen Wissensstandes und den Alkalisilikaten, die das Produkt vorliegender Erfindung sind, zusammen. Viskosität bei 20ºC und Konzentration der lösliche Alkalisilikate Molarverhältnis Viskosität Konzentration vorheriger Wissenstand vorliegende Erfindung Beispiel 1)
- Die löslichen Silikate, die man im Rahmen der Erfindung bekommt, sind in einem gewissen Zeitraum nicht beständig. Ihre Viskosität steigt an, diese Erhöhung hängt von der Temperatur ab. So erreicht bei 20ºC die Viskosität die anfangs bei 200 mPa.s liegt, nach 5 Stunden 500 mPa.s. Diese Zeit, oder Lebensdauer oder "Pot-Life" reicht für eine Geopolymerisation des Poly(sialat-disiloxo) (M)-PSDS, Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-)n völlig aus.
- Das zweite Reagens, das das Hauptziel der Erfindung realisieren soll, ist das Aluminosilikatoxid (Si&sub2;O&sub5;,Al2O2) in welchem das Kation Al sich in IV-V Koordination befindet, wie durch das ²&sup7;Al MAS-NMR Spektrum gezeigt wird. Dieses Aluminosilikatoxid (Si&sub2;O&sub5;, Al2O2) wird durch thermische BehanΔλung von natürlichen hydratisierten Aluminosilikaten gewonnen, in welchen das Al Kation in sechser Koordination (VI) sich befindet, wie es sich in dem ²&sup7;Al MASNMR-Spektrum zeigt.
- Das ²&sup7;Al MASNMR-Spektrum zeigt in der Tat zwei Spitzen, eine um 50-60 ppmn charakteristische für die Al-vierer Koordination Al(IV), die andere um 25-35 ppm, was etliche Autoren als eine Al(V) Koordination definieren.
- Das dritte Reagens, das in vorliegender Erfindung benutzt wird, ist das Natriumfluosilikat Na&sub2;SiF&sub6; in Pulverform. Es hat eine zweifache Wirkungsweise. Zuerst weiss man vom vorherigen Wissensstand, dass es mit Alkalisilikat, unter Niederschlag von kolloidalem SiO&sub2; und Bildung von Natriumfluorid NaF oder Kaliumfluorid KF reagiert.
- Wenn sich das kolloidale SiO&sub2; unter Röntgenstrahlen amorph zeigt, so sind die Alkalifluoride völlig kristallin und leicht in ihren Röntgendiffraktionsdiagrammen sichtbar zu machen. Doch zur grossen Überraschung des Antragstellers zeigte sich bei dem Röntgendiffraktions-diagrammen keinerlei kristallines Natriumfluorid und/oder Kaliumfluorid.
- In Gegenteil gab die Röntgendiffraktion die Anwesenheit von Fluoroaluminat M3AlF6, Kryolith Na&sub3;AlF&sub6;, wenn das Reaktionsmilieu nur natriumhaltig war, oder Elpasolith K&sub2;NaAlF&sub6; (nach Diagramm der Pulver Karteikarte ASTM 22-1235) in Gegenwart eines kaliumhaltigen Milieus, zu erkennen. Weiter noch, zur grossen Überraschung des Antragstellers, stellte sich eine ausgesprochene Verlangsamung der Erhärtungsgeschwindigkeit des Geopolymerharzes ein.
- Dies ist absolut ungewöhnlich, da im allgemeinen das Natriumfluosilikat Na&sub2;SiF&sub6; als Härter in den Alkalisilikatbindern gilt, und seine Wirkungsweise manchmal ausserordentlich schnell ist.
- Hier im Gegenteil wirkt das Natriumfluosilikat als Verzögerer der Bindung. Wenn man die Erhärtungsgeschwindigkeiten der geopolymeren Reaktionsmischungen, mit oder ohne Zugabe von Na&sub2;SiF&sub6; betrachtet, kann man eine ausgesprochene Verlängerung der Lebendsdauer des Harzes bei 20ºC oder "pot-life" feststellen.
- In den beschriebenen Beispielen der Patenanmeldung, die zur selben Zeit wie diese angemeldet wurde, welche ein Verfahren zum Erhalt von Poly(sialatdisiloxo) Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-)n, (M)-PSDS, beschreibt, dauert der "pot-life" 5 bis 10 Stunden bei 20ºC, mit einer Erhärtungsgeschwindigkeit von 30 Minuten bei 60ºC.
- Der Zusatz von 10 Gewichtsprozenten Na&sub2;SiF&sub6; bewirkt im Gegenteil in den selben Mischungen ein "pot-life" von 48 Stunden und eine Erhärtungsgeschwindigkeit von 3 Stunden bei 60ºC.
- Das Fluoroaluminat M&sub3;AlF&sub6;, wie das Kryolith Na&sub3;AlF&sub6; oder Elpasolith K&sub2;NaAlF&sub6;, stammt aus der Reaktion des Natriumfluosilikats mit dem Al-Kation, speziell in (IV-V) Koordination. Es stammt ebenfalls aus dem amorphen Al&sub2;O&sub3; (wahrscheinlich in IV-V Koordination), das im thermischen SiO&sub2; vorhanden ist. Es ist sein Schmelzpunkt, der bei 900ºC liegt oder zusammen mit einigen eutektischen Gemischen mit einem Schmelzpunkt von 700ºC, der den Verwendungsbereich dieser Geopolymere bestimmt.
