DE1955462A1

DE1955462A1 - Exothermische Zusammensetzungen und Heizringkoerper,die diese Zusammensetzungen enthalten

Info

Publication number: DE1955462A1
Application number: DE19691955462
Authority: DE
Inventors: Fearon Robert Earl; Foss Rudolph George
Original assignee: Ciba Geigy AG; Ciba AG
Current assignee: Novartis AG; BASF Schweiz AG
Priority date: 1968-11-04
Filing date: 1969-11-04
Publication date: 1970-06-18
Also published as: GB1284136A; US3475239A; CH515322A; NL6916542A; FR2022501A1

Description

PATEh¹TAN¹WALTE

DR. F. ZUMSTEIN - DR. E. ASSMANN DR. R. KOENIQSBERQER - DIPL.-PHYS. R. HOLZBAUER

TELEFON: 2234 78 und 221911

TELEGRAMME: ZUMPAT POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139

BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER

8 MÖNCHEN 2, -BRÄUHAUSSTRASSE 4/III

53/Li

Case ONY-48

CIBA AKTIENGESELLSCHAFT, Basel/Schweiz

Exothermische Zusammensetzungen und Heizringkörper, die

diese Zusammensetzungen enthalten.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit exothermischen Zusammensetzungen und mit Packungen, die diese. Zusammensetzungen enthalten. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit exothermischen Zusammensetzungen, die dazu verwendet werden können,auf Artikel" ~ die erhitzt werden sollen, eine bestimmte Menge Wärme zu übertragen. Die Erfindung wird besonders injbezug auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Packungen zur Beschleunigung der Härtung von wärmehärtbaren Klebstoffen beschrieben, die als Bindemittel zum Verbinden von Plastikrohr verwendet, werden. Jedoch soll die Erfindung nicht auf die genannte Verwendbarkeit beschränkt sein und kann bei anderen Anwendungen, bei denen eine bestimmte Menge von Wärme erforderlich ist, ebenfalls verwendet werden, wie beim Erhitzen von Nahrungsmitteln und beim Entfrieren von gefrorenen Artikeln

Laminierte Plastikrohre, beispielsweise Epoxyrohr, das durch Fiberglas verstärkt ist, wird in verschiedenen Arten von tech-

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nischen Installationen verwendet. Insbesondere ist diese Art von Rohren besonders auf dem Erdölgebiet nützlich und in chemischen Anlagen, bei denen Korrosionswiderstandsfähigkeit wichtig ist. Um eine maximale Korrosionswiderstandsfähigkeit und Stärke zu erhalten, werden die Rohrverbindungen im allgemeinen hergestellt, indem man die Rohrenden zusammen mit einem thermohärtbaren, harzartigen Klebstoff, beispielsweise einem Epoxyharz, verklebt.

Bei normalen Verhältnissen ist das Härten der harzartigen Kleb- W Stoffe kein bemerkenswertes Problem. Man kann das Klebemittel so formulieren, daß es bei Temperaturen hinunter bis zu 4⁰C (40⁰F) härtet. Die Härtung ist bei niedriger Temperatur jedoch im allgemeinen recht langsam. Bei Temperaturen unterhalb von 4⁰C (40⁰F) härten die handelsüblichen Klebemittel nicht oder, wenn sie gehärtet werden, so ist die Härtung sehr langsam.

Die Installation von Rphrsystemen findet nicht immer bei idealen Arbeitsbedingungen statt. Im Winter, besonders in den nördlichen Gegenden, liegen die Temperatur oft für längere Zeit unterhalb von 4⁰C (4O⁰F). Da die Rohrverbindungen vollkommen gehärtet sein sollten, bevor die Arbeitsmannschaften den Arbeitsplatz verlassen, war es nötig, Vorrichtungen zu schaffen, die die Härtung der Klebstoffe beschleunigen.

Um die Härtung zu beschleunigen wurden daher früher verschiedene Verfahren vorgeschlagen, üin Vorschlag bestand darin, daß man einfach die Verbindungen mit einem Brenner erhitzte. Dies war jedoch völlig unbefriedigend. Die Arbeiter, die die Leitungen ' in den Feldern installieren, sind bestenfalls angelernte Kräfte. So verwendete jeder Arbeiter eine verschiedene Arbeitsmethode. Einige erhitzten die Verbindungen nicht stark genug, um den Klebstoff zu härten. Andere überhitzten die Verbindungen, verbrannten bzw. kohlten die Leitung an, was die Leitung beachtlich schwächte. Weiterhin war die Verwendung einer offenen Flamme höchst unerwünscht, besonders in den Öl- und Gasgebieten.

