DE1950682B2 - Verfahren zum Herstellen von Kunststeinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kunststeinen, insbesondere Ziegelsteinen und Kunststeinplatten.

Aus der britischen Patentschrift 1111974 ist es bekannt, Steine der hier in Rede stehenden Art dadurch herzustellen, daß durch Zusammenpressen aussortierte Granitpartikel, die mit einer geringen Menge eines Bindemittels vermischt sind, ein »grüner« oder »feuchter« Formling hergestellt und dieser Formling auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die ausreicht, um ein oberflächliches Aufschmelzen des in dem Granit enthaltenen Feldspats zu bewirken, um auf diese Weise die Partikel miteinander zu verbinden. Das oberflächliche Schmelzen der Feldspatteilchen bewirkt dabei die erforderliche Kohärenz. Nach dem Aufheizen oder Brennen besitzen die Formlinge ein Aussehen, das weitgehend dem Aussehen des gepulverten Granites entspricht, aus dem die grünen Formlinge gebildet wurden. Alle höher schmelzenden Komponenten, beispielsweise Quarz, behalten dabei ihre ursprüngliche, kristalline Form.

Die vorliegende Erfindung ist auch auf die Herstellung von Ziegelsteinen u. dgl. in einer Art und Weise gerichtet, bei der ein grüner Formling, der aus einer Masse eines kompaktierten, kristallinen, mineralischen Materials mit einem erheblichen Anteil an feldspatartigen Substanzen besteht, gebrannt und das feldspatartige Material einem oberflächlichen Schmelzen unterworfen wird, so daß es als Bindemittel für die höher schmelzenden, kristallinen Komponenten der Mischung nach dem Brennen dient.

In den meisten Fällen werden die Steine erfindungsgemäß aus einer Mischung hergestellt, die im wesentlichen aus Granit besteht, weil Granit sowohl im wesentlichen kristallin ist und einen hohen Gehalt an Feldspat besitzt.

Bei der Herstellung von Steinen oder Platten, die als Fußbodenbelag verwendet werden sollen, ist es nötig, zwei an sich entgegengesetzte Eigenschaften zu verwirklichen, nämlich einen hohen Rutschwiderstand und einen hohen Abnutzungswiderstand. Da ein hoher Rutschwiderstand von der Anwesenheit örtlicher Vorsprünge oder Spitzen auf der Oberfläche des Steines abhängt, ist leicht einzusehen, daß dieser Rutschwiderstand einer hohen Abnutzungsfestigkeit des Steins entgegensteht, da derartige Vorsprünge oder Spitzen, die aus einzelnen kristallinen Teilchen gebildet sind, leicht ab- oder herausgebrochen werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Stein mit außergewöhnlichem Abnutzungswiderstand herzustellen, wobei der Stein jedoch gleichzeitig auch eine gute Rutschfestigkeit besitzen soll.

Um diese Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäß Aluminiumoxyd in einer Menge von 1 bis 40%, vorzugsweise 5 bis 25%, einer Mischung aus kristallinen Mineralpartikeln zugegeben, wobei diese Mineralpartikel einen erheblichen Anteil an feldspatartigem Material enthalten. Die angegebenen Prozentsätze beziehen sich auf den gesamten Feststoffgehalt der Mischung.

Bei der Brenntemperatur zur Erzeugung von Produkten, die auf der Oberflächenschmelzung von Feldspat beruhen, d. h. bei Temperaturen im Bereich von etwa 1150 bis 1300° C, bleiben die sehr harten Sorten von Aluminiumoxyd im wesentlichen von der Hitze unbeeinflußt. Das im Stein eingeschlossene, sehr harte Aluminiumoxyd behält auf diese Weise seine normale Eigenschaften bei und vermittelt dem Stein eine außergewöhnliche Festigkeit gegenüber Abnutzung. Das Aluminiumoxyd wird vorzugsweise in der Form geschmolzenen Aluminiumoxyds verwendet, welches durch Pulverisierung von Aluminiumoxyd gewonnen wird, das geschmolzen wurde und in einem kristallinen Zustand vorliegt, so daß die Einzelpartikel spitzwinklig aneinanderstoßende Flächen besitzen. Der Einschluß von relativ großen Teilchen aus hartem, scharfem, kristallinem Aluminiumoxyd führt zu einem Erzeugnis von ausgezeichnetem Rutschwiderstand, während die Festigkeit gegenüber Abnutzung eine Folge des Einschlusses eines beträchtlichen Anteils sehr viel feinerer Aluminiumoxydpartikel ist, nämlich Partikel mit einer Größe unterhalb 100 um, vorzugsweise unterhalb 70 um. Diese feinen Aluminiumoxydteilchen können in Form von kalziniertem Alu-

miniumoxyd in den Kunststein eingeschlossen werden, d.h. in Form von Aluminiumoxyd, das zur Entfernung des eingeschlossenen Wassers vorher gebrannt wurde.

