CH214892A - Poröser Faserstoffkörper und Verfahren zu dessen Herstellung. - Google Patents

Description

  Poröser     Faserstoifkörper    und Verfahren zu dessen Herstellung.         Silikatfasern,    insbesondere Glasfasern,  finden in neuerer Zeit in grossem Umfange  Anwendung als Wärmeisolierungen sowie als  Filter für Gase und Flüssigkeiten. Je nach  dem einen oder andern Verwendungszweck  werden dabei die Fasern mehr oder weniger  dicht geschichtet. Dabei verwendet man im       Zusammenhang    mit den Fasern Binde- oder  Klebemittel, um verhältnismässig feste Faser  stoffkörper zu bilden, die in sich selbst  tragend sind und ohne sonstige Hilfsmittel  die ihnen gegebene Form behalten. In dieser  Hinsicht sind nahezu alle organischen Kleb  stoffe sowie auch anorganische Klebstoffe,  wie     Na.triumsilikat    und eine Anzahl von  Tonen, versucht worden.

   Jedoch haben diese  Stoffe alle gewisse Nachteile. Die organi  schen Stoffe werden von Säuren und     Alka-          lien    angegriffen und     sind    nur gegen verhält  nismässig niedrige Temperaturen, selten über  <B>150'</B> C, beständig. Dadurch wird die Wirk  samkeit der aus     Silikatfasern    bestehenden    Körper, zu deren wichtigsten Eigenschaften  die Beständigkeit gegen hohe Temperaturen  gehört, stark beeinträchtigt.

   Die     anorgani-    ,  sehen Substanzen halten im allgemeinen  höhere Temperaturen aus als die organischen,  sie sind aber grossenteils von verhältnismässig  hohem spezifischem Gewicht,     langsamtrock-          nend,    zum Teil durch Chemikalien angreifbar  und wegen der erforderlichen langen     Trok-          kendauer    teuer in der     Anwendung.     



  Die Erfindung hat nun vor allem den  Zweck, bei den in Frage stehenden Faser  körpern ein Bindemittel zu verwenden, durch  welches das entstehende Produkt leicht bleibt,  verhältnismässig hohen Temperaturen wider  steht und gegen die Einwirkung von     Säuren     und     Alkalien    im wesentlichen indifferent ist.  Dabei soll die     Möglichkeit    gegeben sein, die       Porosität    so zu regeln, dass der entstehende  Körper je nach Wunsch als Wärme- und  Schallisolierung oder auch als Filter zur Ent  fernung von festen Körperchen     und    schäd-      liehen Gasen aus durch ihn     hindurchgeschiek-          ten    Medien verwendet werden kann.  



  Gegenstand der Erfindung ist ein poröser       Faserstoffkörper,    der aus     Silikatfasern    und  einem dieselben zusammenhaltenden, kohlen  stoffhaltigen Bindemittel besteht, und ein  Verfahren zur Herstellung des     Faserstoff-          körpers,    gemäss welchem die Fasern mit  einem kohlenstoffhaltigen Bindemittel über  , zogen werden.  



  Die Herstellung des porösen     Faserstoff-          körpers    kann erfolgen,     indem    organische  Klebstoffe auf die Fasern aufgebracht und  dann durch Erhitzen in Abwesenheit von  Sauerstoff in reinen Kohlenstoff umgewan  delt werden, ohne     da.ss    sie ihre     Klebwirkung     wesentlich verlieren. Diese Möglichkeit be  sitzen sehr zahlreiche Klebstoffe, die als  einen ihrer Bestandteile Kohlenstoff ent  halten.  



  Zweckmässig wird der Klebstoff auf die       Silikatfasern    in Form einer Lösung auf  gebracht, derart, dass die Oberfläche jeder  Faser mit einem feinen Überzug des Kleb  ,     stoffes    versehen wird und dieser die Fasern  an den Berührungspunkten wirksam zusam  menhält. Nachdem die mit dem Klebstoff  versetzte Fasermasse in die gewünschte Form  gebracht und das Lösungsmittel des Kleb  ,     stoffes    durch Trocknen entfernt worden ist,  wird der Körper in einem geschlossenen  Raum in Abwesenheit von Sauerstoff auf  eine Temperatur erhitzt, bei welcher alles  noch vorhandene Wasser und andere     flüeh-          tige    Bestandteile ausgetrieben werden.

   Wenn  ein Entweichen von Gasen nicht mehr statt  findet, zeigt sich, dass durch die ganze Masse  hindurch ein Niederschlag aus Kohlenstoff  vorhanden ist, der jede Faser mit einem  feinen Film umgibt. Dabei haftet der Koh  lenstoff zäh an der Oberfläche der Fasern  und bindet sich auch gut mit benachbarten       Kohleteilchen.    Der entstehende Körper ist  sehr zäh und wesentlich druckfester als die  Fasermasse allein.  