- Das durch den Einfluss von Fluosilikat gefällte amorphe SiO&sub2; befindet sich in einer hydratisierten Phase, SiO&sub2;,H&sub2;O vom Typus Opal CT. Je grösser die Menge von SiO&sub2;,H&sub2;O- Phase vom Typus Opal CT ist, desto ausgeprägter ist der Cristobalit-Charakter der geopolymeren Verbindung. Im folgenden wird der Cristobalit-Charakter durch einen sehr charakteristischen Abbruch der Dilatationskurve beim Abkühlen bei 200ºC definiert. Man kann einerseits die Konzentintion von SiO&sub2; durch die Stärke des Abbruches in der Cristobalit-Dilatationskurve, andererseits anhand des Wertes des Koeffizienten der thermischen linearen Dilatation Δ1.10-6/ºC verfolgen. So kann man 3 Klassen von Geopolymeren (K, Na, F) PSDS unterscheiden, abhängig von der Konzentration der Phase des Siliziumdioxids SiO&sub2;,H&sub2;O, und dem thermischen linearen Ausdehnungskoeffizient Δλ:
- a) Δλ< 10.10-6/ºC, mit schwachem Cristobalit-Charakter;
- Geopolymerische Verbindung die folgendes enthält:
- - 10 bis 25 Gewichtsteile der Siliziumphase SiO&sub2;,H&sub2;O vom Typus Opal CT,
- - 90 bis 75 Gewichtsteile des alkalischen Fluoro-poly(sialat-disiloxo) (K,Na,F)-PSDS mit der Formel
- - 2 bis 15 Gewichtsteile Elpasolit mit der Formel K&sub2;NaAlF&sub6;,
- b) 10.106/ºC< Δλ< 20.10-6/ºC, mit mässigem Cristobalit-Charakter;
- Geopolymerische Verbindung, die folgendes enthält:
- - 26 bis 75 Gewichtsteile der Siliziumphase SiO2,H2O vom Typus Opal CT,
- - 74 bis 25 Gewichtsteile des alkalischen Fluoro-poly(sialat-disiloxo) (K,Na,F)-PSDS mit der Formel
- - 2 bis 15 Gewichtsteile Elpasolit mit der Formel K&sub2;NaAlF&sub6;,
- c): Δλ> 20.10-6/ºC starker Cristobalit-Charakter
- Geopolymerische Verbindung, die folgendes enthält:
- - 76 bis 95 Gewichtsteile der Siliziumphase SiO&sub2;,H&sub2;O vom Typus Opal CT,
- - 24 bis 2 Gewichtsteile des alkalischen Fluoro-poly(sialat-disiloxo) (K,Na,F)-PSDS mit der Formel
- - 2 bis 15 Gewichtsteile Elpasolit mit der Formel K&sub2;NaAlF&sub6;.
- Schon im vorherigen Wissensstand ist der Gebrauch von thermischem Siliziumdioxid zur Herstellung von Alkalisilikatlösungen bekannt. Doch, der vorherige Wissensstand hatte zum Ziel, dauerhafte Lösungen herzustellen, die man aufbewahren und kommerziell in Form von Silikatlösungen verwerten konnte. Das ist auch die Erklärung dafür, warum im vorherigen Wissensstand die vorgeschlagenen molaren Verhältnisse M&sub2;O:SiO&sub2; oberhalb von 1:3,5 liegen, anstatt zwischen 1:4, und 1:6,5, wie es in vorliegender Erfindung nötig ist. Man kennt zum Beispiel die verschiedenen Verfahren, mit denen von Silicafume ausgehend, man Nebenprodukte der Ferro-Silizium Legierungen herstellen kann, wie Natriumsilikat Lösungen, die dazu bestimmt sind, als Binder in der Giesserei-Industrie zu dienen, wie in den Patenten EP 059,088, oder den japanischen Patentanträgen JP 74134599 (Chemical Abstracts 082:142233, 1975), JP 75140699 (Chemical Abstracts 084-137974, 1976).
- In dem Verfahren vorliegender Erfindung erhöht sich die Viskosität des Geopolymerharzes mit der Zeit. Das Harz kann also nicht gelagert werden. Aus diesem Grund besteht das bevorzugte Verfahren der Erfindung darin, das thermische Silicafume mindestens in zwei Arbeitsgängen aufzulösen, so kann man die verschiedenen Bestandteile lagern.
- In der zum Erhalt des Geopolymerharzes bevorzugten Methode bereitet man einzeln zu:
- a) eine wässerige Lösung von Kaliumsilikat mit dem Molarverhältnis
- K&sub2;O:SiO&sub2; 1:1
- in einer Konzentration von 50%,
- b) ein Pulver, das aus einem Aluminosilikatoxid (Si&sub2;O&sub5;,Al&sub2;O&sub2;), in welchem das Kation Al sich in IV-V Koordination befindet wie durch das ²&sup7;Al MAS-NMR Spektrum gezeigt wird, einem Natriumfluorosilikat Na&sub2;SiF&sub6; und einem thermischen Silicafume (15Si&sub2;O&sub5;,Al&sub2;O&sub2;) besteht.
