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Masse zur Herstellung von Formkörpern Die Erfindung betrifft eine
Masse zur Herstellung von Formkörpern aus mineralischen, durch Kunstharze gebundenen,
verformbaren und härtbaren Stoffen.
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Zur Beseitigung des hohen Arbeits- und Energieaufwands, der für den
Brennvorgang keramischer Formkörper erforderlich ist und zur Beseitigung der Nachteile
hydraulisch gebundener Formkörper, die auf der Basis von Gips, Mörtel, Beton aufgebaut
sind und die keine ausreichende Dichte, keine genügende Korrosionsbeständigkeit
gegen saure Medien sowie lange Abbindezeiten aufweisen, hat man vorgeschlagen, organisch
gebundene Formkörper herzustellen und als Bindemittel dabei Teuere, Asphalte, Bitumen
zu verwenden. Hierbei lassen sich, im Vergleich zu
hydraulisch gebundenen
Formmassen, die Abbindezeiten zwar verkürzen, die erhaltenen Formkörper weisen jedoch
zu geringe Festigkeiten und zu geringe Temperaturbeständigkeit auf, um sie als Bauelemente
verwenden zu können.
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Es ist weiterhin bereits vorgeschlagen worden, Mineralstoffe mit flüssigen
Kunstharzen zu vermischen und aus solchen Mischungen Formkörper zu pressen. Als
Harzkomponenten hierzu wurden Epoxydharze, Polyesterharze sowie Phenol-, Harnstoff-
und Melamin-Harze genannt.
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Um ausreichende Festigkeiten zu erzielen, hat es sich gezeigt, daß
hierbei außerordentlich hohe Kunstharzmengen erforderlich sind, die in ihren Anteilen
bezogen auf die Mineralstoffe bei 15 - 25 % liegen. Dadurch wiederum werden die
hergestellten Formkörper im Vergleich zu solchen auf keramischer oder hydraulischer
Basis zu teuer. Außerdem sind komplizierte Mischvorgänge erforderlich und eine besondere
Schwierigkeit liegt bei der hier angewendeten Zweikomponenten-Arbeitsweise darin,
daß der Härteprozess am Ende des Mischvorgangs nach Reaktionsbeginn selbständig
abläuft und sich nicht steuern bzw. unterbrechen läßt. Sobald beide Mischungskomponenten
zusammengebracht werden, bestimmt deshalb der Reaktionsablauf alle weiteren Verarbeitungsvorgänge.
Die sog. Topfzeiten sind im allgemeinen zu gering, so daß ständig die Gefahr des
"Einfrierens'l der Preßmasse in den Verarbeitungsmaschinen
besteht
und eine kontinuierliche Massenfertigung, die allein die Wirtschaftlichkeit gewährleisten
könnte, nicht möglich ist.
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Zur Verbesserung der vorgenannten Arbeitsweise wurde vorgeschlagen,
anstelle der flüssigen Kunstharze, feste Harzkomponenten zu verwenden, um zusammen
mit den Mineralstoffen dadurch eine rieselfähige Preßmasse zu erhalten, die gespeichert
werden kann und bei der bis zum Preßvorgang keine selbsttätige Reaktion eintritt.
Die Verarbeitung solcher Massen erfordert jedoch ein Verfahren, bei dem der Preßvorgang
in geheizter Form stattfindet. Die Aushärtung der Masse muß dabei in der Form geschehen,
was lange Standzeiten erfordert und geringe Ausstoßzahlen zur Folge hat. Eine kontinuierliche
Fertigung unter wünschenswerten wirtschaftlichen Bedingungen ist auch damit nicht
möglich.
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Daraus ergab sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, die
darin bestand, eine Masse zur Herstellung von Formkörpern zu schaffen, welche beliebig
lange gelagert werden kann und die eine kontinuierliche Großfertigung unter Vermeidung
langer Preßzeiten ermöglicht. Weiterhin war die Aufgabe gestellt, physiologisch
unbedenkliche Kunstharze aus Wirtschaftlichkeitsgründen in möglichst geringen Anteilen
zu verwenden und Formkörper zu erzielen, die nach dem Verpressen und Härten eine
Biegezugfestigkeit nach den einschlägigen DiN-Vorschriften von 160 -
190kg/cm2
aufweisen. Eine weitere Forderung bestand darin, da# bei der Fertigung in keiner
Verarbeitungsstufe eine Geruchsbelästigung auftritt, lange Abbindezeiten vermieden
und hohe Formgenauigkeit erreicht werden sollten.
