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Verfahren und Vorrichtung zur Aufbringung eines Überzuges aus Silikonmaterial auf einzelne Teilchen, wie Glaskörner oder Glasperlen
Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zur Behandlung getrennter Teil- chen und insbesondere ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zur Erzeugung eines Überzuges auf diesen Einzelteilchen bei kontinuierlicher Vorwärtsbewegung derselben entlang einem Vorschubweg.
Die Aufbringung eines Überzuges aus verschiedenen chemischen Stoffen auf getrennte oder abgeson- derte Teilchen hat viele industrielle Anwendungen. Beispielsweise ist es häufig vorteilhaft, auf Glaskör- ner, wie sie als Reflektoren für Autostrassen, Bordsteine, Strassenschilder und andere Oberflächen verwen- det werden, einen feuchtigkeitsdichten Überzug aufzubringen, um ein Zusammenkleben der Körner zu verhindern, wenn sie einer verhältnismässig feuchten Atmosphäre ausgesetzt sind. Derartige Körner ha- ben eine durchschnittliche Fläche von bis zu 325 cm2 pro 28, 35 g und bewegen sich in einem Durchmesserbereich von etwa 3, 175 mm bis herab zu 25 Mikron, bei einem mittleren Durchmesser von et- wa 0, 51 mm.
Insbesondere infolge dieser verhältnismässig grossen Oberfläche und kleinen Korngrösse wie auch wegen der Notwendigkeit, grosse Mengen dieser Körner mit einem Überzug zu versehen, ist die Auf- bringung des Überzugsmaterials auf die Körner ein verhältnismässig schwieriger Arbeitsvorgang.
Zur Aufbringung von feuchtigkeitsdichten Überzügen auf Glaskörner oder andere getrennte Teilchen sind bisher die verschiedensten Verfahren und Vorrichtungen angewendet worden. In einigen Fällen wurde eine Charge der Teilchen in einen geschlossenen Behälter oder Tank eingebracht und mit einem Silikonmaterial als feuchtigkeitsdichtes Mittel behandelt. Bei der Erhärtung haftete das Material an jedem der Teilchen und bildete einen feuchtigkeitsdichten Überzug.
In den letzten Jahren wurden, vor allem we- gen der Unmöglichkeit, mit derartigen mit Behältern arbeitenden Systemen grosse Mengen von kleinen Teilchen schnell und wirtschaftlich mit Überzügen zu versehen, Versuche gemacht, die Aufbringung des Überzuges auf die Teilchen in einem kontinuierlichen Verfahren vorzunehmen, indem das Silikonmaterial auf die Teilchen aufgesprüht und sodann unter Anwendung von Wärme gehärtet wird.
Die bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Aufbringung feuehtigkeitsdichter Überzüge dieser Art auf Glaskörner oder andere einzelne Teilchen weisen jedoch gewisse Nachteile auf. Beispielsweise ist es bis jetzt schwierig gewesen, das Überzugsmaterial gleichmässig und glatt auf jedes der zu behandelnden Körnchen aufzubringen, was zur Folge hatte, dass ein Teil der Körner nicht ausreichend gegen Feuchtigkeit geschützt war, während ein anderer Teil mit einem Überschuss an Überzugsmaterial versehen war. Ausserdem machten, insbesondere bei den bisher bekannten, kontinuierlich arbeitenden Verfahren und Vorrichtungen, Veränderungen der Feuchtigkeit und anderer Bedingungen häufig die Behandlung der Körner mit verhältnismässig hohen Temperaturen notwendig, um das darauf befindliche Überzugsmaterial ausreichend zu-härten.
Ausserdem, und dies ist von besonderer Bedeutung in solchen Fällen, in denen die Aufbringung des Überzuges in Verbindung mit der Herstellung der Körner erfolgt, ergaben sich Schwierigkeiten bezüglich der Erzielung der gewünschten Anpassungsfähigkeit (Flexibilität) ; weiterhin konnten Veränderungen der Menge und der Zusammensetzung des verwendeten Überzugsmate- terials sowie der Grösse und Zahl der zu überziehenden Körner nicht verwirklicht werden, ohne dass dabei
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die Wirksamkeit des Überzugsvorganges nachteilig beeinflusst wurde.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Aufbringung eines Überzuges, insbesondere eines feuch- tigkeitsdichten Überzuges, auf einzelne Teilchen, wie z. B. Glaskörner, geschaffen, während diese ent- lang einem Vorschubweg bewegt werden. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem Überzug zu versehenden Teilchen entlang des Vorschubweges bewegt werden, die
Tiefe der aus den Teilchen bestehenden Schicht auf einem Teil ihrer Bewegungsbahn vergrössert wird und die Teilchen während ihrer Bewegung durch diesen Bereich umgerührt werden, wobei gleichzeitig auf die
Teilchen zuerst einAktivierungsmittel und sodann ein Silikonmaterial aufgebracht wird, mit dem dasAk- tivierungsmittel derart reagiert, dass auf jedem einzelnen der Teilchen ein gleichmässiger Überzug er- zeugt wird.