Wie bereits aus der britischen Patentschrift 1111974 bekannt, ist es zum Zwecke der Erzielung guter Grün-Formlinge und befriedigender Brenn-Produkte wesentlich, die Korngrößen der Mischung auszusortieren, daß Hohlräume oder Leerstellen in den grünen oder noch feuchten Formungen nach der Kompaktierung auf einen Wert unterhalb 10%, vorzugsweise unterhalb 5%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Formlinge, reduziert werden. Um diese Forderung zu erfüllen, sollen die Aluminiumoxydpartikel vorzugsweise eine Größe unterhalb 500 μΐη besitzen. Ein erheblicher Anteil der Partikel sollte zudem kleiner als 100 um sein. Es wurde jedoch gefunden, daß die besten Ergebnisse dann erhalten werden, wenn das Aluminiumoxyd selbst aussortiert wird, so daß die Teilchengröße nur in bestimmten Bereichen liegen. Wenn z. B. Aluminiumoxyd so verwendet wird, daß es 10 bis 25% der Mineralpartikel in der Mischung ausmacht, sollte vorzugsweise etwa die folgende Sortierung eingehalten werden:
Ein Teil unterhalb 70 μπι.
Ein Teil unterhalb 500 und oberhalb 300 μπι. Erfindungsgemäß läßt sich die Festigkeit von Kunststeinen auch durch Zugabe eines erheblichen Anteils an Kaolin zu der die Steine bildenden Mischung beträchtlich steigern. Kaolin kann erfindungsgemäß mit oder ohne Zugabe von Aluminiumoxyd zu einer Mischung aus sortierten Granitteilchen zugefügt werden, um auf diese Weise einen festeren Stein zu erzeugen, der gleichzeitig einen gesteigerten Rutschwiderstand besitzt. Wenn Kaolin der Mischung zugefügt wird, so kann dies in Mengen von 1 bis 50% erfolgen. Bevorzugt wird Kaolin in einer Menge von wenigstens 20%, vorzugsweise zwischen etwa 20 und 30% zugegeben.

Bei Zugabe von Kaolin wird vorzugsweise kein Feldspat in die Mischung aus den Granitpartikeln eingeschlossen. Wenn Kaolin in ausreichender Menge in der Mischung eingeschlossen wird, kann er auch die Funktion übernehmen, dem grünen Formling als Bindemittel eine erhöhte Festigkeit zu verleihen.

Bei einer beispielsweisen Ausführung der Erfindung unter Zugabe von Kaolin setzte sich die Mischung folgendermaßen zusammen:

Granit 100 Teile

Kaolin 100 Teile

Quarz 30-40 Teile

Aluminiumoxyd 40-80 Teile

Wasser 20-25 Teile

Das Aluminiumoxyd wurde in Form gleicher Gewichtsteile grober Partikel von etwa 350 bis 450 μπι und feiner Partikel unterhalb etwa 70 μπι in die Mischung eingearbeitet.

Aus der Mischung wurden »grüne« Formlinge hergestellt und in der nachstehend noch beschriebenen Weise gebrannt. Die auf diese Weise gewonnenen Steine zeigten beim Anschlagen einen harten, metallischen Klang.

Bei einer anderen beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung wurden Steine aus einer Mischung der nachstehenden Zusammensetzung hergestellt:
Granit 100 Teile

Feldspat 100 Teile

Quarz 50-60 Teile

Kochsalz (NaCl) 15 Teile

Aluminiumoxyd

(gleiche Gewichtsteile

feiner und grober Partikel) 25-50 Teile

Natriumsilikat

(trockenes Pulver) 10 TeUe

Wasser 20-25 Teile

Die so zusammengesetzte Mischung wird in entsprechenden Mengen in Formen von etwa 30 X 30 cm Fläche eingebracht und mit einem Druck oberhalb etwa 78 kg/cm² zu »grünen« Ziegelplatten mit einer Dicke zwischen etwa 12 und 25 mm gepreßt. Die Mischung wurde anschließend mit Kohlendioxyd begast, wodurch sich infolge Reaktion mit dem Natriumsilikat eine ausgezeichnete »Grünfestigkeit« ergab. Die nach diesem Beispiel hergestellten grünen Formlinge wurden bei einer Temperatur oberhalb 1160° C gebrannt. In dem voranstehenden Beispiel erfolgt das Brennen oberhalb 1205° C.

