-
Poröse Formkörper Die vorliegende Erfindung betrifft durch Gastreiben.
hergestellte Formkörper aus hydraulisch abbindenden und/oder keramisch gebundenen
Massem, die sich durch ein hohes Porenvolumen und eine hohe Durchgangsporosität
auszeichnen.
-
Es ist bekannt, aus hydraulisch abbindenden Massen, z. B. mit Gips
oder Beton oder auch aus mit Tonen und ähnlichen Stoffen gebundenen., durch Brennen
verfestigten Mischungen keramischer Stoffe, hochporöse Formkörper dadurch herzustellen,
daß den Ausgangsgemischen gasentwickelnde Substanzen, insbesondere sauerstoffabgebende
Verbindungen, vorzugsweise Wasserstoffperoxyd, zugesetzt werden, worauf durch die
Gasentwicklung egin bis zur endgültigen Verfestigung der Gemische stabiles, die
spätere Porenstruktur ergebendes Gefüge entsteht. Das Verfahren der Gastreibung
zur Erzeugung poröser Formkörper ist besonders vorteilhaft wegen der leichten Regulierbarkeit
der Blasenzahl und -größe und gestattet somit, in einfacher Weise willkürliche Strukturausbildungen
herzustellen. Man war jedoch bisher der Auffassung, daß eine wesentliche Voraussetzung
für den Erfolg des Gastreibverfahrens in der Bildung und Erhaltung geschlossener
Gasblasen in der treibfähigen Masse liegt, da beim Aufspringen der Blasen ein Zusammenfallen
der Masse und damit eine starke Herabsetzung der Porosität befürchtet werden mußte.
Für die bisherigen Anwendungszwecke derartiger gasgetriebener Körper, die im wesentlichen
eine hohe Isolierfähigkeit., verbunden mit geringem Gewicht, erforderten., genügte
es im allgemeinen, Formkörper mit im wesentlichen geschlossenen Poren zu erzeugen..
So sind z. B. Kunststeine bekannt, bei denen das Porenvolumen mehr als 50% des Gesamtvolumens
beträgt. Trotz der hohen Porosität nehmen sie, selbst wenn sie 60 Stunden lang im
Wasser liegen, in ihrem Innern kein Wasser auf.
-
Anwendungsgebiete, die das Vorhandensein einer Vielzahl miteinander
in Verbindung stehender verästelter Poren voraussetzen, waren daher bislang den
gasgetriebenen Massen bzw. Formkörpern verschlossen. Für diese Zwecke war man. darauf
angewiesen, poröse Körper durch Verfritten oder Versintern von keramischen Materialien
oder in gewissen Grenzen auch durch Einbringung leicht entfernbarer Stoffe in die
Ausgangsmassen und nachheriges Entfernen., etwa durch Ausbrennen, aufzubauen.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft poröse, durch Gastreiben, insbesondere
mit sauerstoffabgebenden Verbindungen, hergestellte Formkörper aus hydraulisch abbindenden
und/oder aus keramisch gebundenen Massen., bei denen das Porenvolumen mehr als 50%
des Gesamtvolumens beträgt. Die neuen Formkörper sind dadurch gekennzeichnet., daß
das dem Treibeffekt zu unterwerfende Material eine zähe, kaum gießfähige -Masse
darstellt, der Mittel zugesetzt werden, die in der zähen. Masse blasensprengende
Wirkung haben, und in dem Fertigprodukt mehr als 70%, vorzugsweise mehr als 80%,
der Poren miteinander in Verbindung stehen. Als blasensprengende Mittel werden vorzugsweise
Silicone und/oder Sulfonate, z. B. Fettalkoholsulfonate, Alkylsulfon.ate oder Arylsulfonate
verwendet. Die neuen Körper zeigen demnach eine, für viele Zwecke erwünschte stark
verästelte Porenstruktur und weisen im Gegensatz zu der Ausbildung der Poren. als
geschlossene Blase eine hohe Durchgangsporosität auf.
