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Verfahren zur Herstellung hochporöser, mit durchgehenden Poren versehener
Formkörper aus Lehm oder Ton Gegenstand der Erfindung ist ein neuartiges Verfahren
zur Herstellung hochporöser, mit durchgehenden Poren versehener Formkörper aus Lehm
und/ oder Ton. Diese Formkörper zeichnen sich gegenüber bekannten Ton- oder Lehmformkörpern
durch besonders hohe Porosität, erhöhte Stabilität gegenüber aggressiven Stoffen
und Druckfestigkeit aus.
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Als poröse Rohre und ähnliche Bauelemente etwa zur Verwendung als
Sickerrohre werden üblicherweise Betonrohre verwendet, die jedoch in vielen Fällen
keine genügende Durchlässigkeit für das Sikkerwasser besitzen und vor allem den
Nachteil zeigen; gegenüber aggressiven Stoffen, wie Öl, Streusalz, Säuren und Laugen,
nicht beständig zu sein. Aus diesem Grund ist man vielfach darauf angewiesen, Steinzeugsickerrohre
mit eingestanzten oder gestochenen Löchern zu verwenden, deren Herstellung jedoch
relativ umständlich und teuer ist und die ebenso wie die Betonrohre ein beträchtliches
Gewicht besitzen, wodurch ihre Verlegung und ihr Transport erschwert wird. Auch
ist es bekannt, Tonkörper, wie Rohre od. dgl., mit teilweise durchgehenden Poren
herzustellen, indem man dem Tonmaterial vor dem Brennen brennbare Stoffe, wie Holzmehl,
Holzfasern, Kohlemehl oder Graphit, zusetzt, die während des Brennvorganges zersetzt
werden und dabei Hohlräume bilden. Der Nachteil eines solchen Verfahrens zur Herstellung
poröser Formlinge besteht darin, daß nur verhältnismäßig geringe Mengen der verbrennbaren
Stoffe zugesetzt werden können, da sie bei etwa 300°C oder darüber beginnen sich
zu zersetzen, was zur Folge hat, daß bei Zumischung größerer Mengen dieser Materialien
in Folge ihrer Verbrennungswärme die Ofentemperatur in dem genannten Temperaturbereich
schnell stark ansteigt und der Ofen »durchgeht«. Dieses schnelle Ansteigen der Ofentemperatur
und die plötzliche Entwicklung gasförmiger Verbrennungsprodukte führt daher bei
bekannten Verfahren zu einem Zerplatzen der Formlinge, wenn eine Mindestmenge von
etwa 25 Klo der zugesetzten verbrennbaren Stoffe überschritten wird.
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Aus der deutschen Patentschrift 845 626 ist außerdem ein Verfahren
zur Herstellung von porösen keramischen Bauelementen bekannt, das darin besteht,
daß man aus in feinzerkleinertem Zustand befindlichem brennbarem Stoff, wie vorzugsweise
Torf, Sägemehl oder Kohlenstaub, Formkörper bildet und diese mit Ton vermischt,
wonach aus diesem Gemisch Bauelemente geformt, getrocknet und gebrannt werden. Derartige
gebrannte Formkörper besitzen jedoch nicht die gemäß der vorliegenden Erfindung
angestrebte Flüssigkeitsdurchlässigkeit infolge durchgehender Poren. Das gleiche
gilt für keramische Leichtgewichtserzeugnisse, die nach dem Verfahren der deutschen
Auslegeschrift 1126 302 hergestellt werden. Dieses Verfahren, bei dem eine
Rohmasse, a z. B. Ton, vor dem Trocknen und Brennen mit einem Füllmittel in Gestalt
von Kunstharzteilchen gemischt wird, zeichnet sich dadurch aus, daß als Ausbrennstoff
Kunstharzhohlkörper, insbesondere von Kugelform, verwendet werden. Wegen der fehlenden
5 Bruchbildung in der Zellenwand erhält man dabei ein Erzeugnis, bei dem die Zellen
untereinander keine Verbindung haben und irgendeine Porosität des Erzeugnisses lediglich
auf der Art der verwendeten Rohmassen und nicht auf der Zellenstruktur beruht. Gemäß
diesem Verfahren führt also die Verwendung der Kunstharzhohlkörper ebenfalls nicht
zu durchgehenden Poren.
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Das neue Verfahren nach der Erfindung überwindet alle die oben geschilderten
Nachteile vorbekannter Verfahren und führt zu Produkten mit den geschilderten überlegenen
Eigenschaften.