Erfindungsgemäss wird ausserdem eine Vorrichtung vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch einen langgestreckten, den Vorschubweg darstellenden Trog, der die mit einem Überzug zu versehenden Teil- chen enthält, eine in dem Trog drehbar gelagerte Schnecke, die zwecks kontinuierlicher Hindurchbewe- gung der Teilchen durch den Trog angetrieben wird, einen Vorrat an überzugsmaterial und Einrichtungen zur Aufbringung desselben auf die geschlossen vorgeschobene Masse der Teilchen, und durch Einrichtun- gen zur Vergrösserung der Dicke der Teilchenschicht während ihrer Bewegung entlang des Vorschubweges durch einen Teil der Schnecke und zur gleichzeitigen Durchmischung der Teilchen zwecks gleichmässiger Aufbringung des Überzugsmaterials auf alle Teilchen.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird nachstehend ein in der Zeichnung dargestelltes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Vorrichtung gemäss der Erfindung, die zur Aufbringung eines Überzuges auf Glaskörner oder Glasperlen oder andere einzelne Teilchen geeignet ist. Fig. 2 ist eine Ansicht, zum grössten Teil im Längsschnitt, eines Teiles der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, während Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 zeigt.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein langgestreckter, horizontal angeordneter Schraubenförderer S gezeigt, der dazu dient, Glaskörner oder andere einzelne Teilchen kontinuierlich vorwärts zu bewegen. Die Körnet werden an einem Ende des Förderers durch einen Speisetrichter 6 in den Förderer eingeleitet, während am gegenüberliegenden Ende des Förderers ein Sammelgefäss 7 zur Aufnahme der aus dem Förderer austretenden Körner vorgesehen ist.
Der Förderer 5. weist eine langgestreckte, rechtsgängige Schraube 8 auf, die auf einer Welle 9 befestigt ist und mit gleichbleibender Drehzahl durch einen geeigneten Antrieb angetrieben wird, beispielsweise durch einen an einem Ende dieser Welle vorgesehenen Elektromotor 10, u. zw. in einer derartigen Drehrichtung, dass die Körner in der Blickrichtung gemäss Fig. 1 von links nach rechts bewegt werden.
Bei dem dargestellten Ausfilhrungsbeispiel der Erfindung ist die Schraube 8 eine übliche Förderschraube, deren Steigung gleich ihrem Aussendurchmesser ist, jedoch können selbstverständlich auch andersartige Schrauben mit einem andern Verhältnis der Steigung zum Durchmesser verwendet werden..
Die Schraube 8 weist einen Einlaufabschnitt A, einen mittleren, verhältnismässig unwirksamen Abschnitt B und einen Auslassbereich C auf, wobei alle drei Abschnitte axial miteinander fluchten. Der Abschnitt A liegt neben dem Speisetrichter 6 und ist verhältnismässig kurz, wogegen die Abschnitte B und C länger sind. Zur bequemeren Darstellung ist der Abschnitt C in Fig. 1 unterbrochen dargestellt.
Die Gänge der Förderschraube 8 des Förderers sind in den Abschnitten A und C von üblichem Aufbau und haben die normalen, glatten, ununterbrochenen Oberflächen. Im Zwischenabschnitt B sind die Schraubengänge dagegen etwas anders ausgebildet, wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist. In Fig. 2 sind drei Schraubengänge mit den Bezugsziffern 15,16 und 17 bezeichnet ; die Schraubengänge weisen Einlaufflächen 15a, 16a und 17a und Auslaufflächen 15b, 16b und 17b auf. Die Schraubengänge 15,16 und 17 sind repräsentativ für sämtliche Schraubengänge im Abschnitt B des Förderers ; sie sind alle mit einer Reihe von langgestreckten Mischstangen20 versehen. die vorzugsweise aus Flachmaterial hergestellt sind.