-
Der technische Fortschritt der Erfindung liegt darin, daß man auch
mit Hilfe des Gastreibverfahrens zu einer bis zur Verfestigung stabilen Struktur
gelangen kann, bei der die entstehenden Gasblasen aufspriingen, ohne daß die getriebene
Masse wieder zusammenfällt. Außer den Siliconen können, wie erwähnt, auch die Sulfona.te
im Rahmen der vorliegenden Erfindung als blasensprengende Mittel angewendet werden.
Es ist bekannt, daß bei der Herstellung von. Leichtsteinen Sulfonsäuren alkylierter
aromatischer Kahlenwasserstoffe oder deren Salze mit gutem Erfolg als schaumbildende
Mittel dienen können. Überraschend ist, daß die Sulfonate nicht nur schaumbildende,
sondern auch blasensprengende Eigenschaften zeigen.. Um die eine oder die andere
Eigenschaft zur Wirkung zu bringen, ist allerdings Voraussetzung, daß die dem Treibvorgang
zu unterwerfende Masse eine bestimmte Konsistenz hat. Wenn nämlich die Masse, der
das Sulfonat zugesetzt wird, verhältnismäßig dünnflüssig ist, wirkt es als Schaummittel;
wenn die Masse aber zäh und kaum gießfähig ist, wirkt das Sulfonat
blasensprengend
und ruft Durehgangsporosität hervor. Bei der erwähnten bekannten Herstellung von
Leichtsteinen kommt eine dünnflüssige, etwa 70% Wasser enthaltende Masse zur Anwendung,
während die Masse, die für die Herstellung der neuen Formkörper verwendet wird,
zäh und kaum gießfähig ist und nur etwa 15% Wasser oder auch weniger enthält.
-
Man erhält erfindungsgemäß nach der durch Abbinden oder Brennen erfolgten
Verfestigung der Massen Körper, die bei hoher Durchgangsporosität ein niedriges
Raumgewicht aufweisen und für eine Vielzahl von technischen Zwecken insbesondere
dann geeignet sind, wenn ihr Raumgewicht weniger als 1,2 1g/1 oder sogar 0,6 kg/1
und darunter beträgt.
-
Die neuen porösen Körper, bei denen alle Vorzüge des Gastreibverfahrens
nunmehr auch für die Ausbildung eines Gefüges von zusammenhängenden Poren ausgenutzt
werden können, sind mit besonders gutem Erfolg für alle Zwecke verwendbar, bei denen
es sich um die Ausnutzung einer großen Oberfläche, verbunden mit einem hohen Durchlaßvermögen,
handelt. Sie kommen daher vor allein in Betracht als Filter, Reiniger und Verteiler
für Gase und Flüssigkeiten, beispielsweise für die Wasserreinigung. Infolge der
Möglichkeit, Art, Zahl und Größe der Poren und deren Querschnitte sowie die der
Porenverbindungen in weiten Grenzen willkürlich und reproduzierbar zu beeinflussen,
haben sich Formkörper gemäß der Erfindung auch für die Filtration von flüssigen
Metallen nach den Arbeitsverfahren des Metallfiltration außerordentlich bewährt.
Wegen ihrer großen Oberfläche und ihres geringen Strömungswiderstandes sind derartige
Körper auch hervorragend geeignet als Strahlungsplatten für die Oberflächenverbrennung
zu Heizzwecken aller Art, so als Flächenbrenner oder Brennerköpfe und gegebenenfalls
auch als Auskleidungen für gasbeheizte Öfen..
-
Wie schon erwähnt, können die neuen Formkörper aus mineralischen oder
keramischen Ausgangsstoffen erzeugt und auch dadurch dem jeweiligen Verwendungszweck
angepaßt werden.. Als mineralische Rohstoffe können beispielsweise Quarzmehl, Flußsand
und/oder Schiefermehl dienen, die mit Zementen verschiedenster Art oder mit Kalk
bzw. mit Kalk-Zement-Gemischen oder auch mit anderen selbsthärtenden Bindern, wie
Gips, verarbeitet worden. Besonders günstige Herstellungsbedingungen ergeben sich,
wenn die Mischungen aus mineralischen Stoffen und Bindemitteln mit geringen Wassermengen
in eine nicht gießfähige Masse von vorzugsweise krümeliger, erdfeuchter Konsistenz
übergeführt und dann vor dem Treiben einer intensiven Durchknetung unterworfen werden.