  Eine auf diese Weise hergestellte Bin  dung der Fasern besitzt zahlreiche Vorteile.  Der reine Kohlenstoff oxydiert sich nur bei    verhältnismässig hohen Temperaturen. Er ist  praktisch feuersicher, weil er bei Rotglut  verkokt, aber nicht     flammt.    Die Feuersicher  heit des Bindemittels kann auch noch durch  Zusatz eines der bekannten     Feuerverhütungs-          stoffe,    wie     Ammoniumphosphat,    erhöht wer  den. Der     Faserstoffkörper    mit Kohlenstoff  als Bindemittel kann also unter Temperatur  verhältnissen benutzt werden, bei welchen  sonst organische Bindemittel völlig unbrauch  bar sind.  



  Von gleicher oder noch grösserer Bedeu  tung ist die Widerstandsfähigkeit des Koh  lenstoffes gegen chemische Einflüsse. Einer  der wichtigsten Vorteile der     Silikatfasern,     insbesondere der Glasfasern, als Filterstoffe  besteht darin, dass sie lange Zeit der Ein  wirkung von sauren Flüssigkeiten und Dämp  fen widerstehen, ohne zerstört zu werden.  Bisher gab es kein Bindemittel, welches eben  so indifferent gegen chemische Einflüsse war  wie das Glas selber. Der in obiger Weise  erzeugte Kohlenstoff ist sowohl gegen Säu  ren wie Alkalien indifferent,     oxidiert    nicht  nur bei verhältnismässig hohen Temperaturen  und stellt daher ein     Bindemittel    für Glas  fasern dar, welches in verschiedenen Hin  sichten noch indifferenter ist als das Glas  selber.  



  Der auf die soeben beschriebene Art her  gestellte     Faserstoffkörper    mit einem Binde  mittel aus im wesentlichen reinem Kohlen  stoff ist aber den bekannten derartigen Kör  pern nicht nur für die üblichen Zwecke  überlegen, sondern es ergeben sich auch für  denselben zahlreiche neue     Brauchbarkeiten,     bei welchen der Kohlenstoff das aktive Mit  tel wird, während die     Silikatfasern    nur den  Träger für den Kohlenstoff.' bilden. So kann  der     Faserstoffkörper    zur     Adsorption    grosser  Mengen schädlicher     Gase    benutzt werden.

    Eine Masse aus     Silikatfasern    bildet     eine    un  geheuer grosse Oberfläche für die zugesetzte       Kohlenstoffmenge,    so dass ein äusserst wirk  sames Filter zur Entfernung störender     Ge-          riiehe    und giftiger Gase aus der Atmosphäre  gebildet wird. Als Filter verwendete Faser  stoffkörper mit aus nur wesentlichem reinem      Kohlenstoff bestehendem Bindemittel bewir  ken beispielsweise bei Lüftungsanlagen nicht  nur eine Entfernung von Staub und sonstigen  physikalischen Verunreinigungen, sondern  auch von gasförmigen Verunreinigungen.

    Der     Faserstoffkö        rper    enthält auch den Koh  lenstoff in so feiner Verteilung, dass er sich  ausgezeichnet als katalytisches Mittel bei  chemischen Reaktionen eignet.  



  Zu den Stoffen, die sich als Bindemittel  zur Ausführung des Verfahrens     eignen    und  in Kohlenstoff umgewandelt werden können,  gehören Kohlehydrate, Stärke, Öle, Wachse  und Harze. Dabei sind Kohlehydrate beson  ders geeignet, weil sie grossenteils schon durch  Wasserentziehung in Kohlenstoff umgewan  delt werden können.  



  Gute Ergebnisse lassen sich beispielsweise  mit einer kolloidalen Lösung einer Kohlen  stoffverbindung, z. B. von     Phenol-Form-          aldehydharz,    in Wasser erzielen. Eine sol  che Lösung bildet einen dicken Brei, aber  anscheinend ohne feste Teilchen und mit so  geringer Viskosität, dass er schnell und voll  ständig in die Hohlräume einer Glasfaser  matte eindringen kann. Wenn die kolloidale  Lösung mit den einzelnen Glasfasern in Be  rührung kommt, so schlägt sich das feste  Harz auf ihnen nieder und haftet fest daran.  Dieser Vorgang ist vielleicht darin begrün  det, dass die elektrische Ladung der Harz  teilchen der kolloidalen Lösung eine andere  ist als die elektrische Ladung der Glasfasern.

    Dieses ist durch Versuche in der Weise fest  gestellt worden, dass die Ladungen in     einem     der Stoffe von positiv zu negativ geändert  wurden. Jedoch können auch noch andere  Faktoren hierbei eine Rolle spielen.  



