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Druckverformtes, formbeständiges Wärmeisolierinaterial und Verfahren
zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf druckverformtes, forinbeständiges
Wärmeisoliermaterial und dessen Herstellung, das sich z. B. zur Isolierung von Rohren,
Destillisationsblasen, chemischen Reaktionsboilern usw. eignet, wobei das Isoliennaterial
zu Blöcken oder Rohrummantelungsteilen gepreßt ist, deren Form an die jeweiligen
zu isolierenden Flächen angepaßt ist.
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Isolierüberzüge, z. B. Halbzylinderforinen, die zur Isolierung von
Rohren bestimmt sind, werden bisher nach verschiedenen Verfahren, z. B. mittels
Filterpressen, hergestellt. Da diese Isoliermaterialien beim Trocknen schrumpfen,
war es allgemein erforderlich, übergroße Preßformen zu verwenden und dann die gepreßten
Teile maschinell auf das erforderliche Endformat zu bearbeiten.
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Die Erfindung beseitigt diese Nachteile und schafft ein Isoliermaterial,
das zu jeder gewünschten Form gepreßt werden kann und so formstabil ist, daß die
gepreßten Formlinge ohne weitere Bearbeitung brauchbar sind.
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Das erfindungsgemäß Erhaltene ist ferner äußerst temperaturstabil
und kann bei Temperaturen zwischen etwa - 212 und + 927' C unter Beibehaltung
seiner sämtlichen sonstigen günstigen Eigenschaften verwendet werden.
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Eine wichtige Eigenschaft der neuen Isoliermatexialien besteht ferner
in ihrer Beständigkeit gegen Zerfall durch Dampf oder kochendes Wasser.
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Das erfindungsgemäße Isolierinaterial besteht aus 45 bis 94 Gewichtsprozent
geblähtem Perlit, 5 bis 20 Gewichtsprozent einer als primäres Bindemittel
wirkenden Montmorilloniterde, wie Bentonit, 1 bis 20 Gewichtsprozent eines
als sekundäres Bindemittel wirkenden organischen Materials, das gegen siedendes
Wasser beständig ist oder durch Zugabe von 0,2 bis 1,0 Gewichtsprozent Silikon
gegen siedendes Wasser beständig gemacht wurde, und bis zu 15 Gewichtsprozent
eines Faserstoffes.
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Der geblähte Perlit hat vorzugsweise eine geringe Schüttdichte mit
einem möglichst geringen Anteil von Bruchmaterial und einer möglichst großen Menge
Schwimmstoff.
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Es ist zwar schon ein Wärmeisoliermaterial, bestehend aus einer gebrannten
keramischen Masse aus einem geblähten Mineral, närtilich Vermicullth, und einem
Magnesiumsilikat-Bindemittel, sowie eine Isoliermasse aus ebenfalls Vermiculith
und einem Bindemittel bekannt. Vermiculith ist jedoch infolge seiner glimmerartigen
Schichtstruktur, die ihn weich und abreibbar macht, mit dem glasig harten, Zellstruktur
aufweisenden Perlit nicht zu vergleichen. Es treten bei Verwendung von Vermiculith
somit ganz andere Probleme auf wie bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Perht,
und man erhält demnach auch keine Produkte mit den eingangsgenannten günstigen Eigenschaften.
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Obwohl die Verwendung von geblähtem Perlit in einem Wärmeisolierinaterial
ebenfalls in der Literatur erwähnt ist, lag doch der Ersatz von Vermiculith in den
bekannten Isoliennaterialien durch geblähten Perlit keinesfalls nahe, da der Perlit
bisher nur als lose Füllung zum Ausfüllen von Wandhohlräumen in Gebäuden, in Kühl-
oder Heizeinrichtungen, ähnlich wie andere körnige Stoffe, z. B. Glas- oder Gesteinswolle,
expandierte Schlacke, Kork, aufgeblähter Vermiculith usw., vorgeschlagen wurde.