-
In ähnlicher Weise können auch Stoffgemische bearbeitet werden, die
nach dem Verfestigen durch Brennen hochtemperaturbeständige Produkte ergeben, wie
etwa. Schamotte, hochschmelzende Oxyde und Oxy dgemische mit an sich bekannten keramischen
oder silikatischen Bindemitteln, wie Tonen oder glasartigen Fritten.
-
Als Treibmittel können alle Stoffe verwendet werden, die in der Mischung
Zu einer Gasentwicklung befähigt sind, wie beispielsweise Aluminiumpulver, Zinkpulver
oder andere Metallpulver. Mit besonderem Vorteil werden. jedoch sauersto$abgebendeVerbindungen,
und zwar in erster Linie Wasserstoffperoxyd, benutzt. Der Vorzug eines solchen flüssigen
Treibmittels liegt vor allem darin., daß die homogene Einmischung keinerlei Schwierigkeiten
bereitet und das Treibmittel praktisch rückstandslos verbraucht wird. Die Zusatzmengen
für die Silicone einerseits und für die Sulfonate andererseits sind unterschiedlich.
Die Silicone werden im allgemeinen in einer Menge von unter 1%, vorzugsweise sogar
von unter 0,5%, bezogen auf den Feststoffanteil der jeweiligen Mischung, zugesetzt.
Die Zusatzmenge für die Sulfonute, z. B. Fettalkoholsulfonate, Alkylsulfonate oder
Arylalkylsulfonate, ist wesentlich größer als bei den Siliconen und kann bis zu
etwa 10% ansteigen. An Stelle der Sulfonate haben sich auch sulfonathaltige Gemische,
wie sie bei der Mineralölraffination als sogenannte Säureteere anfallen, als brauchbar
erwiesen, insbesondere wenn diese Säureteere vor dem Zusatz zur treibfähigen Mischung
neutralisiert sind.
-
Die Eigenschaften der neuen Foirrnkörper sind neben anderen Faktoren
weitgehend abhängig von der Teilchengröße der keramischen oder mineralischen Rohstoffe
und können auf diese Weise in gewissen Grenzen- beliebig eingestellt werden. Zu
besonders offenen Porengefügen gelangt man, wenn die Körper aus Stoffen mit
praktisch einheitlicher Korngröße und nicht, wie in den. meisten Fällen üblich,
aus Gemischen mit breitem Korngrößenband aufgebaut werden. Naturgemäß ist die Beeinflussung
der Eigenschaften der Struktur der neuen Formkörper nicht nur an die Auswahl und
Änderung der Korngrößen gebunden, sondern läßt sich auch unter anderem durch Art
und Menge des Treibmittels und der zu dessen Zersetzung dienenden Katalysatoren
in einfacherWeise bewirken.
-
Trotz der hohen Porosität und der Verbindung der einzelnen Poren untereinander
zeigen die Formkörper nach der Erfindung auch bei niedrigen Raumgewichten eine überraschend
große mechanische Festigkeit und vor allem., soweit sie thermisch, insbesondere
auf Temperaturwechsel, beansprucht werden., eine hervorragende Beständigkeit. Bei
größeren Körpern,, z. B. Strahlungsplatten, hat es sich dennoch als zweckmäßig erwiesen,
zur weiteren Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit in die strahlende Oberfläche
Nuten einzuformen, deren Tiefe geringer ist als die Plattendicke, und die Poren
in diesen Nuten durch wärmebeständige Kittmassen zu verschließen. Auf diese Weise
werden großflächige Körper in kleinere Einheiten unterteilt, so daß die auftretenden
Wärmespannungen die Festigkeit nicht übersteigen.
-
Infolge dar zahlreichen miteinander in Verbindung stehenden Poren
ist die eigentliche Masse der erfindungsgemäßen Körper, also die Zellenwände und
die Stege, überall zugänglich, so daß es möglich ist, derartige Körper allseitig
und durchgehend zu imprägnieren. Man kann je nach dem gewünschten Erfolg beispielsweise
katalytisch wirkende Überzüge in die Poren einbringen oder aber metallische oder
nichtmetallische Überzüge, die der Verfestigung im Innern dienen, durch und durch
niederschlagen. Auch hieraus ergeben sich vielfältige Variationsmöglichkeiten in
Eigenschaft und Verwendung für die neuartigem Körper.
