DE1282215B

DE1282215B - Aushaertendes UEberzugsmittel auf Kaliumsilikatbasis

Info

Publication number: DE1282215B
Application number: DEC31333A
Authority: DE
Inventors: Harold Huffcut
Original assignee: Air Preheater Co Inc
Current assignee: Alstom Power Inc
Priority date: 1962-11-09
Filing date: 1963-11-06
Publication date: 1968-11-07

Description

Aushärtendes überzugsmittel auf Kaliumsilikatbasis Die Erfindung betrifft ein aushärtendes silikatisches Überzugsmittel für Materialien, die hohen Temperaturen und/oder einem großen Temperaturbereich ausgesetzt werden, gegebenenfalls auch in Berührung mit einer korrodierenden Atmosphäre.
Blanke Metalle, die erhöhten Temperaturen entweder allein oder in Berührung mit einer korrodierenden Atmosphäre unterworfen werden, sind verschiedenen Formen und Graden von Zerstörungen durch Oxydation des Metalls ausgesetzt. Es sind schon verschiedene Überzugsmittel entwickelt worden, um Metallen und anderen Materialien unter spezifischen Bedingungen einen Schutz zu geben. So sind aushärtende Überzugsmittel auf der Basis wäßriger Kaliumsilikatlösung mit verschiedenen mineralischen, silikatischen Füllstoffen bekannt. Auch Siliziumdioxydpulver hat man schon wäßrigen Alkalisilikatlösungen einverleibt. Ferner ist es auch bereits bekannt, in Silikatbindemitteln Talkum zu verwenden. Allen diesen bekannten Überzugsmitteln ist aber der Nachteil gemeinsam, daß sie jeweils nur an ganz bestimmten Oberflächen haften, beispielsweise entweder an Metall oder an Keramik, und nur für bestimmte Temperaturen oder Temperaturbereiche geeignet sind.
Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Schaffung eines verbesserten Überzugsmittels, das auf einer Vielzahl von Stoffen haftet und sehr hohen Temperaturen sowie großen Temperaturänderungen zu widerstehen vermag. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein aushärtendes Überzugsmittel auf der Basis wäßriger Kaliumsilikatlösung mit Siliziumdioxydpulver und silikatischen Füllstoffen gelöst, das aus 25 bis 420/, Kaliumsilikatlösung, 55 bis 68 °/o Siliziumdioxydpulver, 1 bis 40/, Talk und 1 bis 70/, Nephelinsyenit besteht.
Das erfindungsgemäße Überzugsmittel haftet auf einer Vielzahl von Stoffen, beispielsweise auf Metall und Keramik. Das Überzugsmittel ist aber auch auf biegsame Materialien aufbringbar, etwa auf Papier, das, wenn es nach der Aufbringung des Überzugs genügend getrocknet ist, jede Gestalt beibehält, die es vor der Aufbringung des Anstrichs besessen hat. Weiterhin ist das Überzugsmittel auch für solche Grundmaterialien geeignet, die sich bei hohen Temperaturen verbrauchen, also etwa verdampfen, wobei dann der Schutzüberzug übrigbleibt. Das Überzugsmittel ist ferner widerstandsfähig gegenüber sehr hohen Temperaturen, es kann gegebenenfalls bis über 1300°C erhitzt werden. Trotzdem ist das Überzugsmittel auch für tiefe Temperaturen geeignet und vermag großen Temperaturänderungen zu widerstehen. Schließlich ist das erfindungsgemäße Überzugsmittel vergleichsweise billig, leicht aufbringbar und erfordert keine Nachbehandlungsmethoden.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Das erfindungsgemäße Überzugsmittel enthält als Grundsubstanz Siliziumdioxydpulver. Dieses Pulver soll dabei ein Gemisch aus Körnern unterschiedlicher Größe zwischen 0,08 und 0,85 mm Korngröße darstellen, um eine möglichst große Teilchendichte zu erhalten. Das Siliziumdioxydpulver wird in wäßrigem Medium mit Kaliumsilikat vermischt, derart, daß eine homogene Mischung vorbestimmter Viskosität entsteht.
Dieser Mischung wird eine kleine Menge Talk, d. h. wasserhaltiges Magnesiumsilikat, zugesetzt. Dabei dient der Talk zur Verringerung der Neigung des Überzugs, bei auftretenden mechanischen Belastungen zu reißen oder aufzuspringen. Ferner steigert der Talk die Widerstandsfähigkeit des Überzugs gegen Wärmestöße innerhalb eines weiten Temperaturbereichs, der bis zu 1300°C reichen kann.
Ferner wird eine kleine Menge an Nephelinsyenit (ein Aluminiumsilikat) der Mischung zugesetzt, um den Sinterungsbereich zu erhöhen. Dieser Zusatz dient außerdem zur Steigerung der Festigkeit des Überzugs bei hohen Temperaturen und zur Veränderung des Ausdehnungskoeffizienten. Durch den Zusatz von Nephelinsyenit zu den anderen Bestandteilen der Mischung kann der Ausdehnungskoeffizient derart verändert werden, daß er der thermischen Ausdehnung des Materials, auf welches der Überzug aufgebracht werden soll, entspricht. Wird der Anteil an Nephelinsyenit auch nur geringfügig über die angegebenen 7 °/o, z. B. auf 7,20/, erhöht, so resultieren Überzüge aus diesen Mischungen, die wegen Risse- und Sprungbildung beim Trocknen nahezu unbrauchbar sind. Ein Fehlen von Nephelinsyenit führt beim Trocknen der Überzüge zu Sprüngen und schuppenartigem Ablösen des Anstrichs wegen mangelnder Haftung am Untergrund.