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Dieses Verfahren zur Herstellung hochporöser, mit durchgehenden Poren
versehener Formkörper durch inniges Vermischen von Lehm und/oder Ton mit einem oder
mehreren, festen, bei Wärmeeinwirkung sich unterhalb 250° C zersetzenden Kunststoffen,
anschließendes Formen und Brennen des Gemisches nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß man geschnitzelte und/oder gefaserte Kunststoffe verwendet.
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Hierbei können grundsätzlich alle nach dem genannten Zersetzungspunkt
vom Fachmann leicht zu ermittelnden vorpolymerisierten oder durchpolymerisierten
bekannten Kunststoffe verwendet werden, wobei selbstverständlich ist, daß nicht
alle diese Kunststoffe zu gleichen oder gleichwertigen Ergebnissen führen. Der bevorzugte
Kunststoff für die Benutzung
in dem Verfahren nach der Erfindung
ist Polystyrol, das in Faser- oder Schnitzelform dem Lehm- oder Tonmaterial zugemischt
wird, wobei man günstigerweise dieses Material in feuchter Form verwendet.
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Je nach dem Verwendungszweck, d. h. nach der erforderlichen Porengröße
und nach den Ausmaßen der herzustellenden Ton- oder Lehmformlinge, wird die Faser-
oder Schnitzellänge des zugesetzten Kunststoffes variieren, doch liegt die bevorzugte
Faser-oder Schnitzellänge im Bereich von 0,2 bis 15 mm. Bei kleineren Gegenständen,
die eine möglichst gleichmäßige Oberfläche besitzen sollen, wird man dabei eine
kleinere Fasergröße wählen, während etwa bei Herstellung von größeren Bauelementen
Faser oder Schnitzel mit größerer Länge und Dicke benutzt werden.
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Nach dem Verfahren der Erfindung gelingt es so, bis etwa 60 Volumprozent,
bezogen auf die zu brennende Gesamtmasse, porenbildendes Kunststoffmaterial zu dem
Ton oder Lehm zuzusetzen, was den Vorteil gegenüber bekannten Verfahren hat, daß
man wesentlich höherporöse Formlinge mit vermindertem Gewicht erhält, ohne daß man
während des Brennvorganges ein Durchgehen des Ofens oder Zerplatzen des Formlings
befürchten müßte. Vorzugsweise werden hierbei 20 bis 60 Volumprozent, bezogen auf
die Gesamtmasse, an Kunststoffschnitzeln oder -fasern zugemischt. Dabei erfolgt
die Zersetzung der porenbildenden Kunststoffe während des Brennvorganges relativ
früh und gemäßigt, so daß die Ofentemperatur stets gut zu kontrollieren ist. Außerdem
werden nicht plötzlich größere Mengen von gasförmigen Verbrennungsprodukten erzeugt,
die die Formlinge zerreißen können.
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Außer Lehm, Lößlehm oder Ton können nach dem Verfahren der Erfindung
auch andere übliche Materialien, wie etwa Kaolin u. dgl. verwendet werden.
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Eine zweckmäßige und bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach
der Erfindung besteht darin, daß man zusätzlich zu den Kunststoffschnitzeln oder
-fasern, günstigerweise Polystyrol, bekannte porenbildende Stoffe, wie Kohlemehl,
Graphit, Holzmehl, Holzfasern oder Gemische dieser Stoffe in das Ton- oder Lehmmaterial
einmengt. Diese Materialien werden zweckmäßigerweise in Mengen von 5 bis 25 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Lehm- und/ oder Tongewicht, zugesetzt. Da die Kunststoffasern oder
-schnitzel sich bereits bei wesentlich niedrigeren Temperaturen während des Brennvorganges
zersetzen und dabei durchgehende Poren bilden, haben die Verbrennungsgase, die bei
der um 300°C einsetzenden Verbrennung der Holz- oder Kohleteilchen entstehen, die
Möglichkeit, durch diese vorgebildeten Kanülen ins Freie zu gelangen, ohne die Gefahr
eines Zerplatzens des Formlings hervorzurufen.
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Obwohl auch durch einfaches Vermischen der Fasern oder Schnitzel eines
auspolymerisierten Kunststoffes, wie Polystyrol, mit Holzmehl, Holzfasern, Graphit
oder Kohlemehl ausgezeichnete Produkte erhalten werden, besteht eine besonders bevorzugte
Methode nach der Erfindung darin, Monomere oder Vorpolymere des verwendeten Kunststoffs
nach innigem Vermischen mit Holzmehl, Holzfasern, Kohlemehl oder Graphit auszupolymerisieren,
dieses in Gemisch mit den genannten Stoffen vorliegende Polymerisat dann zu fasern
oder zu schnitzeln und erst dann der Lehm- oder Tonmasse zuzusetzen. Auch bei dieser
Modifizierung des Verfahrens ist es zweckmäßig, 5 bis 25 Gewichtsprozent, bezogen
auf das Lehm- und/oder Tongewicht, Kohlemehl, Holzmehl, Holzfasern und/oder Graphit
zu benutzen.