-
Die folgenden Beispiele erläutern den Aufbau und die Anwendung der
neuen Formkörper.
-
Beispiel 1 75 ccm Wasser werden mit 0,1 ccm einer 40°/oigen wäßrigen
Lösung von Harzseife vermischt und m(it 465 g Flußsand in der Korngröße von 0 bis
0,5 mm sowie 100 g Portlandzement intensiv durchgearbeitet. Nach Zugabe von 2 ccm
einer 350/aigen. Wasserstoffperoxydlösung und 10 ccm Chlorkalkmilch (1 Teil Chlorkalk
und 1,5 Teile Wasser) werdender Mischung außerdem 50 mg Siliconemulsion zugesetzt
und gleichmäßig
verteilt. Die erhaltene teigartige Masse wird in
eine teilbare Eisenform eingebracht und nach dem Treiben und Ausformen gegebenenfalls
nach einer Dampfhärtung unterworfen. Das Raumgewicht des erhaltenen Körpers beträgt
0,88 kg/1 bei einem Porenvolumen von 60%. Von diesen Poren stehen 85 bis 90% über
feine Durchgänge miteinander in Verbindung.
-
Eine etwa 8 cm dicke Platte der beschriebenen Art filtriert bei einer
5 m hohen Wassersäule in einer Stunde anfänglich 16 cbm Wasser pro 1 qm Filterfläche.
Infolge mechanischer Entfernung feinster Rippen und Grate in den Poren steigt die
filtrierte Menge nach einigen Stunden bis auf 20 cbm Wasser und mehr. Beispiel 2
450 g Schamotte in Form von sogenann.tem Kapselbruch mit einer Korngröße zwischen
0,5 und 2 mm werden mit 160 ccm Wasser, 45 g LaurylalkohoIsulfonat und 150 mg Braunstein
intensiv durchgearbeitet. Die leicht bewegliche Masse wird darauf mit 7 ccm 35gewichtsprozentigem
Wasserstoffperoxyd und. 180 g Klingenberger Ton vermischt, in eine Form von 250
- 120 - 50 mm eingebracht und dem Treibvorgang überlassen. Nach dem Ausformen wird
der entstandene Körper getrocknet und bei 1400'° durch Brennen verfestigt. Das Raumgewicht
des entstandenen Körpers beträgt 0,605 kg/1 hei einem Porenvolumen von etwa 75 %.
-
Platten der beschriebenen Art eignen sich wegen ihrer hohen Durchgangsporigkeit
und der großen Öffnungsquerschnitte der Poren hervorragend als Strahlungskörper
und können mit Hilfe von Gasbrennern unter sparsamstem Gasverbrauch auf Oberflächentemperaturen
von 900 bis 1000° C gebracht werden. Sie werden bevorzugt mit Gasluftgemischen von
geringer Zündgeschwindigkeit, also mit selbstansaugenden Brennern, betrieben. Beispiel
3 Mit dem gleichen Ansatz wie im Beispiel 2, jedoch unter Herabsetzung der Wassermenge
von 160 ccm auf 133 ccm, wird in der schon beschriebenen Weise ein Formkörper hergestellt,
der infolge des geringeren 45 Wasserzuschlages feinere Poren mit feineren Verbindungskapillaren
aufweist. Die Porosität beträgt demzufolge nur etwa 60%. Das Beispiel zeigt, daß
mit einfachen Mitteln die Struktur und damit die Eigenschaften der erfindungsgemäßen
porösen Körper kontrollierbar veränderlich sind. Derartige Platten, können mit selbstansaugenden
Brennern nicht mehr betriebeu werden. Man verwendet hierfür vielmehr Gasluftgemische
mit hoher Zündgeschwindigkeit, beispielsweise also Gebläsebrenner, und erreicht
an der Oberfläche der Formkörper Temperaturen von 1400° C und mehr.