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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Leichtwerkstoffen durch Behandlung von Vermiculit mit Alkalisilikat, welches dadurch
gekennzeichnet ist, daß man den expandierten, mit Alkalisilikat vermischten Vermiculit
etwa 30 Minuten auf eine Temperatur oberhalb 500° C, vorzugsweise in der Größenordnung
von 600° C, erwärmt.
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Es ist bereits bekannt, expandierten Vermiculit mit einer Natriumsilikatlösung,
gewöhnlich in Gegenwart von Hilfsstoffen, derart zu behandeln, daß das Silikat unter
einfacher Verdunstung des Wassers in die Masse aufgenommen wird, wobei sich diese
verfestigt. Nach diesem Verfahren erhält man jedoch ein Material, das gegen atmosphärische
Einflüsse (Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit od. dgl.) sehr empfindlich bleibt.
Dieses Material ist darüber hinaus nicht starr, wobei seine Druckfestigkeit nicht
über etwa 5 bis 6 kg/cm2 in den besten Fällen hinausgeht. Daher ist es für Bauzwecke
unbrauchbar. Ein weiterer Nachteil dieses Materials besteht darin, daß seine Dichte,
die in der Größenordnung von 0,4 bis 0,6 liegt, sehr hoch ist.
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Durch das eingangs geschilderte erfindungsgemäße Verfahren wird es
nunmehr ermöglicht, aus Vermiculit Leichtwerkstoffe mit einer Dichte weit unter
0,6 und einer Druckfestigkeit weit über 5 kg/cm2 herzustellen, wobei diese Werkstoffe
unter anderem gegen Feuchtigkeitsschwankungen der umgebenden Atmosphäre unempfindlich
sind.
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In der deutschen Patentschrift 906196 wird eine Imprägnierung von
Vermiculit mittels Wasserglas unter vermindertem Druck in der Weise durchgeführt,
daß auch das Wasserglas den Vermiculit durchdringt. Es handelt sich bei diesem Verfahren
um ein von dem erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich verschiedenes Verfahren,
wobei, wie das Fehlen jeglicher Temperaturangaben zeigt, die Temperatur offensichtlich
ohne Bedeutung ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich gerade dadurch
aus, daß nur bei Einhaltung der geschilderten Verfahrensbedingungen neuartige Produkte
mit wesentlich verbesserten Eigenschaften erhalten werden.
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Gemäß der deutschen Auslegeschrift 1030 754 werden einzelne aufgeblähte
lamellenartige Vermiculitteilchen mit einem Überzug oder mit einer Haut versehen,
welche die Luftkammern oder Zellen der Teilchen oder die Kammern zwischen den Teilchen
abdichtet. Dieser deutschen Auslegeschrift sind jedoch keine Angaben zu entnehmen,
ob die mit Silikat umhüllten Vermiculitteilchen während oder nach der Formung erhitzt
werden, wobei andererseits ersichtlich ist, daß auf keinen Fall ein Erhitzen auf
eine Temperatur über 500° C vorgesehen ist, so wie dies erfindungsgemäß der Fall
ist. Dies geht aus der erwähnten deutschen Auslegschrift aus Spalte 3, Zeile 17
ff. hervor, wo angegeben wird, daß man neben Wasserglas auch Kautschukmilch oder
Lösungen von Polyesterharzen oder Polyvinylchlorid oder Polyvinylacetat verwenden
kann, welche jedoch auf keinen Fall derartig hohe Temperaturen auszuhalten vermögen.
Die Ausführungen in der deutschen Auslegeschrift 1030 754 lassen den Schluß zu,
daß man sich mit einer Erhitzungstemperatur zufriedengibt, welche gerade zur Entfernung
von Wasser und zur Trocknung des geformten Produktes ausreicht.
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Gemäß der vorstehend erwähnten deutschen Auslegeschrift erhält man
Produkte, wie sie in der »Tonindustrie-Zeitung«, 1935, auf S. 15 beschrieben wird,
wo allerdings auch angegeben wird, daß derartige Produkte gegen Wasser sehr wenig
beständig sind.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Verfahren beansprucht, bei dessen
Durchführung durch Erhitzen von mit Silikat umhülltem, jedoch nicht wie gemäß der
Patentschrift 906196 imprägniertem Vermiculit auf eine Temperatur über 500° C über
eine Art von Frittung sowie über Reaktionen, welche noch nicht aufgeklärt sind,
ein poröses Material erhalten wird, das in überraschender Weise gegen die Einwirkung
von Feuchtigkeit vollständig unempfindlich ist.
