CH633035A5

CH633035A5 - Bindemittel auf basis von alkalisilikatloesungen.

Info

Publication number: CH633035A5
Application number: CH350278A
Authority: CH
Inventors: Helmut V Dr Freyhold; Wolfgang Pesch
Original assignee: Henkel Kgaa
Priority date: 1977-04-02
Filing date: 1978-03-31
Publication date: 1982-11-15
Also published as: US4171986A; DK144681C; FR2385655A1; NL7802441A; DE2714889A1; BE865563A; AT357251B; JPS53125430A; SE7802527L; DE2714889C2; ATA227878A; SE425384B; DK100078A; DK144681B; FR2385655B1; GB1570057A

Description

Die Erfindung betrifft Bindemittel auf Basis von Alkalisilikatlösungen mit verkürzter Abbindezeit und verbesserter Wasserfestigkeit der damit hergestellten Klebungen.

Bindemittel auf Basis von wässrigen Alkalisilikatlösungen sind seit langem bekannt und werden in grossem Umfang in der Praxis eingesetzt. Sie werden u.a. zur Herstellung von mineralischen Isolierstoffen, Imprägniermitteln, Überzugsmassen, Anstrichmitteln und Kitten sowie zum Verkleben von Holz, Papier, Keramik und mineralischem Material verwendet.

Werden für die genannten Zwecke Alkalisilikatlösungen allein, d.h. ohne Zusatz verwendet, so erfüllen die damit hergestellten Klebe- und Kittverbindungen, Isolierschichten, Überzüge und Anstriche in vielen Fällen nicht die vielseitigen technischen Anforderungen. So sind Härte, Elastizität und Beständigkeit gegen Temperatur und Wasser häufig mangelhaft. Es sind deshalb schon zahlreiche Vorschläge zur Verbesserung dieser Eigenschaften durch geeignete Zusätze zu den Bindemitteln gemacht worden. Als Härter sind vor allem Säuren, Säure abspaltende oder sauer reagierende Produkte, wie z.B. Harnstoff vorgeschlagen worden. Die Vielzahl der bekanntgewordenen Vorschläge zeigt jedoch, dass die erzielten Effekte in der Praxis noch nicht befriedigen.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Bindemittel auf Basis von Alkalisilikatlösungen zu finden, die gegenüber den bekannten Produkten eine kürzere Abbindezeit aufweisen. Gleichzeitig sollte die Wasserfestigkeit der mit Hilfe dieser Bindemittel hergestellten Klebungen verbessert werden.

Diese Aufgabe wird durch die nachstehend beschriebenen Bindemittel gelöst. Es handelt sich dabei um Bindemittel auf Basis von Alkalisilikaten mit einem Molverhältnis SiChiMîO im Bereich von 1,8 bis 4,0 und einem Feststoffgehalt von 20 bis 55 Gew.-%, die durch einen Gehalt an Kaliummetaborat gekennzeichnet sind.

Die neuen Bindemittel enthalten so viel Kaliummetaborat, dass das Molverhältnis SiCh:KBC>2 im Bereich von 0,1 bis 50, vorzugsweise 5 bis 20, liegt.

Die Konzentration der Silikatlösungen und das Molverhältnis von SÌO2 zu Alkalimetalloxid in den Lösungen kann in weiten Grenzen schwanken und richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck des Bindemittels. Im allgemeinen werden handelsübliche Natrium-, Kalium- oder Lithiumsilikatlösungen eingesetzt.

Das für die Herstellung der neuen Bindemittel benötigte Kaliummetaborat wird zweckmässig durch Vermischen von Borsäure mit der nach der Gleichung

H3BO3 + KOH - KBO2 + H2O

erforderlichen stöchiometrischen Menge konzentrierter Kaliumhydroxidlösung erhalten.

Die Herstellung der Bindemittel erfolgt durch einfaches Vermischen der Alkalisilikatlösungen mit der Menge Kali-ummetaboratlösung, die dem gewünschten Molverhältnis entspricht.

Die neuen Bindemittel auf Basis von Alkalisilikaten können bekannte Zusätze, wie z.B. Amine und quaternäre Ammoniumbasen enthalten. Durch solche Zusätze lassen sich die Eigenschaften der Bindemittellösungen und die Eigenschaften der mit ihrer Hilfe hergestellten Verbindungen weiter modifizieren. Diese Substanzen werden im allgemeinen in Mengen von 0,05 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Bindemittels, zugemischt. "

Die neuen Produkte sind lagerstabil und besitzen eine hohe Bindekraft. Gegenüber den bekannten Wasserglasbindemitteln besitzen sie eine erhöhte Abbindegeschwindigkeit. Die mit ihrer Hilfe hergestellten Verbindungen weisen eine wesentlich grössere Wasserbeständigkeit auf als solche, die mit bekannten Bindemitteln auf Basis von Wasserglas hergestellt wurden.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, sie jedoch nicht darauf beschränken.