Die Enden der Stangen 20 sind in Nähe des Aussenumfanges der einzelnen Gänge an gegeneinander um 900 in Umfangsrichtung versetzten Stellen angeschweisst oder in anderer Weise befestigt, derart, dass eine der Stangen die gegenüberliegenden Einlauf-und Auslaufflächen jedes Ganges verbindet, während eine andere Stange die gegenüberliegenden Flächen jedes Paares der nebeneinanderliegenden Gänge miteinander verbindet.
Auf diese Weise ist beispielsweise eine Mischstange 20'an einem Ende der Auslauffläche 16b des Schraubenganges 16 und am andern Ende an der Einlauffläche 16a des gleichen Schraubenganges befestigt, während eine andere Mischstange 20" mit einem Ende an der Auslauffläche 16b des Schraubenganges 16 und mit ihrem andern Ende an der Einlauffläche 17a des Schraubenganges 17 befestigt ist. In ähnlicher Weise verbindet eine weitere Mischstange 20'die gegenüberliegenden Flächen des Schraubenganges 17, während eine weitere Mischstange 20" mit einem Ende an der Auslauffläche 17b
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des Schraubenganges 17 und mit ihrem gegenüberliegenden Ende an der Einlauffläche des nächsten dar- auffolgenden Schraubenganges befestigt ist.
Die Mischstangen sind an den Schraubengangflächen etwa rechtwinkelig zu diesen befestigt, was zur Folge hat, dass die auf einer Seite der Welle 9 liegenden Stan- gen, wie aus der Zeichnung ersichtlich, nach oben geneigt sind, während die auf der gegenüberliegenden Seite der Welle. befindlichen Stangen nach unten geneigt sind. Jede der Mischstangen liegt mit ihrer grösseren Abmessung etwa oder genau radial zu der Welle.
Wie am deutlichsten aus Fig. 3 ersichtlich ist, weisen die Schraubengänge der Förderschraube 8 in- nerhalb des Abschnitts B zusätzlich eine Reihe von rechtwinkeligenöffnungen 22 auf, die unter gegen- seitigen Umfangsabständen von 900 um den Umfang der Schraube verteilt sind und jeweils in der Mitte zwischen den mit dem betreffenden Schraubengang verbundenen Mischstangenenden liegen. Diese Öff- nungen werden dadurch gebildet, dass in der Fläche jedes Schraubenganges vier L-förmige Schnitte 23 an- gebracht und die durch diese Schnitte gebildeten Lappen in Richtung auf die Auslassseite des Förderers umgebogen werden, so dass sie Schaufeln 24 bilden. Jede der Schaufeln 24 liegt genau rechtwinkelig zu der Oberfläche des zugehörigen Schraubenganges.
Die Schraube ist in einem langgestreckten Trog 30 gelagert, dessen Seitenwände 32 beiderseits der
Schraube nach oben verlaufen. Die innerhalb des Abschnittes B liegenden Teile der Seitenwände 32 sind vorzugsweise mit Wellenbrechern 33 versehen, die nach oben verlaufende Verlängerungen der Seiten- wände darstellen. Durch eine Abdeckung 34 wird der Trog 30 vollständig geschlossen.
Das Aushärtungsmittel oder Aktivierungsmittel für das Silikon-Überzugsmaterial, das auf die Glas- kugeln oder sonstigen Einzelteilchen aufgebracht werden soll, wird aus einem schema tisch bei 40 (Fig. l) angedeuteten Vorratstank in den Trog 30 eingeleitet. Ein elastischer Schlauch 41 verbindet den Tank 40 mit der Einlassseite einer Pumpe42, deren Auslass über einen zweiten elastischen Schlauch 43 an der Ver- bindungsstelle zwischen den Abschnitten A und B des Förderers mit dem Innenraum des Troges verbunden ist.
Als Aktivierungsmittel können zwar verschiedene Stoffe verwendet werden, die an sich allgemein be- kannt sind, doch ist eine Lösung eines wasserlöslichen Silikates, beispielsweise eine wässerige Lösung von kieselsaurem Kali, kieselsaurem Natron usw. oder eine andere wässerige alkalische Lösung besonders wirksam. Die Verwendung einer wässerigen Lösung ist deshalb vorteilhaft, weil das Wasser eine gleich- mässigeverteilung des Aktivierungsmittels auf der Oberfläche jedes der mit einem Überzug zu versehen- den Körner und gleichzeitig eine Herabsetzung der Reaktionszeit zwischen dem Aktivierungsmittel und dem Silikon-Überzugsmaterial bewirkt.