  Das von dem kolloidalen Harz sich schei  dende Wasser lässt man aus dem Faserstoff  körper abtropfen. Bei einer dünnen Faser  matte geht die vollständige Füllung der Zwi  schenräume durch die Harzteilchen in weni  gen Sekunden vor sich. Bei dickeren Matten  dauert es etwas länger, und es ist zweck  mässig, die Matte leicht zu kneten, um die  eingeschlossene Luft zu entfernen und das  freiwerdende Wasser entweichen zu lassen.    Hierauf kann die getränkte Fasermasse zur  gewünschten Dichte und Form gepresst oder  geformt und gegebenenfalls     in    dieser Form  bis     zum    Trocknen gehalten werden. Alsdann  wird die gepresste Masse     einer    Wärmebehand  lung unterworfen.

   Sie wird durch langsames  Erhitzen bis auf eine Temperatur von bei  spielsweise<B>180'</B> C gebracht, wobei das Was  ser verdampft und der Harzniederschlag zur  Erstarrung kommt. Hierauf kann die Form,  wenn eine solche benutzt worden ist, ent  fernt werden.  



  Die Eigenschaften, insbesondere die Po  rosität, der auf diese Weise hergestellten       Faserstoffkörper    lassen sich in weiten Gren  zen durch die Menge des zugegebenen Binde  mittels und den beim Formen der Masse und       während    des     Erhitzens    ausgeübten Druck  beeinflussen.  



  Ein Faserkörper dieser     Zusammensetzung     und Struktur ist verhältnismässig unlöslich  und kann als     Filter    für viele Flüssigkeiten  und Gase verwendet werden. Um ihn auch  gegen Säuren,     Alkalien    und Oxydation bei  hohen Temperaturen beständig zu machen,  wird er einer weiteren Destillation     bezw.    Er  hitzung in einer nichtoxydierenden Atmo  sphäre unterworfen, um das Harz in Kohlen  stoff zu verwandeln.

   Zur Vornahme dieser  Umwandlung kann der Körper in Kohle  pulver eingepackt oder     sonstwie    unter     Luft-          abschluss    in einem geeigneten Ofen langsam  auf eine Temperatur gebracht werden, bei  welcher sich eine vollständige     Karbonisation     des Harzes ergibt (550 bis 1000   C).  



  Der durch die Erfindung     angestrebte    Er  folg lässt sieh auch erzielen, wenn man als  Bindemittel fein gepulverte weiche Kohle  benutzt. Derartige Kohle enthält genügend  geeignete flüchtige Bestandteile, welche die  Bildung eines Überzuges auf den Fasern auch  ohne Verwendung eines flüssigen Lösungs  mittels ermöglichen. Es ist auch nicht in  jedem Fall nötig, dass das Bindemittel voll  kommen in Kohlenstoff umgewandelt wird,  da in gewissen Fällen auch eine teilweise       Umwandlung    genügt.      Im Sinne der Erfindung können auch viele  anorganische Derivate von organischen Stof  fen, wie     beispielsweise        Calciumstearat    oder  andere Metallstreifen, zur     Verkohlung    ge  bracht werden.  



  Die Zugabe des Bindemittels zu den  Fasern kann durch Besprühen während oder  nach der Herstellung, durch Tränken oder  auch durch mechanisches Mischen erfolgen.  Die     Karbonisation    kann in irgendeinem ge  eigneten geschlossenen Behälter oder auch als  kontinuierliches Verfahren durchgeführt wer  den, wobei wesentlich ist, dass der Zutritt  von Sauerstoff, solange der Gegenstand sich  auf der     Karbonisationstemperatur    befindet,  verhindert     wird.    Für die     Karbonisation    ge  nügen je nach der Art des kohlenstoff  haltigen Bindemittels auch schon Tempera  turen von 300 bis 350   C, also Temperaturen,  die wesentlich unter der oben für die Kar  bonisation von Harz angegebenen Temperatur  liegen.  



  Durch Zufügung gewisser Substanzen zu  dem Bindemittel ist es möglich, die für die       Karbonisation    erforderlichen Temperaturen       herabzusetzen    und die Eigenschaften des  zurückbleibenden Bindemittels zu beeinflus  sen. So wird beispielsweise die     Karbonisation     bei niedrigen Temperaturen durch Beigabe  kleiner Mengen von Kalk oder Alaun ge  fördert. Mit Stärke gemischte     Ogalsäure,     Borsäure, Chromalaun, Gerbsäure,     Bleiazetat,          Kupferazetat    oder Harnstoff ergeben ein  etwas zäheres Bindemittel als Stärke allein.  