Das vorzugsweise verwendete Brennverfahren umfaßt eine Steigerung der Temperatur der Steine auf die eigentliche Brenntemperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 65° C pro Stunde. Die maximale Brenntsmperatur wird während einer relativ kurzen Zeit von etwa 2 bis 4 Stunden aufrechterhalten. Anschließend werden die Steine langsam in etwa 6 bis 10 Stunden auf eine Temperatur nicht höher als 500° C abgekühlt und dann, solange sie noch im Ofen sind, einer kräftigen Abkühlung auf etwa 200° C in weiteren sechs Stunden unterworfen. Anschließend werden die fertigen Steine aus dem Ofen herausgenommen. Vorzugsweise wird das Verfahren so betrieben, daß die einzelnen Steinchargen jeweils in Perioden von 48 Stunden gebrannt werden. Unter Berücksichtigung der für die Beschickung und Entleerung des Ofens erforderlichen Zeiten erstreckt sich der Brennzyklus dabei jeweils über die gesamte Zeitdauer von 48 Stunden.

In dem angegebenen Beispiel dient das Aufrechterhalten einer maximalen Brenntemperatur während etwa 2 bis 4 Stunden dazu, ein oberflächliches Aufschmelzen der Feldspatpartikel in der Steinzusammensetzung zu bewirken. Das langsame Erhitzen und Abkühlen verhütet eine thermische Schockwirkung ■ und somit ein Brechen der Steine. Die Brenntemperatur kann gewisse Variationen erfordern, und zwar in Abhängigkeit vom Schmelzpunkt des im Granit oder in dem betreffenden anderen Material enthaltenen Feldspates. Ferner hängt die Temperatur auch davon ι ab, ob ein Flußmittel, beispielsweise Natriumchlorid verwendet wird. Es wurde gefunden, daß der Einschluß von Natriumchlorid eine Herabsetzung der Brenntemperatur um etwa 50° C ermöglicht.

Der im obigen Beispiel erwähnte Granit enthielt etwa 30% Plagioklas- und 6% Orthoklas-Feldspat; der Rest bestand aus etwa 45 % Quarz und 18 % GHm mer. Die Menge des eingeschlossenen, feinverteilten, freien Feldspats (und der weiteren Komponenten) kann bestimmte Variationen erfordern, um optimale Ergebnisse zu erzielen, falls ein Granit anderer Zusammensetzung Anwendung findet.

Die in der Mischung verwendeten Partikel sollen aussortiert werden, so daß sich »grüne« Ziegelsteine mit sehr kleinen Leer- oder Hohlräumen ergeben, wenn sie Drücken zwischen etwa 78 und 780 kg/cm² unterworfen werden. Die dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfenen Granitteilchen werden vorzugsweise aus pulverisiertem Granitabfall gewonnen,

wie er sich in jedem Graniteinbruch findet. Dieses Material wird vorzugsweise einer Aussiebung unterworfen, um alle Teilchen zu entfernen, die ein Sieb von 500 μτη Maschenweite nicht passieren. Die Feldspat- und anderen Komponenten, velche zum Zwecke einer Zusammenbindung der Masse im »grünen« oder im endgültig gebrannten Zustand zugefügt werden, werden in der feinverteilten Form zugefügt, wie sie leicht erreichbar ist, so daß sich alle Komponenten während des Mischens durch die gesamte Masse hin- ^!l durch gleichmäßig verteilen. Auf diese Weise lassen sich die Teilchen erforderlichenfalls auch leicht aufschmelzen. Die i'artikelgröße für den zugefügten Feldspat liegt vorzugsweise unterhalb 125 μίτι. Zugefügtes Salz kann auch eine Siebfeinheit bis zu etwa ^! 450 μπι besitzen, da sehr feinverteilte Salze zu wirtschaftlichen Preisen nicht leicht erhältlich sind. Der zum Zwecke einer Verbesserung des Widerstands gegen Abnutzung zugefügte Quarz ist vorzugsweise hochfein und besitzt eine Größe unterhalb von 50 μΐη. '