Die Perlitteilchen wurden dabei in den bekannten Isolierfüllungen mit einem wasserabstoßenden,
thermoplastischen Klebmittel behandelt, was sie für das erfindungsgemäße Verfahren
völlig unbrauchbar macht. Dieser Stand der Technik gibt dem Fachmann
somit
keinerlei Hinweise, wie man ein druckverformtes, formbeständiges Isolierinaterial
erhalten könnte.
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Der beispielsweise als primäres Bindemittel verwendete Bentonit soll
stark quellbar sein. Weniger als 5% Bentonit machen das Endprodukt zu schwach, während
mehr als 20% die Wärmeleitfähigkeit übermäßig erhöhen. Obwohl man zwischen
5
und 20 % Bentonit ein zufriedenstellendes Produkt erhält, wird doch der Bereich
zwischen etwa 8 und 161% bevorzugt.
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Polyvinylacetat und emulgierter Asphalt stellen zwei als sekundäre
Bindemittel geeignete organische. Materialien dar, die gegen kochendes Wasser beständig
sind. Ernulgierter Asphalt, der unter Verwendung von Bentonit als Haupternulgiermittel
hergestellt wurde, ist erfindungsgemäß für diesen Zweck besonders geeignet. Diese
Stoffe machen als Bestandteil der Perhtpreßmischung das Produkt gegen kochendes
Wasser beständig und können ohne Zugabe vön Silikön als Sekun-dirbinder verwendet
werden. Der Sekundärbinder kann, wenn er aus einem der beiden oben angeführten wasserbeständigen
Binder besteht, in Mengen zwischen 1 und 20 Gewichtsprozent der Trockensubstanz
des Endproduktes angewendet werden. Vorzugsweise wird der Prozentsatz jedoch zwischen
5 und 10% betragen. Werden weniger als la/o Sekundärbinder verwendet, so
wird das Endprodukt zu schwach. Andererseits wird mit 20% Sekundärbinder jede erforderliche
Widerstandsfähigkeit erreicht, so daß die Verwendung eines größeren Prozentsatzes
nur unnötige Kosten verursacht und die Wärmeleitfähigkeit des Endproduktes ungünstig
beeinflußt.
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Zu den gegen kochendes Wasser unbeständigen Sekundärbindern, die erfindungsgemäß
bei Zusatz einer kleinen Menge Silikon jedoch verwendet werden können, gehören Polyvinylalkohol,
Acrylpolymerisate, Stärke und Carboxymethylcellulose. Um die Verwendung dieser Stoffe
zu ermöglichen, wird eine kleine, Menge Silikon, und zwar zwischen 0,2 und
1,0 Gewichtsprozent derTrockensubstanz des Endproduktes zugesetzt. Das Silikon
imprägniert das organische Bindemittel, das allein nicht kochfest ist, und macht
hierdurch das fertige Produkt wasserabstoßend und gegen kochendes Wasser beständig.
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Bei Verwendung eines Sekundärbinders mit Silikon kann dieser in Mengen
zwischen 1 und 10 Gewichtsprozent der Trockensubstanz des Endproduktes
angewendet werden, vorzugsweise beträgt die Menge jedoch zwischen 1,5 und 6%. Im
fertigen Block des Isoliermaterials werden letztlich dieselben Ergebnisse erhalten,
wenn auch auf etwas verschiedene Weise. Wird das organische Bindemittel mit Silikon
verwendet, so dringt das Wasser in den fertigen Block nicht ein und kann diesen
daher nicht auflösen. Wird eraulgierter Asphalt oder Polyvinylacetatbinder ohne
Silikon verwendet, so dringt das Wasser zwar in den Block ein, dieser wird sich
aber auf Grund der Widerstandsfähigkeit des Bindemittels gegenüber kochendem Wasser
nicht auflösen. Für manche Zwecke wird die, Verwendung eines Sckundärbinders, der
selbst gegen kochendes Wasser nicht beständig ist, zusammen mit Silikon vorzuziehen
sein, weil der Block nicht durchnäßt wird und größere Festigkeit erhalten werden
kann. Natürlich kann man auch einem Block, der als Bindemittel Polyvinylacetat oder
eraulgierten Asphalt enthält, SiRkon zusetzen, wenn man dem Produkt die Fähigkeit
zur Wasserabstoßung geben möchte, obwohl der Block gegen Auflösung durch Wasser
ohne derartigen Zusatz genauso beständig ist.