Beispiel 1

Zur Herstellung von Isolierformkörpern wurden jeweils 1000 g Vermiculite-Pulver (Korngrösse 2 bis 4 mm oder 3 bis 6 mm) mit 1000 g Bindemittel vermischt. Die erhaltenen Massen wurden in einer Formpresse zu Platten verpresst, wobei eine Verdichtung auf etwa 50% des ursprünglichen Volumens eintrat. Die so erhaltenen Formkörper besassen sofort nach dem Pressen eine für den Transport ausreichende Grünfestigkeit. Sie wurden bei Raumtemperatur getrocknet und dann bei Temperaturen von 180°C oder 300°C 6 Stunden lang getempert.

Als Bindemittel wurden die erfindungsgemässen Produkte A, B und C eingesetzt:

A) 1887 g Natriumsilikatlösung (SiCh:Na20 = 3,42; 29,2 Gew.-% SÌO2; 38,0 Gew.-% Feststoffgehalt; 40/42° Bé) + 109 g Kaliummetaboratlösung, hergestellt aus 31 g (0,5 Mol) Borsäure, rein und 78 g 38%iger Kaliumhydroxidlösung. Molverhältnis SiChiKBCh = 17,6.

B) 1826 g Natriumsilikat (wie unter A) + 174 g Kaliummetaboratlösung, hergestellt aus 49,6 g (0,8 Mol) Borsäure, rein und 124 g 38%iger Kaliumhydroxidlösung. Molverhältnis SiCh:KB02 = 10,6.

C) 1738 g Natriumsilikatlösung (wie unter A) + 261,6 g Kaliummetaboratlösung, hergestellt aus 74,4 g (1,2 Mol) Borsäure, rein und 187,2 g 38%iger Kaliumhydroxidlösung. Molverhältnis SiChiKBCh = 6,75.

Zum Vergleich wurden die Produkte D bis F als Bindemittel verwendet:

D) Natriumsilikatlösung (wie unter A), jedoch ohne Zusatz.

E) 1929 g Natriumsilikatlösung (wie unter A) + 71 g Natriummetaboratlösung, hergestellt aus 31g (0,5 Mol) Borsäure, rein und 40 g 50%iger Natriumhydroxidlösung. Molverhältnis SiCteNaBCh = 17,9.

F) 1880 g Natriumsilikatlösung (wie unter A) + 113,6 g Natriummetaboratlösung, hergestellt aus 49,6 g (0,8 Mol) Borsäure, rein und 64 g 50%iger Natriumhydroxidlösung. Molverhältnis SiCh:NaB02 = 10,95.

G) 1865 g Natriumsilikatlösung (wie unter A) + 67,5 g Natriummetaphosphatlösung, hergestellt aus 30,6 g (NaPCh)« und 36,9 g Wasser. Molverhältnis SiC>2:NaPCb = 14,5.

Die mit den erfindungsgemässen Bindemitteln A, B und C hergestellten Formkörper besassen eine höhere Festigkeit, insbesondere an den Kanten, als die mit den Produkten D bis G erhaltenen.

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20

25

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60

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Zur Ermittlung der Wasserfestigkeit wurden die Isolierformkörper in deionisiertem Wasser gelagert und im Abstand von 24 Stunden auf ihre Festigkeit geprüft. Die Ergebnisse dieses Tests sind in der Tabelle I wiedergegeben.

Tabelle I

Wasserfestigkeit der Vermiculite-Isolierformkörper

Bindemittel getempert bei

180°C

300°C

A

5 Wochen

7 Wochen

B

5 Wochen

7 Wochen

C

6 Wochen

7 Wochen

D

1 Tag

E

3 Tage

1 Tag

F

5 Tage

2 Tage

G

1 Tag

4 Tage

Vergleichbare Ergebnisse wurden erzielt, wenn zur Herstellung der Formkörper Vermiculite-Bindemittel-Mischungen im Gewichtsverhältnis 2:1,3:1 und 4:1 verwendet wurden.

Beispiel 2

1000 g Natriumsilikatlösung (SiCh:Na20 = 2,48; 33,2 Gew.-% SiCh; 47,0 Gew.-% Feststoffgehalt; 50/52° Bé)

wurden mit 87,2 g Kaliummetaboratlösung versetzt, die aus 24,8 g (0,4 Mol) Borsäure, rein und 62,4 g 38%iger Kaliumhydroxidlösung hergestellt worden war. In dem so erhaltenen Bindemittel war das Molverhältnis Si02:KBCh = 13,8.

Zur Herstellung von Gusskernen wurden 9,6 kg Formsand mit 400 g des oben beschriebenen Bindemittels vermischt. Das Gemisch wurde in Formen gepresst und die Presslinge durch Begasen mit Kohlendioxid (0,5 atü CO2; 7 sec) gehärtet und danach 60 Minuten lang bei 180°C getempert. Zur Ermittlung ihrer Lagerstabilität wurden die so erhaltenen Gusskerne bei 25°C und 75% Luftfeuchtigkeit im Klimaschrank gelagert. Als Mass für die Lagerbeständigkeit wurde die Scherfestigkeit der Gusskerne in den in der Tabelle II angegebenen Zeitabständen von der Herstellung ermittelt.