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Um eine besondere Stabilität und Druckfestigkeit der nach der Erfindung
hergestellten Fo.rmfinge zu erhalten, ist es zweckmäßig, beim Brennvorgang über
den Sinterpunkt des jeweils verwendeten Lehms oder Tons, jedoch auf eine Temperatur
unterhalb des Schmelzpunktes dieser Materialien zu erhitzen. Günstige Brenntemperaturen
liegen dabei normalerweise im Bereich von 1000 bis 1300° C, doch ist es für den
Fachmann selbstverständlich, daß die Brenntemperatur je nach dem verwendeten Material
auch oberhalb oder unterhalb dieses Bereiches liegen kann.
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Die Vorzüge der nach dem Verfahren der Erfindung herstellbaren Formlinge
gegenüber solchen nach bekannten Verfahren hergestellten bestehen darin, daß sie
bei ausgezeichneter Formstabilität und Druckfestigkeit nur ein geringes Eigengewicht
sitzen, gegenüber Säuren und Laugen, wie etwa Molken, absolut unempfindlich sind
und zusammenhängende, durch den gesamten Körper verlaufende Poren aufweisen, so
daß sie je nach dem Verwendungszweck eine ausgezeichnete Atmungsfähigkeit oder einen
hohen Flüssigkeitsdurchlauf besitzen.
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Die nach - der Erfindung hergestellten Formlinge können etwa zur Erhöhung
der Säurestabilität oder zur Erzeugung eines gefälligeren Aussehens nach bekannten
Tauchglasur- oder Salzglasurverfahren glasiert werden, wobei die Salzglasurverfahren
den Vorteil bieten, daß die Poren auch in ihrem Inneren durchgehend glasiert werden
und damit erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber korrodierenden und aggressiven
Flüssigkeiten oder Gasen erhalten.
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Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung können mit Vorteil etwa hochporöse
Sickerrohre, Drainagerohre, Filterplatten, Bausteine mit leichtem Gewicht, Absorptionskörper,
Pflanzenschalen, Blumentöpfe usw. hergestellt werden. Auf diese Weise erzeugte Filterkörper
oder Filterrohre können z. B. auch für Kläranlagen oder zur Filtrierung industrieller
Abwässer verwendet werden, gegenüber denen sie vollkommen beständig sind. Besonders
ist es dabei zu empfehlen, salzglasierte Filterkörper zu verwenden.
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Bauelemente, die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt wurden,
besitzen trotz ausgezeichneter Druckfestigkeit ein gegenüber bekannten Tonmaterialien
stark vermindertes Gewicht, das bis auf die Hälfte bekannter Bauelemente aus Ton
herabgesetzt werden kann. Die Verwendung als Füllkörper für Destillationskolonnen,
Wärmeaustauscher u. dgl. erweist sich als besonders günstig, da solche Füllkörper
eine sehr große innere Oberfläche besitzen und gleichzeitig gegen Säuren und Laugen
stabil sind. Blumentöpfe, Blumenschalen u. dgl. können außerdem nunmehr auch glasiert
werden, so daß Ausblühungen des Tons verhindert werden, was bei bisher bekannten
und üblichen Blumentöpfen aus 'Fon nicht möglich war, ohne die Porosität und Atmungsfähigkeit
in unzulässiger Weise zu vermindern.
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Die folgenden Beispiele dienen lediglich der Erläuterung des Verfahrens
nach der Erfindung, doch ist dieses keinesfalls auf die wiedergegebenen Stoffe oder
Mischungsverhältnisse beschränkt.
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Beispiel 1 31 (entsprechend 29 g) Polystyrolfasern mit einer Länge
zwischen 0,$ und 3 mm und einer Dicke von
etwa 0,5 mm wurden mit
400 g feuchtem Holzmehl vermengt, und das Gemisch wurde mit 21 (entsprechend 4 kg)
grobem feuchtem Ton innig vermengt. Dieses Gemisch wurde dann in Form von Rohren
gepreßt und bei etwa 1200°C gebrannt.