In solchen Füllen, in denen die Teilchen aus Glas oder andern hygroskopischen Werkstoffen bestehen, bewirkt deren Affinität für das in der Lösung enthaltene Wasser eine weitere Verbesserung bezüglich der Aufbringung eines gleichmässigen Films des Aktivierungsmittels über die gesamte Oberfläche der Teilchen.
Das Überzugsmaterial ist in einem geeigneten Vorratstank 45 untergebracht und wird in den Trog 30 über einen elastischen Schlauch 46, eine Pumpe 47 und einen zweiten elastischen Schlauch 48 einge-
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tragen. Der Längsabstand zwischen der Einführungsleitung 48 für das Überzugsmaterial und der Einfüh- rungsleitung 43 für das Aktivierungsmittel kann entsprechend den Veränderungen der Feuchtigkeit der Atmosphäre verändert werden.
Als Uberzugsmaterial können alle polymerisierbaren Silikone, z. B. Silane oder Polysiloxane verwendet werden, die sich weiter polymerisieren lassen. Zu den geeigneten Überzugswerkstoffen gehören z. B. die Alkyltrihalogensilane einschliesslich Methyltrichlorsilan, Octadecyltrichlorsilan, Cyclohexyltri- chlorSl1an usw., Alkeny1trihalogensilane einschliesslich Allyltrichlorsilan, Vinyltrichlorsilan usw., die
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triäthoxysilan, Monomethyldiäthoxysilan usw., Alkenylalkoxysilane einschliesslich Viny1triäthoxysilan usw., sowie die durch Hydrolyse dieser Stoffe gebildeten Verbindungen. - Vorzugsweise wird ein Material verwendet, das mit den mit Überzügen zu versehenden Teilchen in flüssiger Form vermischt werden kann.
Es können zwar auch gasförmige Silikonmateriale verwendet werden, die zur-Bildung eines feuchtigkeitsdichten Überzugs geeignet sind. jedoch ist deren Anwendung schwieriger. Die verschiedenen polymersierbaren Silikone, die als Überzugsmaterial in Frage kommen, sind alle an sich wohl bekannt.
Wie bereits weiter oben erwähnt, treibt der Motor 10 die Schraube 8 mit gleichmässiger Drehzahl an.
Die Glasperlen oder sonstigen einzelnen Teilchen, die mit einem Überzug versehen werden sollen, werden durch den Speisetrichter 6 in den Abschnitt A des Förderers eingeleitet und werden verhältnismässig schnell durch den Trog in den vergleichsweise weniger wirksamen Fördererabschnitt B bewegt. Die im Abschnitt A vorwärtsbewegten Körner befinden sich im unteren Teil des Troges bis zu einer Höhe, die in
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Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 50 A angedeutet ist. Sobald die Körner den Abschnitt B erreichen, wird ihre Bewegungsgeschwindigkeit schlagartig herabgesetzt, u. zw. infolge der Wirkung der Mischstan- gen 20, der Öffnungen 22 und der Schaufeln 24, die in diesem Abschnitt des Förderers vorgesehen sind.
Infolgedessen erreichen die Körner im Abschnitt B eine Füllhöhe, die durch die gestrichelte Linie 50 B angedeutet ist, so dass sie die Schraube 8 vollständig untertauchen lassen.
Wenn die Glaskörner oder Glasperlen in den Abschnitt B eintreten und eine Schichtdicke bis zur Ebe- ne 50 B erreichen, so kommen sie mit der durch die Pumpe 42 in den Trog 30 eingeführten Aktivie- rungslösung in Berührung. Zu diesem Zeitpunkt wie auch während des gesamten Durchganges durch den
Abschnitt B werden die Körner im Bereich unterhalb der Ebene 50 B kräftig durchmischt, u. zw. infolge der Wirkung der Mischstangen 20, der Öffnungen 22 und der Schaufeln 24, und die Aktivierungsmi- schung wird gleichmässig über die Oberfläche jedes Korns verteilt, um die Körner zu sensibilisieren und sie auf die Aufbringung des Überzugsmaterials vorzubereiten.
Ferner sind die Mischstangen, in erster Li- nie infolge ihrer besonderen Lage und Anordnung, bestrebt, auf die sich durch den Trog vorwärtsbewe- genden Körner eine entgegen der Bewegungsrichtung gerichtete Kraftkomponente auszuüben. Diese Wirkung wird durch die Schaufeln 24 verstärkt, wodurch die schnelle Anstauung der Körner im Abschnitt B bis zur Ebene 50 B und das vollständige Untertauchen der Gewindegänge der Schraube 8 in diesem Abschnitt unterstützt wird.