Zum Vergleich wurden Gusskerne nach der oben beschriebenen Methode, jedoch unter Verwendung der oben angegebenen Natriumsilikatlösung ohne KBCh-Zusatz hergestellt und auf ihr Verhalten beim Lagern getestet. Die Ergebnisse des Lagerstabilitätstests sind in der Tabelle II wiedergegeben.

Tabelle 11

Lagerstabilität der Gusskerne bei 25°C und 75% Luftfeuchtigkeit

Lagerzeit Scherfestigkeit in kp/cm2

erfindungsgem. Vergleich

Bindemittel

24 Stunden

80

65

72 Stunden

60

28

1 Woche

49

26

2 Wochen

42

32

3 Wochen

42

31

4 Wochen

35

26

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Beispiel 3

Zur Herstellung stärkerer Bauelemente wurden Asbestzementplatten und Asbestzement-Celluloseplatten miteinander verklebt. Als Bindemittel wurden die in Beispiel 1 unter A bis C beschriebenen, mit Kaliummetaborat modifizierten Natriumsilikatlösungen eingesetzt. Die Verbundplatten wurden 6 Stunden lang bei 180°C getrocknet. Lagerte man die so erhaltenen Bauelemente 6 Wochen lang in Wasser und versuchte danach die Verbindung gewaltsam zu lösen, so rissen die Platten im Material, nicht in der Klebefuge.

Zum Vergleich wurden Asbestzementplatten und Asbestzement-Celluloseplatten unter Verwendung einer Natriumsilikatlösung (SiCh:Na20 = 3,42; 29,2 Gew.-% SÌO2; 38,0 Gew.-% Feststoffgehalt; 40/42° Bé) ohne Kaliummetaboratzusatz miteinander verklebt und 6 Stunden lang bei 180°C getrocknet. Lagerte man diese Verbundelemente in Wasser, so konnten die Platten bereits nach 3 Tagen ohne Materialbeschädigung an den Klebefugen voneinander getrennt werden.

Beispiel 4

Bei der Herstellung von spiralgewickelten Papprohren werden mit einem Wasserglasbindemittel bestrichene Papierbahnen spiralförmig auf eine Spindel gewickelt, angepresst und gleichzeitig auf der Spindel weitertransportiert. Dabei muss die Verbindung zwischen den Papierschichten in Sekundenbruchteilen soweit verfestigt sein, dass sich die Bahnen beim Weitertransport des gewickelten Rohres nicht mehr gegeneinander verschieben können. Beim Schneiden der Rohrstücke am Ende der Spindel dürfen sich die an der Schnittkante liegenden Enden der äusseren Papierbahnen nicht ablösen.

Um der Forderung nach einer schnellen Verfestigung der Bindung zu genügen, war man bis jetzt gezwungen, Wasserglaslösungen mit hohem Feststoffgehalt und hoher Viskosität (^350 mP) zu verwenden. Die Viskosität dieser Lösungen musste vor dem Auftragen auf die Papierbahnen durch Erwärmen soweit herabgesetzt werden (150-180 mP), dass eine dünne Bindemittelschicht gewährleistet war.

Bei Verwendung der erfindungsgemässen Bindemittel kann deren Viskosität durch Verdünnen auf die für den Auftrag geforderten Werte herabgesetzt werden, ohne dass die geforderte Mindestabbindegeschwindigkeit unterschritten wird.

In einem entsprechenden Praxisversuch wurde als bekanntes Bindemittel eine Natriumsilikatlösung (SiCh:M20 = 2,69; 31,3 Gew.-% SÌO2; 43,3 Gew.-% Feststoffgehalt, 47,5° Bé) mit einer Viskosität von ca. 400 mP eingesetzt. Wurde diese Lösung bei 55-60°C aufgetragen, so konnten einwandfreie Rohre erhalten werden, wenn die Papierbahnen mit einer Geschwindigkeit bis zu 30 m/min der Spindel zugeführt wurden. Als erfindungsgemässes Bindemittel wurden die oben beschriebene, jedoch mit Kaliummetaborat modifizierte Natriumsilikatlösung (SiCh:KB02 = 15,3) verwendet. Die Viskosität wurde auf 180 mP eingestellt. Wurde das Bindemittel bei Raumtemperatur aufgetragen, so konnten die Papierbahnen mit Geschwindigkeiten bis zu 30 m/min zugeführt werden, ohne dass Störungen auftraten. Wenn das Bindemittel bei 40-45°C aufgetragen wurde, konnte die Bandgeschwindigkeit bis auf 40 m/min gesteigert werden.

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Claims

633035 2 PATENTANSPRÜCHE

1. Bindemittel auf Basis von Alkalisilikatlösungen mit einem Molverhältnis SiCh:M20 im Bereich von 1,8 bis 4,0 und einem Feststoffgehalt von 20 bis 55 Gew.-%, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Kaliummetaborat.

2. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Molverhältnis SiChiKaliummetaborat im Bereich von 0,1 bis 50, vorzugsweise 5 bis 20, liegt.