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Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus mineralischen
Stoffen wie Silikaten, Karbonaten, Sulfaten oder deren Gemenge ein Korngemisch mit
einem Körnungsspektrum von max. 500 - 5fi bei einem Gesamtanteil an der herzustellenden
Masse von 90 - 95 % zusammengewogen, diesem Korngemisch eine Kunstharzmischung,
bestehend aus 60 - 80 % Epoxyd-, 8 - 20 % Phenol-, 5 - 16 % Diisocyanat-Kunstharz
in chemisch äquivalentem Verhältnis als Bindemittel und 1 - 10 % Dicyandiamid als
latenter Härter, insgesamt in fester Form, welche durch Aufschmelzen der Bindemittel-
und der Härterkomponenten und anschließende Pulverisierung gewonnen wurde, in Anteilen
von 5 - 10 % an der Gesamtmasse zugegeben, diese Mischung auf einer Knetmaschine
bei 100 - 1200C zu einer homogenen Masse plastifiziert, diese plastifizierte, heiße
Masse in einem Granulator zu einer rieselfähigen Trockenpreßmasse von unterfülltem,
noch verdichtbarem Korngemisch verarbeitet wird, wobei die Einzelkörner aus einem
Konglomerat von Mineralstoffen, Kunstharzbindemittel und latentem Härter bestehen,
die Trockenpreßmasse auf bekannten Verarbeitungsmaschinen kalt verformt wird und
die erhaltenen Formkörper bei Temperaturen von ca. 120 -200°C einer kurzfristen
Härtung unterworfen werden.
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Bei der Zusammensetzung des mineralischen Korngemischs wird die Größe
des verwendeten Maximalkorns entsprechend der gewünschten Oberflächenfeinheit des
aus der Masse herzustellenden Formkörpers gewählt. Außer diesem Maximalkorn-Anteil
werden zur Bildung des Gemenges jedoch auch noch Kornfraktionen verwendet, die in
ihrer Größe unterhalb des Maximalkorns liegen. Mit diesem Körnungsspektrum wird
ein locker gelagertes Gemenge erzielt, bei dem die granulometrischen Bedingungen
noch eine weitere Verdichtung zulassen, weil die Einzelkörner in der Lage sind,
noch Eigenbewegungen innerhalb des Gemenges auszuführen.
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Die Kunstharz-Bindemittelmischung wird im stöchiometrischen Verhältnis
der Epoxydwerte zum Phenol- und Diisocyanatharz aufgebaut.
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Je nach den gewünschten Eigenschaften des späteren Formkörpers kann
ein größerer oder geringerer Anteil an Phenol- bzw. Diisocyanat-Kunstharz verwendet
werden. Das Diisocyanat liegt dabei als blockiertes Harz vor, um eine gewisse physiologische
Bedenklichkeit auszuschließen. Das Dicyandiamid dient im B indemitt elsyst em als
latenter, katalytischer Härter. Die gesamte Kunstharzmischung bewirkt eine vollständige
Vernetzung und Härtung der Harzanteile untereinander über einen relativ weiten Härtebereich,
der bei 120 - 2000C in sehr kurzer Zeit nach Beginn der Wärmezuführung einen stabilen
Formkörper ergibt.
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Für die wirtschaftliche Verarbeitbarkeit der Formmasse in Fertigungseinrichtungen
zur Massenherstellung von Formkörpern wurde gefordert, daß die Masse in trockener,
rieselfähiger Form anfällt, damit sie in Silos gelagert und über Förderstraßen transportiert
werden kann. Erfindungsgemäß werden deshalb die Bindemittel- und Härterkomponenten
in trockenem, pulvrigem Zustand in das Mineral-Korngemisch eingearbeitet. Um eine
gleichmäßige Verteilung der Kunstharzkomponenten in den Mineralstoffen zu erzielen,
ist es deshalb vorteilhaft, die Harzanteile vor ihrer Verknetung durch Aufschmelzen
zu homogenisieren, rückzukühlen und anschließend zu pulverisieren. Die nachfolgende
Verknetung und Granulierung mit den Mineralstoffen führt dann zu einer beliebig
langen lagerfähigen, trockenen und rieselfähigen Preßmasse, deren Einzelkörner ein
Konglomerat aus Mineralstoffen, Bindemitteln und Härter darstellen, welche sich
mühelos kalt verpressen und bei kurzfristiger Wärmezuführung härten läßt. Diese
Vorbereitung der Preßmasse gibt auch eine Erklärung dafür, daß mit einem so geringen
Kunstharzanteil an der Gesamtmasse von durchschnittlich 8 %> Formkörper mit Biegezugfestigkeiten
bis zu 600 kg/cm2 in wirtschaftlicher Massenfertigung erzeugt werden können.
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Zur Unterstützung des Abbindeprozesses der Mineralstoffe untereinander
und als Feuchtigkeits-Diffusionssperre wird der Mineralstoff-Kunstharz -mischung
erfindungsgemäß Aminosilan in Anteilen von 0, 5 - 3 % zugegeben.
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Das Aminosilan wirkt der Luft- bzw. Sauerstoffumhüllung der Mineralkörner
als Haftbrücke entgegen, fördert die Adhäsion der Harzanteile an die Mineralkörner
und damit die Konglomerierung der Massekörner.
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Als Dichtungs- und Verlaufmittel, welches den Preßvorgang unterstützt,
wird der Masse erfindungsgemäß noch Phenoxydharz in Anteilen von 1 - 5 % zugesetzt.
Dieses Kunstharz mit einem Schmelzpunkt von über 100°C verflüssigt sich beim Härtevorgang,
füllt die geschlossenen Restporen, die in dem unterfüllten Mineral-Kunstharz-Korngemisch
noch enthalten sind und verbindet sich gleichzeitig mit den übrigen Harzkomponenten
zu einem festen, äußerst haftfähigen Bindemittel. Dies wiederum bringt größere Dichte
der verpreßten und ausgehärteten Formkörper mit sich.