- In der Mischung des Bestandteile a)+b) (wobei der Wassergehalt unter 30 Gewichtsprozenten liegt) beträgt die Anfangsviskosität des geopolymeren Harzes 350-500 mPa.s und das Molarverhältnis der Oxide zwischen
- Al&sub2;O&sub3;:M&sub2;O 1:1.0 und 1:20
- Al&sub2;O&sub3;:SiO&sub2; 1:5.5 und 1:75
- M&sub2;O:H&sub2;O 1:5.0 und 1:12.0
- Al&sub2;O&sub3;:F- 1:0.5 und 1:50 liegt.
- Dann lässt man das besagte geopolymere Harz reifen, um die Auflösung besagten thermischen Silicafumes zu erlauben, die Viskosität nimmt dann ab bis zu einem Minium von 250-300 mPa.s; bei Beginn der Geopolymerisationsphase nimmt sie wieder zu; dies stellt die Phase dar bei der das geopolymere Harz gebrauchsbereit ist.
- Eine weitere unerwartet gute Eigenschaft ist die lange Lebensdauer oder "pot-life" des Geopolymerharzes.
- Selbst mit dem relativ hohen Natriumfluosilikat-Anteil Na&sub2;SiF&sub6; findet keine Ausfällung der Alkalisilikatlösung statt. Bei einer Temperatur von 20ºC kann das Geopolymerharz 48 Stunden aufbewahrt werden.
- Als Alkalihydroxid kann entweder NaOH oder KOH oder eine Mischung von NaOH+KOH benutzt werden, wir bevorzugen Kaliumhydroxid, KOH. Das Geopolymer Poly(sialat-disiloxo) (M,F)-PSDS, Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-)n,nF soll vom Typus (Na,F)-PSDS sein, wenn das Alkalisilikat aus Natriumsilikat besteht, und vom Typus (K,F)-PSDS mit einem Kaliumsilikat, oder eventuell vom Typus (K,Na,F)-PSDS, wenn im selben Reaktionsgemisch die Silkate des Natriums und Kaliums vorhanden sind.
- Das Molarverhältnis des Oxids wechselt in den Geopolymerharzen in Funktion der gewünschten thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Für die drei oben erwähnten Klassen haben wir folgendes definiert:
- a) Δλ< 10.10-6/ºC, mit schwachem Cristobalit-Charakter;
- Al&sub2;O&sub3;:M&sub2;O 1:1.0 und 1:1.6
- Al&sub2;O&sub3;:SiO&sub2; 1:5.5 und 1:6.6
- M&sub2;O:H&sub2;O 1:11.0
- Al&sub2;O&sub3;:F- 1:1 und 1:3
- b) 10.106/ºC< Δλ< 20.10-6/ºC mit mässigem Cristobalit-Charakter;
- Al&sub2;O&sub3;:M&sub2;O 1:1.65 und 1:3.0
- Al&sub2;O&sub3;:SiO&sub2; 1:6.65 und 1:10.95
- M&sub2;O:H&sub2;O 1:6.35
- Al&sub2;O&sub3;:F- 1:3.10 und 1:7.95
- c): Δλ> 20.10-6/ºC mit starkem Cristobalit-Character
- Al&sub2;O&sub3;:M&sub2;O 1:3.1 und 1:20
- Al&sub2;O&sub3;:SiO&sub2; 1:11 und 1:73
- M&sub2;O:H&sub2;O 1:6.78
- Al&sub2;O&sub3;:F- 1:8.0 und 1:48
- Mit folgenden Beispielen kann man vorliegende Erfindung anschaulich machen. Sie begrenzen allerdings nicht die globale Reichweite der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen dargestellt wird. Die Beziehungen zwischen den Oxiden sind als Molarverhältnisse gegeben und die angegebenen Teile sind in Gewichtsverhältnisse ausgedrückt.
- Das thermische Silicafume, das in den Beispielen herangezogen wird, wurde durch Kondensation und Abkühlung der SiO- und AlO-Dämpfe bei der Elektroschmelze des Zirkons hergestellt. Die chemische Zusammensetzung dieser Kielselerde (Gewichte der Hauptoxide) ist folgende:
- SiO&sub2; 94,24
- Al&sub2;O&sub3; 3,01
- CaO 0,04
- Feuerverlust 0,95
- was einem Silico-aluminat-oxid mit der Formel (15 SiO&sub2;,AlO&sub2;) entspricht.
- Es wird eine Kaliumsilkatlösung zubereitet, die enthält:
- thermische Kieselerde 152g
- KOH 50g
- Wasser 82,4g
- Um jede Erwärmung zu vermeiden, wird zuerst die Lösung von KOH mit Wasser angefertigt und im Kühlschrank bis auf 5ºC abgekühlt. Dann wird die thermische Kieselerde hinzugefügt, und man wartet bis nach 90 Minuten, bei 5ºC, alles gelöst ist. Die Mischung wird bei Zimmertemperatur benutzt; die Viskosität der Lösung beträgt 200 mPa.s. Sie verdickt sich sehr langsam und erreicht nach 5 Stunden 500 mPa.s, wenn die Temperatur von 20ºC beibehalten wird. Diese Lösung hat ein Molarverhältnis von:
- K&sub2;O:SiO&sub2; = 1:5,6
- K&sub2;O:H&sub2;O = 1:11,2
- Die Konzentration der Feststofte beträgt 69 Gewichtsprozente.