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Die Prüfung zweier so hergestellter Rohre mit verschiedenem Durchmesser
auf ihre Scheitel-Druckfestigkeit ergab folgende Ergebnisse:
| Wand- Durchmesser Länge Bruch- |
| dicke (lichte Weite) last |
| cm mm mm kp |
| Erste Probe .... 1 60 370 1020 |
| Zweite Probe . .. |
| 1,2 80 340 880 |
Beispiel 2 250 ccm (entsprechend 20 g) vorpolymerisierte Polystyrolgranalien wurden
mit 100 g Holzmehl innig vermischt, dann auspolymerisiert und schließlich zu Fasern
von einer Länge von etwa 0,5 bis 2 mm gefasert. Diese Fasern wurden mit 500 ccm
grobem feuchtem Ton innig durchmengt, zu Bauelementen geformt, getrocknet und bei
etwa 1200°C gebrannt. Beispiel 3 250 ccm (entsprechend 20 g) Polystyrolvorpolymerisat
in Form von Granalien wurden mit l00 g Kohlemehl vermischt, auspolymerisiert und
dann zu Flocken von einer Länge zwischen etwa 1 und 3 mm geschnitzelt. Die Flocken
wurden dann mit 750 ccm grobem feuchtem Lößlehm innig vermengt, zu Rohren verformt
und in ungetrocknetem Zustand bei etwa 1200° C gebrannt.
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Beispiel 4 21 (entsprechend 30g) Polyurethanschaumstoff (Kondensationsprodukt
eines Polyesters aus einer Dicarbonsäure und einem dreiwertigen Alkohol und einem
Diisocyanat) wurden zu Schnitzeln von etwa 0,6 bis 0,8 mm geschnitzelt, mit 20 g
feuchtem Holzmehl vermengt, und dieses Gemisch wurde in 11 groben feuchten Lehm
gleichmäßig eingearbeitet. Danach wurde die Masse geformt und in feuchtem Zustand
bei etwa 1200°C gebrannt.
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Beispiel 5 Dieses Beispiel dient dem Nachweis der Tatsache, daß nach
dem Verfahren der Erfindung Formkörper mit durchgehenden Poren gewonnen werden,
während man nach dem in der deutschen Auslegeschrift 1126 302 beschriebenen Verfahren
Formkörper mit flüssigkeitsundurchlässigen geschlossenen Poren erhält. Aus je 2
kg entsprechend 1 1 feuchtem plastischem Ton und je 40 g Schnitzeln mit einer Länge
von 0,6 bis 0,8 mm aus geschäumtem Polystyrol nach der Erfindung einerseits und
40 g Kügelchen mit einem Durchmesser von etwa 1,5 mm aus geschäumtem Polystyrol
nach der deutschen Auslegeschrift 1126 302 andererseits wurden Tonrohre mit
einer Länge von 20 cm, einer Wandstärke von 1,2 bis 1,3 cm und einer lichten Weite
von 6 cm geformt, bei einer Brenntemperatur von etwa 1150 bis 1200'C
während
üblicher Brennzeiten gebrannt und anschließend in ebenfalls üblicher Weise salzglasiert.
Man erhielt dabei in allen Fällen standfeste Tonrohre, deren eine Seite mit einer
nicht wasserdurchlässigen Tonmasse verschlossen wurde. Dann wurden die Rohre bis
zum Rand mit Wasser gefüllt, und im Fall des Durchlaufens wurde das Wasser ständig
durch neu zulaufendes Wasser auf dem gleichen Stand gehalten. In einem Auffanggefäß
wurde für jedes einzelne Rohr das durchlaufende Wasser aufgefangen und volumenmäßig
gemessen.
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Im Fall der nach der Erfindung hergestellten Tonrohre erhielt man
in 15 Sekunden einen Wasserdurchlauf von etwa 1,5l, während im Fall der nach der
deutschen Auslegeschrift 1 126 302 hergestellten Tonrohre in der gleichen Zeit überhaupt
kein Durchlauf zu verzeichnen war.
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Bei einem anderen Vergleichsversuch wurde an Stelle der nach der Erfindung
verwendeten Polystyrolschnitzel Polystyrolfasern mit einer Dicke von etwa 0,2 bis
0,5 mm verwendet, wobei gleiche Versuchsbedingungen und Mengenverhältnisse wie im
Beispiel 5 angewendet wurden. In diesem Fall erhielt man bei den nach der Erfindung
hergestellten Tonrohren in 15 Sekunden einen Wasserdurchlauf von 1,2l, während auch
hier bei den nach der deutschen Auslegeschrift 1126 302 hergestellten Tonrohren
in der gleichen Zeit überhaupt kein Durchlauf zu verzeichnen war.