Das Silikon-Überzugsmaterial im Vorratsbehälter 45 wird strömungsabwärts der Einführungsstelle der Aktivierungsmischung zwischen den Enden des Abschnitts B des Förderers in den Trog 30 eingeleitet. Wie bereits weiter oben geschildert, werden die Körner während ihrer Vorwärtsbewegung durch den Abschnitt B kräftig vermischt. Das ÜhMzugsmaterial wird gründlich über die Körner verteilt und reagiert mit dem Aktivierungsmittel, so dass auf jedem einzelnen Korn ein gleichmässiger und vollständiger, feuchtigkeitsdichter Überzug gebildet wird.
Während des Durchganges der Glaskörner oder Glasperlen durch den Abschnitt B des Förderers verhindert die durch die Mischstangen 20, die Öffnungen 22 und die Schaufeln 24 hervorgerufene Durchmischung ein Zusammenbacken der Körner, das andernfalls durch deren Benetzung mit den härtenden und feuchtigkeitsdichten Reagenzien auftreten könnte. Diese Durchrührung und Durchmischung wird auch nach dem Zusetzen des Überzugsmaterials fortgesetzt, bis'die Körner aus dem Abschnitt B des Förderers in den Abschnitt C gelangen, wonach die Durchmischung und Umrührwirkung beträchtlich herabgesetzt und die Bewegungsgeschwindigkeit der Körner erhöht wird. Während die Körner sich durch den Abschnitt C weiter nach vorn bewegen, wird ihre Schichtdicke im Trog 30 nach und nach herabgesetzt, bis sie wieder die ursprüngliche Schichtdicke erreichen.
In Fig. 1 ist die Oberseite der Körnerschicht im Abschnitt C durch die gestrichelte Linie 50 C angedeutet. Die vollständig mit einem Überzug versehenen. gegen Feuchtigkeitseinwirkung gesicherten Körner werden vom Auslaufende des Abschnittes C in eine Leitung 52 abgegeben, die zu dem Sammelgefäss 7 oder einer andern geeigneten Aufnahmeeinrichtung führt.
Bei der. Behandlung von Glaskörnern oder Glasperlen oder sonstigen einzelnen Teilchen unter Verwendung von Silikonmischungen und Härtereagenzien hiefür, um die Körner feuchtigkeitsfest zu machen, wird zweckmässigerweise die Menge des im System befindlichen Wassers, das als Lösungsmittel für das Härtungsreagens eingeführt wird, sorgfältig gesteuert. Falls bei Aufbringung des Überzugsmaterials zuviel Wasser vorhanden ist, so enthalten die mit einem Überzug versehenen Körner einen Überschuss an nicht ausreagierter Feuchtigkeit. Falls dagegen die Wassermenge zu klein ist, so ist die Reaktion zwischen der Aktivierungsmischüng und dem Silikonmaterial unvollständig, und der auf den Körnern erzeugte Überzug ist nicht gleichmässig.
Da verschiedene Aktivierungsmittel und Silikone mit unterschiedlichen Molekulargewichten verwendet werden können, sollten zur Erzielung befriedigender Ergebnisse unterschiedliche Wassermengen in der Aktivierungslösung angewendet werden. Für ein bestimmtes Aktivierungsmittel und ein bestimmtes Überzugsmaterial wird jedoch die bei Aufbringung des Überzugswerkstoffes in der Lösung enthaltene Wassermenge vorzugsweise verhältnismässig gleichbleibend gehalten, und Erhöhungen und Erniedrigungen des Wassergehaltes infolge von Veränderungen der Umgebungsfeuchtigkeit und der Verdampfungsgeschwindigkeit während des Aufbringens des Überzugs werden auf einen Geringstwert herabgesetzt. Die kräftige Durchführung der Körner würde normalerweise zu der Tendenz führen, die Wassermenge im System durch Erhöhung der Verdampfungsgeschwindigkeit herabzusetzen.
Jedoch ist, wie bereits geschildert, bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung die Schichthöhe 50 B der durch den Abschnitt B des Förderers laufenden Körner vorteilhafterweise derart, dass die einzelnen Schraubengänge der Schraube 8 in diesem Abschnitt des Förderers völlig in die Körnerschicht eintauchen. Infolgedessen findet zumindest der grösste Teil der Rührwirkung auf die Körner unterhalb der Oberfläche der Körnerschicht im Abschnitt B statt, so dass die Verdampfung des in der Aktivierungslösung enthaltenen Wassers
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