Die erfindungsgemäß hergestellten Steine und Platten besitzen nur eine geringe Feuchtigkeitsabsorptionsfähigkeit. Sie vermitteln sowohl einen guten Widerstand gegenüber Abnutzung als auch eine gute Rutschsicherheit. Infolgedessen sind die erfindungs- gemäßen Erzeugnisse für die Herstellung von Bodenplatten, Bodensteinen, Pflasterungen od. dgl. sehr geeignet. Die erfindungsgemäßen Erzeugnisse eignen sich weiterhin als Wandbausteine, auch wenn ihr Oberflächenaussehen etwas weniger attraktiv sls das < Aussehen solcher Steine ist, die aus einer Mischung mit einem größeren Gehalt an Granitpartikeln hergestellt sind. Das Oberflächenaussehen der erfindungsgemäßen Steine kann dadurch verbessert werden, daß sie mit einer Oberflächenmischung versehen werden, s die bei der gleichen Temperatur schmilzt. Eine geeignete Oberflächenmischung, welche der Mischung im »grünen« Zustand zugegeben wird, besitzt etwa die folgende Zusammensetzung:

Granit 100 Teile

Kaolin 100 Teile

Quarz 30-40 Teile

Wasser 20-25 Teile

Fußbodensteine, welche keine ailzu hohe Abnutzungsfestigkeit zu besitzen brauchen, lassen sich direkt aus der obenstehenden Mischung herstellen, ohne daß sie einen Aluminiumoxydgehalt als Verstärkung erhalten. In solchen Mischungen ohne Aluminiumoxyd ist Kaolin in einer Menge von -wenigstens 20% anwesend, wenn kein anderes Bindemittel zur Erhöhung

' der Festigkeit des grünen Formlings in die Mischung eingeschlossen wird.

Das Aussehen der Oberfläche läßt sich in vorteilhafter Weise zu einem beträchtlichen Grad durch geeignete Auswahl der Größe der in dem erfindungsgemäßen Stein eingeschlossenen Granitpartikel variieren. Weitere Variationen können durch die Zugabe sogenannter »Körperfarben« erreicht werden, wobei die Farben entweder zu der die Oberfläche bildenden Mischung oder zur Hauptmischung zugegeben werden

• können. Auf diese Weise kann das Aussehen aller erfindungsgemäß hergestellten Steine und Platten modifiziert werden, ohne daß sich dabei wesentliche Änderungen in den physikalischen Eigenschaften der gebrannten Steine ergeben.

' Es, wurde weiterhin gefunden, daß die erfindungsgemäßen Steine neben ihrer guten Rutsch- und Abnutzungsfestigkeit auch eine große Widerstandsfestigkeit gegenüber Säureangriff besitzen.

Alle im Voranstehenden angegebenen Mengen-

-. und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Kunststeinen aus einer Mischung von im wesentlichen kristallinen Mineralpartikeln, einem Feldspat enthaltenden Material und/oder Feldspat und einem Bindemittel, bei dem die Mischung zu dichten Formungen verpreßt wird und die Formlinge so lange und bei solcher Temperatur gebrannt werden, daß eine oberflächliche Aufschmelzung des Feldspats eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mischung Aluminiumoxyd mit einem auf den Feststoffgehalt der Mischung bezogenen Anteil von 1 bis 40% eingeschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als federspathaltiges Material Granitpartikel verwendet, die einen wesentlichen AnteU der Mischung bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxyd in einer Menge von 5 bis 25% eingeschlossen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxyd wenigstens teilweise Partikel mit einer Größe zwischen 300 und 500 μιη umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxyd wenigstens teilweise Partikel mit einer Größe unterhalb 70 μπι umfaßt.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Mischung Kaolin mit einem auf den Feststoffgehalt der Mischung bezogenen Anteil von 1 bis 50% eingeschlossen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Kaolin in einer Menge von wenigstens 20% eingeschlossen wird.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formlinge bei einer Temperatur zwischen 1150 und 1300° C gebrannt werden.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß Kaolin als Bindemittel zur Erhöhung der Festigkeit der »grünen« Formlinge verwendet wird.