- Zu 285g der Lösung aus Beispiel 1 wird 45g Aluminosilikat (Si&sub2;O&sub5;,Al&sub2;O&sub2;) hinzugefügt, in welchem das Al Kation sich in IV-V Koordination befindet, wie durch das ²&sup7;Al MAS-NMR Spektrum gezeigt wird und in obigem Text definiert wurde.
- Das Geopolymerharz, das man erhält, hat eine Viskosität von 395 mPa.s, es wird in eine Form gegossen und im Trockenschrank auf 60ºC erhitzt. Die Erhärtung erfolgt in 30 Minuten, dann nimmt man es aus der Form heraus und lässt es bei 60ºC trocknen. Die Dichte des Geopolymers liegt bei d= 1,45 g/ml.
- Zu 285g der Lösung aus Beispiel 1 wird 45g Aluminosilikat (Si&sub2;O&sub5;,Al&sub2;O&sub2;) hinzugefügt, in welchem sich das Kation Al in IV-V Koordination befindet, wie durch das ²&sup7;Al MAS-NMR Spektrum gezeigt wird und 45g pulverförmiges Natriumfluosilikat Na&sub2;SiF&sub6;.
- Das Geopolymerharz , das man erhält, hat eine Viskosität von 450 mPa.s, es wird in eine Form gegossen und im Trockenschrank auf 60ºC erhitzt. Die Erhärtung erfolgt in 3 Stunden, dann nimmt man es aus der Form heraus und lässt es bei 60ºC trocknen. Die Dichte des Geopolymers liegt bei d= 1,70 g/ml.
- Mit der thermischen Kieselerde, dem Kaliumhydroxid KOH, fertigt man eine Kaliumsilikatlösung an, in einem Molarverhältnis K&sub2;O:SiO&sub2; = 1 und einer Konzentration der Feststoffe SiO&sub2;+K&sub2;O von 50%. Diese Lösung ist beständig und kann also aufbewahrt werden.
- Zu der Lösung von Beispiel 4) fügt man hinzu
- - die thermische Kielserde
- - das Oxid (Si&sub2;O&sub5;,Al&sub2;O&sub2;), in welchem sich das Al Kation sich in IV-V Koordination befindet, wie durch das ²&sup7;Al MAS-NMR Spektrum gezeigt wird,
- - das pulverförmige Natriumfluosilikat Na&sub2;SiF&sub6;, in einer Menge, so dass im Reaktionsgemisch die Molarverhältnisse folgende sind
- Al&sub2;O&sub3;:M&sub2;O 1:2,44
- Al&sub2;O&sub3;:SiO&sub2; 1:9,37
- M&sub2;O:H&sub2;O 1:6.35
- Al&sub2;O&sub3;:F- 1:5,94
- der Wassergehalt liegt bei 17,5 Gewichtsprozenten, die Anfangsviskosität des Geopolymerharzes ist 400 mPa.s.
- Dann lässt man das besagte geopolymere Harz reifen, um die Auflösung besagten thermischen Silicafumes zu erlauben, die Viskosität nimmt dann ab bis zu einem Minium von 250-300 mPa.s; bei Beginn der Geopolymerisationsphase nimmt sie wieder zu; dies stellt die Phase dar, bei der das geopolymere Harz gebrauchsbereit ist. Der "pot-life" beträgt 48 Stunden bei 20ºC.
- Das Harz wird in eine Form gegossen und im Trockenschrank auf 60ºC erhitzt. Die Erhärtung erfolgt in 3 Stunden, dann nimmt man es aus der Form heraus und lässt es bei 60ºC trocknen. Die Dichte des Geopolymers liegt bei d= 1,70 g/ml.
- Man prüft die Dilatations-Schrumpfkurve. Die erste Schrumpfung, durch Dehydratation bedingt, beträgt 2%, ohne jegliche Hinzufügung eines Füllers. Bringt man das Material bis auf 600º C erscheinen keinerlei Spünge. Nach einer ersten Dehydroxilierung zeigt die Schrumpfungskurve den charakteristischen Cristobalit-Knick bei 210ºC. Der thermische lineare Ausdehnungskoeffizient beträgt Δλ=15,10-6/ºC.
- Die Geopolymerverbindung gehört zum Typus mit mässigem Cristobalitgehalt und setzt sich zusammen aus:
- (K,Na)-PSDS 40%
- Kieselsäurephase SiO&sub2;, H&sub2;O 35%
- Elpasolit 12%
- Wasser qsp 100%
- Zu der Lösung von Beispiel 4) fügt man hinzu
- - die thermische Kieselerde
- - das pulverförmige Natriumfluosilikat Na&sub2;SiF&sub6;, in einer Menge, so dass im Reaktionsgemisch die Molarverhältnisse folgende sind
- Al&sub2;O&sub3;:M&sub2;O 1:20
- Al&sub2;O&sub3;:SiO&sub2; 1:73
- M&sub2;O:H&sub2;O 1:6,78
- Al&sub2;O&sub3;:F- 1:48
- der Wasserghalt liegt bei 26,5 Gewichtsprozenten, die Anfangsviskosität des Geopolymerharzes ist 350 mPa.s.