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In der deutschen Auslegeschrift 1017 973 wird ein Verfahren beschrieben,
bei dessen Durchführung Vermiculit mit Wasserglas und vorzugsweise mit einem Tonmineral
zu einer Paste vermischt wird, worauf diese Masse mit der Lösung eines das Silikat
härtenden Metallsalzes durchtränkt und anschließend getrocknet wird. Auch bei dieser
Verfahrensweise tritt, wie aus der Temperaturangabe von 280 bis 300° C (Spalte 4,
Zeile 27) entnommen werden kann, keine Reaktion zwischen dem Vermiculit und dem
Bindemittel ein, so wie dies erfindungsgemäß der Fall ist.
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In einem Aufsatz von R e i n h a r t in »Sprechsaal für Keramik-Glas-Email«,
1952, wird auf den S. 170 bis 172 lediglich das Aufblähen von Vermiculit beschrieben.
Die dabei eingehaltene Temperatur hat nur eine physikalische Wirkung und ruft keine
chemische Veränderung des Vermiculits hervor, so wie dies bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren der Fall ist, bei welchem zwischen dem Vermiculit und dem Alkalisilikat
eine chemische Reaktion zur Gewinnung eines Materials mit einer andersartigen chemischen
Struktur durchgeführt werden soll.
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Vorzugsweise wird der Vermiculit mit einer handelsüblichen Natriumsilikatlösung
mit einem Molverhältnis SiO2 zu Na20 zwischen 2,5 und 4, vorzugsweise in der Größenordnung
von 3, umgesetzt.
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Wie bereits erwähnt, erfolgt unter den Bedingungen, unter welchen
das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, mit größter Wahrscheinlichkeit
eine chemische Verglasungsreaktion zwischen den Bestandteilen des eingesetzten Alkalisilikates
und den Elementen, welche den Vermiculit aufbauen (Si, Al, Mn, Fe, Mg, K usw.),
wobei diese Reaktion von einer vollständigen und schnellen Ausstoßung des Wassers
aus dem Medium begleitet wird. Das erhaltene Material ist vollkommen starr und besitzt
eine poröse Struktur. Auf Grund der Umsetzung ist es gegen die Einwirkung von Feuchtigkeit
unempfindlich geworden.
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Zur Herstellung eines Gegenstandes nach dem Verfahren der Erfindung
vermischt man den Vermiculit innig mit einer wäßrigen Lösung von Natriumsilikat,
wie sie oben angegeben ist. Dann bringt man die Mischung in die gewünschte Form,
und anschließend unterwirft man den Formling wie oben beschrieben einer Hitzebehandlung.
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Die Formung kann auf verschiedene Weise erfolgen: Nach einer besonderen
Ausführungsform der Erfindung drückt man die in die Form geführte Mischung leicht
zusammen und erhitzt dann die Wände der Form kräftig, um die Reaktion einzuleiten,
besonders auf den verschiedenen Oberflächen des Gegenstandes. Dieser hat dann genügend
Zusammenhalt, um aus der Form herausgenommen und in den Brennofen gebracht werden
zu können. Diese Arbeitsweise gestattet es, die früher empfohlene Formung
unter
Druck zu umgehen, was einen weiteren technischen Fortschritt des erfindungsgemäßen
Verfahrens darstellt. In den bekannten Verfahren, die die Formung unter Druck bewirken,
mußte man ferner gewöhnlich das Alkalisilikat in Mischung mit einem Hilfsmittel,
wie beispielsweise Kaolin, verwenden. Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
nicht nötig, was ebenfalls einen technischen Fortschritt bedeutet.
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Man kann ferner, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, die Formung
ohne Druck und ohne Erhitzung bewirken. In diesem Fall gibt man vorher zu dem Silikat
eine Verbindung zu, die als Härter wirkt, d. h. eine Verfestigung der Mischung hervorruft;
diese kann dann leicht aus der Form herausgenommen werden. Als Härter kann man zu
diesem Zweck Lösungen von Glyoxal, Lösungen von Glycerintriacetat, Lösungen von
Glyoxaltetraacetat usw. verwenden.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man auf 50
g Vermiculit 50 bis 100 ml der wäßrigen Natriumsilikatlösung mit einem Molverhältnis
SiO2 zu Na20 zwischen 2,5 und 4, vorzugsweise in der Größenordnung von 3, ein. Wenn
man mit einem Härter arbeitet, z. B. einer Mischung auf der Basis von Glycerintriacetat,
richtet sich die zu verwendende Härtermenge nach der gewünschten Abbindezeit; sie
liegt in der Größenordnung von 20 bis 40 ml Härter auf 100 ml eingesetzte Silikatlösung,
wenn man eine Abbindezeit in der Größenordnung von 25 bis 35 Minuten wünscht. Das
Brennen erfolgt bei einer Temperatur über 500° C, und das Temperaturoptimum liegt
bei 600° C für eine Erhitzungsdauer in der Größenordnung von 30 Minuten.