  Bei Filterplatten als     Silikatfasern    bestan  den bisher erhebliche Schwierigkeiten darin,  den gewünschten Grad von     Porosität    wäh  rend des Gebrauches zu erhalten. Es war  nicht nur schwierig, diese Fasern zu einem  geeigneten Stoff zu weben oder zu filzen, der  die genaue gewünschte     Porosität    besass, son  dern hierzu mussten auch gewöhnlich Binde  und     Schlichtemittel    benutzt werden, welche  im Gebrauch     fortgewaschen    werden und da  durch die     Porosität    vergrössern.

   Bei einem       Faserstoffkörper    mit     karbonisierten    Binde  mitteln behält der Körper während der gan  zen Dauer     seines    Gebrauches die ihm einmal    verliehenen physikalischen Eigenschaften.  Die     Porosität    kann aber nicht nur genau fest  gelegt, sondern auch geändert werden, indem  man die Fasermasse vor dem Erhitzen mehr  oder weniger lang mit der kohlenstoff  haltigen Substanz behandelt. Gegebenenfalls  kann auch eine gewünschte kleine Menge eines  indifferenten anorganischen Stoffes, wie z. B.  Ton oder     Bentonit,    der     Behandlungslösung     zugesetzt werden, um die Poren der Faser  masse stärker zu füllen und dadurch die Po  rosität zu verringern.  



  Falls gewünscht, kann man den Faser  körpern in einer oder mehreren bestimmten  Richtungen dadurch eine erhöhte Stärke ver  leihen, dass man die Fasern parallel zueinan  der im wesentlichen in den betreffenden  Richtungen des Körpers anordnet.  



  Anstatt aus geschichteten Einzelfasern  können die     erfin(lungsgemässen    Faserstoff  körper auch aus Garnen.     Geweben    oder     Ge-          wirken    bestehen.

Claims (1)

1. PATEN TAN S PR üCHE I. Poröser Faserstoff körper, dadurch ge kennzeichnet, dass derselbe aus Silikatfa.sern und einem dieselben zusammenhaltenden, kohlenstoffhaltigen Bindemittel besteht. Il. Verfahren zur Herstellung eines Faserstoffkörpers gemäss dem Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mit einem kohlenstoffhaltigen Bindemittel überzogen werden. UNTERAN SPRtrCHE 1. Faserstoffkörper nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Binde mittel aus im wesentlichen reinem Kohlen stoff besteht.

   2. Faserstoffkörper nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Kohlenstoff die einzelnen Fasern umgibt und wenigsten.; einen Teil der zwi schen ihnen befindlichen Hohlräume ausfüllt. 3. Faserstoffkörper nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass er die Fasern in Form geschichteter Einzelfasern enthält. 4. Faserstoffkörper nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass er die Fasern in Form von Garnen enthält. 5. Faserstoffkörper nach Patentanspruch 1 und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass er die Fasern in Form von Geweben enthält.

   6. Faserstoffkörper nach Patentanspruch I und dem Unteranspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass er die Fasern in Form von Gewirken enthält. 7. Faserstoffkörper nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern sich im we sentlichen parallel zueinander in bestimmten Richtungen des Körpers erstrecken. B. Faserstoffkörper nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus Glas bestehen. 9. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, da,ss als Bindemittel eine kolloidale Suspension von Kunstharz benutzt wird. 10.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel ein Kohlehydrat benutzt wird. 11. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel, nachdem es den Fasern zugesetzt worden ist und ohne seine Verteilung in der Fasermasse zu stören, in reinen Kohlenstoff umgewandelt wird. 12. Verfahren nach Patentanspruch II und dem Unteranspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, dass die Umwandlung des Binde mittels in Kohlenstoff durch Erhitzen in Ab wesenheit von Sauerstoff erfolgt. 13.

   Verfahren nach Patentanspruch II und dem Unteranspruch 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass die auf die Fasern aufgebrachte Suspension abtropfen gelassen und dann ge trocknet wird. 14. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff körper durch Pressung in die gewünschte Form gebracht wird. 15. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität des Faserstoffkörpers durch die Menge des zu gesetzten Bindemittels geregelt wird. 16.

   Verfahren nach Patentanspruch II und dem Unteranspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, dass die Porosität des Faserstoff körpers durch den beim Formen des Kör pers auf ihn ausgeübten Druck geregelt wird. 17. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität des Faserstoffkörpers durch die Menge des zu gesetzten Bindemittels und den beim Formen des Körpers auf ihn ausgeübten Druck ge regelt wird. 18.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusetzen des Bindemittels durch Mischen desselben mit den Fasern erfolgt. 19. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusetzen des Bindemittels durch Tränken der Fasern in dem Bindemittel erfolgt. 20. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusetzen des Bindemittels durch Aufsprühen desselben auf die Fasern erfolgt.