- Dann lässt man das besagte geopolymere Harz reifen, um die Auflösung besagten thermischen Silicafumes zu erlauben, die Viskosität nimmt dann ab bis zu einem Minium von 250 mPa.s; bei Beginn der Geopolymerisationsphase nimmt sie wieder zu; dies stellt die Phase dar bei der das geopolymere Harz gebrauchsbereit ist. Der "pot-life" beträgt 48 Stunden bei 20ºC.
- Das Harz wird in eine Form gegossen und im Trockenschrank auf 60ºC erhitzt. Die Erhärtung erfolgt in 3 Stunden, dann nimmt man es aus der Form heraus und lässt es bei 60ºC trocknen. Die Dichte des Geopolymers liegt bei d= 1,85 g/ml.
- Man prüft die Dilatations-Schrumpfkurve. Die erste Schrumpfung, durch Dehydratation bedingt, beträgt 1,8%, ohne jegliche Hinzufügung eines Füllers. Bringt man das Material bis auf 600ºC erscheinen keinerlei Spünge. Nach einer ersten Dehydroxilierung zeigt die Schrumpfungskurve den charakteristischen Cristobalit-Knick bei 210ºC. Der thermische lineare Ausdehnungskoeffizient beträgt Δλ=30.10-6/ºC.
- Die Geopolymerverbindung gehört zum Typus mit mässigem Cristobalitgehalt und setzt sich zusammen aus:
- (K,Na)-PSDS 3,56%
- Kieselsäurephase SiO&sub2;, H&sub2;O 78%
- Elpasolit 3,5%
- Wasser qsp 100%
- Zu der Lösung von Beispiel 4) fügt man hinzu
- - die thermische Kielserde
- - das Oxid (Si&sub2;O&sub5;,Al&sub2;O&sub2;), in welchem sich das Kation Al sich in IV-V Koordination befindet, wie durch das ²&sup7;Al MAS-NMR Spektrum gezeigt wird
- - das pulverförmige Natriumfluosilikat Na&sub2;SiF&sub6;.
- in einer Menge, so dass im Reaktionsgemisch die Molarverhältnisse folgende sind
- Al&sub2;O&sub3;:M&sub2;O 1:1,71
- Al&sub2;O&sub3;:SiO&sub2; 1:6,28
- M&sub2;O:H&sub2;O 1:11
- Al&sub2;O&sub3;:F- 1:1,55
- der Wassergehalt liegt bei 23,5 Gewichtsprozenten, die Anfangsviskosität des Geopolymerharzes ist 480 mPa.s.
- Dann lässt man das besagte geopolymere Harz reifen, um die Auflösung besagten thermischen Silicafumes zu erlauben, die Viskosität nimmt dann ab bis zu einem Minium von 300 mPa.s; bei Beginn der Geopolymerisationsphase nimmt sie wieder zu; dies stellt die Phase dar bei der das geopolymere Harz gebrauchsbereit ist. Der "pot-life" beträgt 48 Stunden bei 20ºC.
- Das Harz wird in eine Form gegossen und im Trockenschrank auf 60ºC erhitzt. Die Erhärtung erfolgt in 3 Stunden, dann nimmt man es aus der Form heraus und lässt es bei 60ºC trocknen. Die Dichte des Geopolymers liegt bei d= 1,60 g/ml.
- Man prüft die Dilatations-Schrumpfskurve. Die erste Schrumpfung, durch Dehydratation bedingt, beträgt 2,7%, ohne jegliche Hinzufügung eines Fü llers. Bringt man das Material bis auf 600ºC erscheinen keinerlei Risse. Nach einer ersten Dehydroxilierung zeigt die Schrumpfungkurve einen schwachen charakteristischen Cristobalit-Knick bei 210ºC. Der thermische lineare Ausdehnungskoeffizient beträgt Δλ=7.10-6/ºC.