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Die Verwendung von Verstärkungsfasern im Isolierstoff ist freigestellt.
Die Faser dient zum Zweck der rein mechanischen Verstärkung des Endproduktes. Wo
das Produkt Brechkräften-ausgesetzt wird, ist die Verwendung einer Faser erwünscht,
weil diese abgebröckelte oder abgespaltene Stücke des Produktes mechanisch zusammenhält.
Zu diesem Zweck eignet sich jede tierische, pflanzliche oder mineralische Faser,
die entsprechende Länge und Festigkeit besitzt. Natürlich ist es erforderlich, wenn
Hitzefestigkeit verlan#gt wird und das Produkt bei allen Temperaturen verwendbar
sein soll, Asbest- oder andere hitzefeste mineralische Fasern zu verwenden. Bevorzugt
wer-den bei Anwendung von Faser 5 bis 10 Ge-
wichtsprozent der Trockensubstanz
des Endproduktes, obwohl für besondere Zwecke ein Fasergehalt zwischen
0 und 15% geeignet ist.
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Wo daher Polyvinylacetat oder emulgierter Asphalt den Sekundärbinder
darstellen, enthält die Stoffzusammensetzung etwa
5 bis etwa 20% Bentonit,
etwa
1 bis etwa 2019/o Polyvinylacetat oder emulgierten Asphalt, etwa
0 bis zu etwa
15 1/o Faser und etwa 45 bis etwa 94% geblähten Perlit.
Vorzugsweise werden die, Anteile jedoch in folgenden Grenzen gehalten:
| Bentonit ................... 8 bis 160i0 |
| Polyvinylacetat oder emulgier- |
| ter Asphalt .............. 5 bis 10 1/o |
| Faser ...................... 5 bis 101/o |
| Geblähter Perlit ............ 64 bis 82 1/o |
Soweit ein organisches B'ndemittel, das gegen kochendes Wasser nicht beständig ist,
zusammen mit Sillkon verwendet wird-, sind die erlaubten prozentualen Bereiche:
| Bentonit .................. 5 bis 20 1/o |
| Sekundärbinder ............ 1 bis 101/o |
| Silikon .................... 0,2 bis 1,0 % |
| Faser ..................... 0 bis 15 1/o |
| Geblähter Perlit ............ 54 bis 94 1/o |
Vorzugsweise sollen dir, Prozentsätze jedoch in folgenden Grenzen bleiben:
| Bentonit .................. 8 bis 16 1/o |
| Sekandärbinder ............ 1,5 bis 6 1/o |
| Silikon , ................... 0,2 bis 1,0 % |
| Faser ..................... 5 bis 10(1/o |
| Geblähter Perlit ............ 67 bis 85 % |
Bei der Herstellung der neuen Isoliennateriahen verwendet man genügend Wasser, um
eine gründliche Lösung oder Dispergierung der festen Bindemittel zu erreichen und
um die festen Bindemittel auf der Oberfläche der Perlitteilchen und der Fasern der
ganzen Mischung gründlich zu verteilen, bevor diese gepreßt wird. Um die größtmögliche
Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung zu erreichen, hält man die Wassermenge möglichst
gering. Allgemein kann man sagen, daß die zweckmäßige Wassermenge das 1,5-bis 2,5fache
des Gesamtgewichtes der Trockensubstanz in der Mischung beträgt.