Die relativen Mengen der Einzelbestandteile der Mischung in Wasser können folgendermaßen gewählt werden: Siliziumdioxydpulver . . . . . . . . . . . . . 55 bis 68% Kaliumsilikatlösung (40,70°B6) .... 25 bis 420/0 Talk ........................... 1 bis 4°/0 Nephelinsyenit . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 bis 70/, Die jeweiligen Mengen jedes Bestandteils können innerhalb der angegebenen Grenzen geändert werden, um so eine Anpassung an den jeweiligen Verwendungszweck des Überzugsmittels zu erreichen, etwa mit Hinblick auf die zu erwartenden Temperatureinflüsse. Ein für Stahl geeigneter Überzug für Temperaturen bis zu 1100°C kann wie folgt zusammengesetzt sein: Siliziumdioxydpulver ..... . . . . . . . . . . . 55010 Kaliumsilikatlösung (40,70'#i# . . . . . . . . . . 40 °/o Talk ........................ . ........ 1°/0 Nephelinsyenit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40/0 sowie hinreichend Wasser, um die geeignete Viskosität für den gewünschten Anwendungsfall zu erhalten. Eine Mischung ohne Nephelinsyenit würde zwar noch einen hitzebeständigen Überzug ergeben, jedoch würde die Widerstandsfähigkeit bei hohen Temperaturen und gegen Korrosion beträchtlich geringer sein als bei der angegebenen Anwesenheit von Nephelinsyenit.
Ein Schutzüberzug für Papier mit Keramikgrundlage zur Verwendung bei Temperaturen zwischen 1100 und 1300°C ist vorzugsweise folgendermaßen zusammengesetzt: Siliziumdioxydpulver ..... . . . . . . . . . . 630/0 Kaliumsilikatlösung (40,70'#6 ) ........ 28°/o Talk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,30/0 Nephelinsyenit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6,70/, sowie hinreichend Wasser zur Erreichung der für den gewünschten Anwendungszweck geeigneten Viskosität: Die für die vorstehend genannten Mischungen erforderlichen Wassermengen richten sich danach, wie die Mischung auf das Grundmaterial aufgebracht wird, und außerdem nach der gewünschten Dicke des Überzugs. Für einen dünnen Überzug, der beispielsweise durch Spritzen aufgebracht wird, ist eine Mischung niedriger Viskosität und damit mit mehr Wasser erforderlich als für einen dicken Überzug, der durch Tauchen oder Aufbürsten aufgebracht wird.
Der Überzug trocknet an Luft, ohne daß besondere Trockenprozesse erforderlich sind. Wenn jedoch der an Luft gehärtete Überzug sehr hohen Temperaturen unterworfen wird, bei welchen eine Oxydation auftritt, so reagiert das Überzugsmaterial nochmals, wird glasig und löst das Metalloxyd. Dabei bildet sich ein äußerst dauerhafter Überzug, der das Metall gegen weitere Oxydation schützt.
Die Reaktionen zwischen den verschiedenen Bestandteilen beginnen bei Raumtemperatur und dauern an, bis annähernd eine Temperatur von 980°C erreicht ist. Wenn die verwendeten Materialien bis zum plastischen Zustand erhitzt werden, lösen sie die in den Zwischenräumen zwischen dem Überzug und dem Grundmaterial auftretenden Oxydationsprodukte bzw. nehmen diese in Lösung und schützen somit das Grundmaterial gegen weiteren Angriff: Obgleich ein luftgetrockneter Überzug im wesentlichen dieselbe Festigkeit aufweist wie ein Überzug, der höheren Temperaturen ausgesetzt worden ist, wird die chemische Zusammensetzung unterschiedlich sein, und zwar hauptsächlich entsprechend der erreichten Wärmereaktionsstufe des Nephelinsyenits.
Eine gesteigerte Widerstandsfähigkeit gegenüber Säuren bei niedrigen Temperaturen kann dadurch erhalten werden, daß das Überzugsmittel einer Trocknungsbehandlung unterworfen wird, bei welcher der Überzug in einer Kohlendioxydatmosphäre auf 290 bis 400°C erhitzt wird. Das Kohlendioxyd kann beispielsweise so erzeugt werden, daß in den zum Trocknen des Überzugs verwendeten Ofen ein bestimmter Betrag an Ammoniumcarbonatpulver eingebracht wird. Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn die Überzugsmasse mittels einer offenen Gasflamme erhitzt wird.
Die Eigenschaften des Kaliumsilikats und der anderen für den Überzug verwendeten Materialien können geringe Unterschiede aufweisen. Es ist dann lediglich erforderlich, die Mengenanteile der verschiedenen Bestandteile geringfügig zu verändern. Bei dem in den obigen Beispielen verwendeten Kaliumsilikat betrug das Molverhältnis 1 Teil Kalium auf 3,29 Teile Silikat, wobei dann eine Dichte von 40,70°B6 gemessen wurde.

Claims

Patentanspruch: Aushärtendes Überzugsmittel auf der Basis wäßriger Kaliumsilikatlösung mit Siliziumdioxydpulver und silikatischen Füllstoffen, g e k e n n z e i c hn e t d u r c h 25 bis 42 °/0 Kaliumsilikatlösung, 55 bis 68 °/0 Siliziumdioxydpulver, 1 bis 4 °/0 Talk und 1 bis 7 °/o Nephelinsyenit. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 210 344; französische Patentschriften Nr. 857 267, 887 429, 977 478, 1022158; britische Patentschrift Nr. 462 376; australische Patentschrift Nr. 104 231; Chemisches Zentralblatt, 1937/1I, S. 4114.