- Die Geopolymerverbindung gehört zum Typus mit mässigem Cristobalitgehalt und setzt sich zusammen aus:
- (K,Na)-PSDS 79%
- Kieselsäurephase SiO&sub2;, H&sub2;O 11%
- Elpasolit 6,5%
- Wasser qsp 100%
- Im Vergleich zu den Geopolymeren des vorherigen Wissensstand wird der Fachmann es zu schätzen wissen, ein Geopolymer zu seiner Verfügung zu haben, das weitaus beständiger bei hoher Temperatur ist, ohne das sich dabei Risse bilden. Die Tatsache, dass man nicht gezwungen ist, Füller hinzu zugeben, um zu verhindern, dass sich in der geopolymeren Matrix Risse bilden, erlaubt es die Viskosität des Geopolymerharzes sehr niedrig zu halten. So zeigt sich ein gewisser Vorteil, wenn man Fasern oder anderes granulöses Material imprägnieren muss. Ein weiterer gewisser Vorteil für das Material, das man mit diesem Binder herstellen kann, besteht darin, dass bis 600ºC keine Schrumpfung durch Dehydratation und Dehydroxylation auftritt. So kann man vor allem eine ideale Übereinstimmung zwischen dem dilatometrischen Betragen der Fuiller, Faserverstärker und der geopolymeren Matrix erreichen. Man ist in der Lage den linearen Ausdehnungskoeffizienten für die geopolymere Verbindung exakt auszuwählen. Die Zone für Δλ reicht von 5.10-6/ºC bis 35.10-6/ºC, was bedeutet, dass sie sich genau den Stoffen mit schwacher Dilatation, wie Vitro-SiO&sub2;, Karbonfaser oder SiC-Faser anpasst, wie auch den Stoffen mit starker Dilatation, vom Glas bis zu den Keramischen Werkstoffen. Besonders ist man mit dem geopolymeren Binder der vorliegender Erfindung in der Lage, Beläge herzustellen, die auch bei höherer Temperatur in ihrem dilatometrischen Betragen identisch sind mit der Unterlage.
- Der Fachmann kann auch Änderungen mit dem Verfahren vornehmen welches nur als Beispiel beschrieben wurde, und somit im Rahmen der Erfindung bleiben.
Claims (14)
1) Fluoro-aluminiumsilikat Geopolymer dessen Zusammensetzung in dehydratiertem
Zustand in Oxid ausgedrückt ist wie folgt:
yM&sub2;O:Al&sub2;O&sub3;:x SiO&sub2;:wF2-
wobei x einen Wert darstellt, der zwischen 5,5 und 75 liegt, y einen Wert darstellt der
zwischen 1 und 20 liegt, w einen Wert darstellt, der zwischen 0,5 und 50 liegt, dadurch
gekennzeichnet, dass nach Erhärten, besagtes Geopolymer aus einer geopolymerischen
Verbindung besteht die:
a) ein Geopolymer vom Typus des Fluoro-alkali-poly(sialat-disiloxo) (M,F)-PSDS mit der
Formel
b) ein alkalisches Aluluminiumfluorid M3AlF6;
c) eine Siliziumphase SiO&sub2;,H&sub2;O vom Typus Opal CT; enthält
in welchem M das Alkali Na und/oder K darstellt, n den Polymerisationsgrad darstellt, das
besagte Fluoro-alkali-poly(sialat-disiloxo) Geopolymer ein Al Kation in vierer Koordination
vom Typus Al4(Q4) wie es das ²&sup7;Al MAS-NMR Analysenspektrum zeigt, besagte
Siliziumphase SiO&sub2;,H&sub2;O eine charakteristische dilatometrische Kurve des SiO&sub2; in
Cristobalit-Phase besitzt, besagtes alkalisches Aluminiumfluorid durch sein
Röntgen-Diffraktionsspektrum bestimmt ist.
2) Geopolymerische Verbindung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass wenn M
das Na Kation ist, besagtes alkalisches Aluminiumfluorid das Cryolit Na&sub3;AlF&sub6; darstellt.
3) Geopolymerische Verbindung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass wenn M
aus einer Mischung des K Kations und des Na Kations besteht, besagtes alkalisches
Aluminiumfluorid das Elpasolit mit der Formel K&sub2;NaAlF&sub6; darstellt.
4) Geopolymerische Verbindung nach Anspruch 3), dadurch gekennzeichnet, dass sie:
- 10 bis 95 Gewichtsteile der Siliziumphase SiO&sub2;,H&sub2;O vom Typus Opal CT,
- 2 bis 90 Gewichtsteile des alkalischen Fluoro-poly(sialat-disiloxo) (K,Na,F)-PSDS mit
der Formel
- 2 bis 15 Gewichtsteile Elpasolit mit der Formel K&sub2;NaAlF&sub6;, enthält.
5) Geopolymerische Verbindung nach Anspruch 3), dadurch gekennzeichnet, dass sie:
- 10 bis 25 Gewichtsteile der Siliziumphase SiO&sub2;,H&sub2;O vom Typus Opal CT,
- 90 bis 75 Gewichtsteile des alkalischen Fluoro-poly(sialat-disiloxo) (K,Na,F)-PSDS mit
der Formel
- 2 bis 15 Gewichtsteile Elpasolit mit der Formel K&sub2;NaAlF&sub6;, enthält;
besagte geopolymerische Verbindung einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat von
Δλ < 10.10-6/ºC hat.
6) Geopolymerische Verbindung nach Anspruch 3), dadurch gekennzeichnet, dass sie:
- 26 bis 75 Gewichtsteile der Siliziumphase SiO&sub2;,H&sub2;O vom Typus Opal CT,
- 74 bis 25 Gewichtsteile des alkalischen Fluoro-poly(sialat-disiloxo) (K,Na,F)-PSDS mit
der Formel
- 2 bis 15 Gewichtsteile Elpasolit mit der Formel K&sub2;NaAlF&sub6;, enthält;
besagte geopolymerische Verbindung einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat von
10.106/ºC< Δλ< 20.10-6/ºC hat.