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Bei der Herstellung einer Preßmischung wird zuerst der Bentonit in
Wasser dispergiert. Das kann durch Mischen des Bentonits mit dem Wasser mittels
eines propellerartigen Schnellrührmischers mit Flügeln geschehen. Sobald der Bentonit
in Wasser gut verteilt ist, wird der Sekundärbinder zugegeben und das Mischen so
lange fortgesetzt, bis der Sekundärbinder entweder gut verteilt oder gelöst ist.
Soweit
eine Faser verwendet werden soll, wird diese dann zugegeben
und mit der Aufschlämmung vermischt. Diese vermischte Aufschlämmung wird dann dem
geblähten Perlit zugesetzt und vorsichtig gemischt, um sicherzustellen, daß die
einzelnen Perlitteilchen von der Bindemittelaufschlämmung bedeckt werden, ohne zu
zerbrechen. Das fertiggemischte Material kann man am besten als feuchtes, körniges
Gemisch beschreiben.
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Der Preßvorgang wird durchgeführt, indem man einen Anteil des Gemisches
in die Preßforin bringt, wobei die Preßform überfüllt wird; dann wird das Gemisch
in der Preßforin bei einem Druck von etwa 1,7 bis etwa 4,2kg/cm2 gepreßt.
Vorzugsweise soll der Druck etwa 2,8 kg7cm2 betragen. Während des Preßvorganges
wird kein Wasser aus der Mischung verdrängt. Sobald das Gemisch in der Form gepreßt
wurde, kann es daraus entfernt und getrocknet werden. Das preßgeformte Teil kann
bei Temperaturen von 107 bis 2041 C getrocknet werden, in Abhängigkeit
von der verwendeten Rezeptur, wobei das Trocknen so lange fortgesetzt wird, bis
der Feuchtigkeitsgehalt nicht mehr als 5 Gewichtsprozent beträgt.
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Das fertige, foringepreßte Isoliermaterial zeigt keine merkliche Änderung
der Preßformabmessungen, so daß eine weitere maschinelle Bearbeitung vor der Verwendung
nicht nötig ist. Der Preßformling ist mechanisch stabil, besitzt gute Festigkeit
und hohe Wärmeiso#lierwirkung bei allen Temperaturen von - 212 bis
927' C und wird in seiner Struktur weder durch Feuchtigkeit aufgelöst noch
durch kochendes Wasser zersetzt.
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Bei den tieferen Temperaturen verleiht der organische Sekundärbinder
dem Produkt die nötige große Festigkeit. Bei den höheren Temperaturen wird das organische
Bindemittel graduell wegoxydiert, der Bentonit oder Primärbinder bleibt
je-
doch zur Erhaltung der strukturellen Unversehrtheit des Stückes bei hohen
Temperaturen erhalten.
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Im folgenden wird ein spezielles Beispiel einer Mischung angegeben,
die infolge ihres geringen Herstellungspreises besonders günstig ist:
| Geblähter Perlit ................. 81,2% |
| Bentonit ....................... 12,0% |
| Natriumsalz eines wasserlöslichen |
| Acrylpolymeren (Cyanamer 370) 1,6% |
| Silikon ......................... 0,211/o |
| Asbestfasern ................... 5,0% |
Wasser wurde in etwa der 2,17fachen Menge des Trockengewichtes der Bestandteile
angewendet.
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Ein gemäß obiger Formel hergestelltes Produkt besitzt eine Trockendichte
von etwa 0,2 g7cm3 und eine Biegefestigkeit nach
A. S. T. M. Testmethode
C 203-55 T von
6,8 kg7cm2. Der Abrieb nach der Testmethode
der
U. S. Navy Specification
32 P
8 b,
Section F
3 a
(7) war wie folgt:
| 10 Minuten ..................... 30% |
| 20 Minuten ..................... 551/o |
| Typische Wärmeleitfähigkeiten des Produktes sind |
| wie folgt: |
| Bei der mittleren Temperatur 37,80 C |
| 0,422 kcal/mh' C, |
| bei der mittleren Temperatur 2601' C |
| 0,694 kcal/mh' C, |
| bei der mittleren Temperatur 5391 C |
| 0,992 kcal/mh' C. |