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Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Masse liegen in ihrer
günstigen Verarbeitbarkeit. Durch das Bindemittel- und Härtersystem der Erfindung,
welches aus Feststoffen besteht, kann die fertig gemischte Masse vor dem Verpressen
beliebig lange gelagert werden. Irgendwelche Reaktionen können bei Raum- oder Betriebstemperatur
nicht in Gang kommen. Die durch die Masse ermöglichte Kaltverpressung erfordert
äußerst kurze Preßzeiten, beseitigt die bisherigen Stand- und Abkühlzeiten, und
führt zu hohen Ausstoßzahlen. Durch die kurze Härte zeigt und die niedrigen Härtetemperaturen
wird Energie gespart und der gesamte
Arbeitsrhythmus läßt sich
direkt dem Preßvorgang anpassen.
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Dies ergibt einen kontinuierlichen Arbeitsfluß. Von der Zugabe der
Masse in die Presse bis zur Abnahme des Endprodukts, entstehen keinerlei Wartezeiten.
Aus der erfindungsgemäßen Masse lassen sich beliebige Formkörper, beispielsweise
Platten zur Fassadenverkleidung, Wandverkleidungen, Bodenplatten, Klinker, Dachziegel
usw. für die Bauindustrie wirtschaftlich herstellen. Diese Formkörper weisen hohe
Festigkeit, Korrosionsb eständigkeit, Temperaturbe ständigkeit sowie Lichtbeständigkeit
auf und sind unbrennbar. Ganz besonders vorteilhaft unterscheiden sich Formkörper
aus der erfindungsgemäßen Masse gegenüber Keramik-Formkörpern. Aus der Masse lassen
sich beispielsweise Platten mit Biegezugfestigkeiten bis 600 kg/cm2 herstellen.
Diese hohen mechanischen Festigkeiten gestatten die Gestaltung von Formkörpern in
geringeren Wandstärken und von geringerem Gewicht, als dies bisher mit keramischen
und ähnlichen bekannten Massen möglich gewesen ist.
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Die nachfolgenden Beispiele erläutern zwei bevorzugte Zusammensetzungen
der erfindungsgemäßen Masse zur Herstellung von Platten, Fliesen, Bodenbelägen od.
dgl.
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Beispiel 1 70 kg Quarzsand mittlerer Korngröße von ca. 0, 2 mm werden
mit 25 kg Kaolin und 5 kg Bentonit zusammengewogen. In dieses Mineral-Korngemenge
werden
5,6 kg Epoxydharz mit einem Epoxydwert von 0, 25 sowie 1,2 kg Phenolharz, 0,8 kg
blockiertes Diisocyanat und 0,4 kg Dicyandiamid in einer Knetmaschine bei 100 -
120°C zu einer homogenen Masse plastifiziert. Während des Knetvorgangs werden 0,
5 kg Aminosilan und 3 kg Phenoxydharz zugegeben. Die erhaltene heiße Masse wird
anschließend in einer Granuliermaschine zu einer rieselfähigen Trockenpreßmasse
verarbeitet. Die erhaltene rieselfähige Trockenpreßmasse, die beliebig lange lagerfähig
ist, wird zu einem beliebigen Zeitpunkt in einer herkömmlichen Presse, beispielsweise
zu Verblendplatten, Fliesen od. dgl. verpreßt. Die erhaltenen Preßplatten weisen
ungehärtet bereits eine Festigkeit auf, die eine Lagerung und einen Transport ermöglicht.
Nach beliebiger Zeit oder auch direkt an den Preßvorgang anschließend, erfolgt der
Härtevorgang in einem Tunnelofen bei 1850C innerhalb von 10 Minuten. Es werden keramikähnliche
Platten bzw. Fliesen erhalten, die eine Biegezugfestigkeit von ca.
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400 kg/cm2 bei einer Plattenstärke von nur 4,5 mm aufweisen. Gegenüber
keramischen Fliesen oder Platten zeichnen sich die Preßkörper durch bedeutend verringertes
Volumen, größere mechanische Festigkeit, besonders hohe Wärmeschockfestigkeit und
bedeutend erhöhte Schlagunempfindlichkeit aus.
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Beispiel 2 In das Mineralkorngemenge nach Beispiel 1 werden die Bindemittel-
und
Härter-Harzkomponenten in pulverisierter Form eingeknetet,
nachdem ihre einzelnen Komponenten vorher aufgeschmolzen, dadurch homogenisiert,
abgekühlt und anschließend pulverisiert worden sind.
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Der Mischung werden wiederum 0, 5 kg Aminosilan und 3 kg Phenoxydharz
zugegeben. Nach der Verpressung und Aushärtung entpsrechend Beispiel 1 erhält man
Platten, Fliesen oder andere Formkörper von nochmals verbessertenmechanischen Eigenschaften.
Die Biegezugfestigkeit ist hier auf ca. 600 kg/cm2 gestiegen.