7) Geopolymerische Verbindung nach Anspruch 3), dadurch gekennzeichnet, dass sie:
- 76 bis 95 Gewichtsteile der Siliziumphase SiO&sub2;,H&sub2;O vom Typus Opal CT,
- 24 bis 2 Gewichtsteile des alkalischen Fluoro-poly(sialat-disiioxo) (K,Na,F)-PSDS mit
der Formel
- 2 bis 15 Gewichtsteile Elpasolit mit der Formel K&sub2;NaAlF&sub6;, enthält;
besagte geopolymerische Verbindung einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von
Δλ> 20.10-6/ºC hat.
8) Verfahren zur Herstellung eines Geopolymeres nach irgend einem der Ansprüche 1) bis
7) dadurch gekennzeichnet, dass man ein geopolymerisches Harz reagieren lässt, das aus
folgender Reaktionsmischung erhalten wurde:
a) eine alkalische Lösung von thermischem Silicafume mit dem Molarvehältnis SiO&sub2;:M&sub2;O
zwischen oder gleich
SiO&sub2;:M&sub2;O 4.0:1 und 6.6:1
deren Konzentration höher als 60 Gewichtsprozentanteil ist und deren Anfangsviskosität bei
20ºC 0,2 Pa.s beträgt, dann in die Höhe geht, aber nicht 0,5 Pa.s innerhalb 5 Stunden bei
20ºC übersteigt;
b) ein Aluminosilikatoxid (Si&sub2;O&sub5;,Al&sub2;O&sub2;), in welchem sich das Al Kation sich in IV-V
Koordination befindet, wie durch das ²&sup7;Al MAS-NMR Spektrum gezeigt wird,
c) Natriumfluosilikat Na&sub2;SiF&sub6;.
wobei in der Mischung der Bestandteile a)+b+c) der Wassergehalt unter 30
Gewichtsprozenten liegt, die Anfangsviskosität des geopolymeren Harzes bei 350-500
mPa.s liegt und das Molarverhältnis der Oxide zwischen oder gleich
Al&sub2;O&sub3;:M&sub2;O 1:1.0 und 1:20
Al&sub2;O&sub3;:SiO&sub2; 1:5.5 und 1:75
M&sub2;O:H&sub2;O 1:5.0 und 1:12.0
Al&sub2;O&sub3;:F- 1:0.5 und 1:50
ist, dann lässt man das besagte geopolymere Harz erhärten.
9) Verfahren zur Bereitung eines Geopolymers nach irgendeiner der Ansprüche 1) bis 7)
dadurch gekennzeichnet, dass, um besagtes geopolymeres Harz zu erhalten, man getrennt
zubereitet:
a) eine wässerige Lösung von Kaliumsilikat mit dem Molarverhältnis
K&sub2;O:SiO&sub2; 1:1
in einer Konzentration von 50%,
b) ein Pulver, aus einem Aluminosilikatoxid(Si&sub2;O&sub5;,Al&sub2;O&sub2;) in welchem das Al Kation sich
in IV-V Koordination befindet, wie durch das ²&sup7;Al MAS-NMR Spektrum gezeigt wird,
einem Natriumfluorosilikat Na&sub2;SiF&sub6; und einem thermischen Silicafume (15SiO&sub2;,AlO&sub2;).
besteht;
das geopolymerische Harz, das aus der Mischung der Bestandteile a)+b) hervorgeht, wobei
der Wassergehalt unter 30 Gewichtsprozenten liegt, die Anfangsviskosität des
geopolymeren Harzes bei 350-500 mPa.s liegt und das Molarverhältnis der Oxide zwischen
oder gleich ist
Al&sub2;O&sub3;:M&sub2;O 1:1.0 und 1:20
Al&sub2;O&sub3;:SiO&sub2; 1:5.5 und 1:75
M&sub2;O:H&sub2;O 1:5.0 und 1:12.0
Al&sub2;O&sub3;:F- 1:0.5 und 1:50
dann lässt man das besagte geopolymere Harz reifen, um die Auflösung besagten
thermischen Silicafumes zu erlauben, die Viskosität nimmt dann ab bis zu einem Minium
von 250-300 mPa.s; bei Beginn der Geopolymerisationsphase nimmt sie wieder zu; dies
stellt die Phase dar bei der das geopolymere Harz gebrauchsbereit ist.
10) Verfahren zur Bereitung eines Geopolymers nach den Ansprüchen 5) und 9) dadurch
gekennzeichnet, dass, um besagtes geopolymeres Harz zu erhalten, man getrennt zubereitet:
a) eine wässerige Lösung von Kaliumsilikat mit dem Molarverhältnis
K&sub2;O:SiO&sub2; 1:1
in einer Konzentration von 50%,
b) ein Pulver, aus einem Aluminosilikatoxid (Si&sub2;O&sub5;,Al&sub2;O2) in welchem das Al Kation sich
in IV-V Koordination befindet, wie durch das ²&sup7;Al MAS-NMR Spektrum gezeigt wird,
einem Natriumfluorosilikat Na&sub2;SiF&sub6; und einem thermischen Silicafume (15SiO&sub2;,AlO&sub2;)
besteht;
das geopolymerische Harz, das aus der Mischung der Bestandteile a)+b) hervorgeht, wobei
der Wassergehalt unter 30 Gewichtsprozenten liegt, die Anfangsviskosität des
geopolymeren Harzes bei 350-500 mPa.s liegt und das Molarverhältnis der Oxide zwischen
oder gleich ist
Al&sub2;O&sub3;:M&sub2;O 1:1.0 und 1:1.6
Al&sub2;O&sub3;:SiO&sub2; 1:5.5 und 1:6.6
M&sub2;O:H&sub2;O 1:11.0
Al&sub2;O&sub3;:F- 1:1 und 1:3
dann lässt man das besagte geopolymere Harz reifen, um die Auflösung besagten
thermischen Silicafumes zu erlauben, die Viskosität nimmt dann ab bis zu einem Minium
von 250-300 mPa.s; bei Beginn der Geopolymerisationsphase nimmt sie wieder zu; dies
stellt die Phase dar bei der das geopolymere Harz gebrauchsbereit ist.