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Die durch das Brennen erhaltenen Materialien entsprechen den obenerwähnten
Anforderungen, was die Dichte und die Druckfestigkeit betrifft; sie sind ferner
extrem starr, haben eine gute Abriebfestigkeit und verändern sich nicht in einer
mit Wasserdampf gesättigten Luft.
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Man kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, an Stelle des
Natriumsilikates ein anderes Alkalisilikat, beispielsweise Kaliumsilikat, verwenden.
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Die Erfindung ist im nachstehenden an Hand zweier Ausführungsbeispiele
erläutert. Beispiel 1 (Mit Vorbrand) Man vermischt durch mehrminutiges Kneten 50
g expandierten Vermiculit und 100 ml einer wäßrigen Natriumsilikatlösung von 37
bis 38° Be und einem Molverhältnis SiO2 zu Na,0 = 3,3: 1. Der erhaltene fließbare
Brei wird in eine Form aus Metall, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, gegossen.
Die Wände der gefüllten Form werden einige Augenblicke der Wirkung einer kräftigen
Wärmequelle ausgesetzt, beispielsweise eines Bunsenbrenners; man bricht die Erwärmung
ab, wenn man die Bildung einer dünnen Kruste auf der Oberfläche des Materials festgestellt
hat. Dann nimmt man den Formling aus der Form heraus. Er hat nun genügend Zusammenhalt,
um ohne Schaden gehandhabt werden zu können. Man bringt ihn in einen auf 600° C
eingestellten Muffelofen, wo man ihn 30 Minuten beläßt.
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Das erhaltene Material hat nach dem Abkühlen eine Dichte von 0,24
und eine Druckfestigkeit von 15 kg/cm2. Es ist äußerst starr, hat eine gute Abriebfestigkeit
und verändert sich nicht in feuchter Atmo. sphäre.
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Beispiel 2 (Mit Härter) Man vermischt in einem Kneter 150 g expandierten
Vermiculit, 300 ml einer wäßrigen Natriumsilikatlösung (40 bis 42 Be, Molverhältnis
Si02 zu Na20 = 2,9: 1) und 90 ml einer als Härter wirkenden Lösung von 8
g Glycerintriacetat und 27 g Formamid in Wasser, wobei die entsprechende Abbindezeit
unter diesen Bedingungen ungefähr 30 Minuten dauert. Nach 2 Minuten Kneten gießt
man den Brei in eine Form und überläßt die Mischung 30 Minuten sich selbst. Nach
dieser Zeit nimmt man das Stück aus der Form heraus. Der Formling hat dann genügenden
Zusammenhalt, um ohne Schaden gehandhabt werden zu können. Man bringt ihn in einen
auf 600° C eingestellten Ofen und läßt ihn dort 30 Minuten.
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Das erhaltene Material hat nach dem Abkühlen eine Dichte von 0,28
und eine Druckfestigkeit von 18,5 kg/cm2. Es ist extrem starr, hat eine gute Abriebfestigkeit
und verändert sich nicht an feuchter Atmosphäre. Seine Biegefestigkeit beträgt 7
kg/cm2.
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Die erfindungsgemäßen Leichtwerkstoffe finden ein sehr weites Verwendungsfeld:
Sie eignen sich als schalldämpfende Füllungen, Feuerschutzwände, Schalen und Tafeln
für die thermische und elektrische Isolation, feuerfeste Steine, feuerhemmende '
Tafeln für Schmuckzwecke, Katalysatorträger, Filter für beladene Gase, Nikotinfilter
usw.
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Man kann eine nach Beispiel 1 oder 2 erzeugte Tafel auf ihren beiden
Oberflächen mit Platten, beispielsweise aus Metall, wie Stahl, Aluminium usw., bekleben
und so ein Wandverkleidungselement herstellen.