11) Verfahren zur Bereitung eines Geopolymers nach den Ansprüchen 6) und 9) dadurch
gekennzeichnet, dass, um besagtes geopolymer Harz zu erhalten, man getrennt zubereitet:
a) eine wässerige Lösung von Kaliumsilikat mit dem Molarverhältnis
K&sub2;O:SiO&sub2; 1:1
in einer Konzentration von 50%,
b) ein Pulver, aus einem Aluminosilikatoxid (Si&sub2;O&sub5;,Al&sub2;O&sub2;) in welchem das Al Kation sich
in IV-V Koordination befindet, wie durch das ²&sup7;Al MAS-NMR Spektrum gezeigt wird,
einem Natriumfluorosilikat Na&sub2;SiF&sub6; und einem thermischen Silicafume (15SiO&sub2;,AlO&sub2;)
besteht;
das geopolymere Harz, das aus der Mischung des Bestandteile a)+b) hervorgeht, wobei der
Wassergehalt unter 30 Gewichtsprozenten liegt, die Anfangsviskosität des geopolymeren
Harzes bei 350-500 mPa.s liegt und das Molarverhältnis der Oxide zwischen oder gleich ist
Al&sub2;O&sub3;:M&sub2;O 1:1.65 und 1:3.0
Al&sub2;O&sub3;:SiO&sub2; 1:6.65 und 1:10.95
M&sub2;O:H&sub2;O 1:6.35
Al&sub2;O&sub3;:F- 1:3.10 und 1:7.95
dann lässt man das besagte geopolymere Harz reifen, um die Auflösung besagten
thermischen Silicafumes zu erlauben, die Viskosität nimmt dann ab bis zu einem Minium
von 250-300 mPa.s; bei Beginn der Geopolymerisationsphase nimmt sie wieder zu; dies
stellt die Phase dar bei der das geopolymere Harz gebrauchsbereit ist.
12) Verfahren zur Bereitung eines Geopolymers nach den Ansprüchen 7) und 9) dadurch
gekennzeichnet, dass, um besagtes geopolymeres Harz zu erhalten, man getrennt zubereitet:
a) eine wässerige Lösung von Kaliumsilikat mit dem Molarverhältnis
K&sub2;O:SiO&sub2; 1:1
in einer Konzentration von 50%,
b) ein Pulver, aus einem Aluminosilikatoxid (Si&sub2;O&sub5;,Al&sub2;O&sub2;) in welchem das Al Kation sich
in IV-V Koordination befindet wie durch das ²&sup7;Al MAS-NMR Spektrum gezeigt wird,
einem Natriumfluorosilikat Na&sub2;SiF&sub6; und einem thermischen Silicafume (15SiO&sub2;,AlO&sub2;)
besteht;
das geopolymere Harz, das aus der Mischung des Bestandteile a)+b) hervorgeht, wobei der
Wassergehalt unter 30 Gewichtsprozenten liegt, die Anfangsviskosität des geopolymeren
Harzes bei 350-500 mPa.s liegt und das Molarverhältnis der Oxide zwischen oder gleich ist
Al&sub2;O&sub3;:M&sub2;O 1:3.1 und 1:20
Al&sub2;O&sub3;:SiO&sub2; 1:11 und 1:73
M&sub2;O:H&sub2;O 1:6.78
Al&sub2;O&sub3;:F- 1:8.0 und 1:48
dann lässt man das besagte geopolymere Harz reifen, um die Auflösung besagten
thermischen Silicafumes zu erlauben, die Viskosität nimmt dann ab bis zu einem Minium
von 250-300 mPa.s; bei Beginn der Geopolymerisationsphase nimmt sie wieder zu; dies
stellt die Phase dar bei der das geopolymere Harz gebrauchsbereit ist.
13) Gegenstände in jeder Form und Dimension, die durch Erhärten des nach irgend einem
der Ansprüche 8) bis 12) erhaltenen geopolymeren Harzes, hergestellt werden kann, sei es
durch Agglomeration mit mineralischen, metallischen und/oder organischen Füllstoffen, sei
es durch Imprägnieren von Fasern, Geweben, Vliesen oder Filzen.
14) Oberflächenbelag der eine geopolymeriche Verbindung enthält, nach eigendeinem der
Ansprüche 1) bis 7).
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