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Uin die lfichteinheitliehkeit des Erhitzens zu überwinden wurde dann vorgeschlagen, einen Ring eines entzündbaren Materials um die Verbindung anzubringen und den Ring anzuzünden, so daß er brennen und dabei die Verbindung erhitzen würde. Dieses Verfahren war nicht vollkommen erfolgreich, da -die Menge an Wärme, die entstand, etwas zu hoch war. Weiterhin war es wegen der Anwesenheit einer offenen Flamme ebenfalls unzulässig.

Ein weiteres Verfahren wurde vorgeschlagen, bei dem man einen Wärmeüberträger verwendete. Bei diesem Verfahren wurden Metallringe vorgesehen, die erhitzt und dann um die Verbindungen gelegt wurden. Die Wärme von den Wärmeüberträgern wurde dann auf die Verbindung übertragen. Dieses"System war deshalb nicht zufriedenstellend, da die oberen Grenzen des Erwärmens nicht genau kontrolliert werden konnten. Weiterhin erforderte dieses Verfahren den Kauf von Sätzen von Wärmeübertragern für jeden Durchmesser von leitungen, und die Wärmeüberträger mußten genau angepaßt werden, so daß sie der äußeren Fläche der Leitung entsprachen. Ein weiterer Nachteil war, daß die Wärmeüberträger nach der Verwendung aus den Verbindungen gelöst werden mußten, was etwas die Installationsgeschwindigkeit herabsetzte.

In einem anderen Verfahren, das gemäß dem Stande der Technik vorgeschlagen war, wurde ein elektrisch geheiztes Band um die Verbindung gewickelt. Dieses Verfahren war insofern zufriedenstellend, als man die Temperatur kontrollieren konnte. Dieses Verfahren war jedoch deshalb nicht zufriedenstellend, da man an den Arbeitsplatz die relativ schwere und_# teure elektrische Ausrüstung transportieren mußte. Weiterhin war die Verwendung von Strom mit 100 V Spannung unter den Feldbedingungen, wie Regen, Schnee und Eis, nicht recht annehmbar wegen der damit verbundenen Gefahr^ daß die Arbeiter, die die Einrichtung benützten, elektrische Schocks erfahren können.

Bei einem Versuch, um die Probleme, die mit den oben beschriebenen Verfahren gemäß dem Stand der Technik behaftet sind, zu über-

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winden, wurden verschiedene exothermische Zusammensetzungen, die früher für andere Zwecke vorgeschlagen waren, geprüft, ob sie beim Härten von Klebstoffen, die zur Verbindung von Kunststoffleitungen verwendet werden, nutzbar seien. Keine der geprüften Zusammensetzungen erwies eich als zufriedenstellend.Es zeigte eich, daß die Kombination von Aluminiumfolie und einer Lösung von Hatriumhydroxyd zu gefährlich und zu unberechenbar war. Die Rückstände, die zurückblieben, waren für Tiere gefährlich. Andere Arten exothermischer Reaktion erforderten den Zusatz von großen Mengen von V/asser, um die gewünschte Reaktion zu liefern. Da das Erwärmen der Verbindungen nur nahe oder unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser erforderlich ist, war die Notwendigkeit, eine relativ große Menge von Wasser überhalb des Gefrierpunkts zu halten, um es bei den Wärmepackungen zu verwenden, ein großer Nachteil. Gewisse andere Arten von exothermischen Zusammensetzungen waren zu teuer, um sie in dem technischen Verfahren zur Verbindung von Rohrleitungen zu verwenden. Ein anderes Problem, das bestimmte exothermische Zusammensetzungen betraf, war, daß diese Zusammensetzungen so reaktiv waren, daß sie nicht auf sicherem Wege durch übliche Träger oder durch die Post verschickt werden konnten.

Aus diesen Erläuterungen kann man sehen, daß das ideale Verfahren, ~~zur_„ Härtung von Klebstoffen, wie sie beim Verbinden von Kunststoffleitungen verwendet werden, gewisse Eigenschaften besitzen muß. Die Elemente, die für dieses Verfahren erforderlich sind, müssen transportierbar sein, vorzugsweise so gering wie möglich im Gewicht sein, die verwendeten Materialien müssen billig sein und dürfen keine wesentliche Feuergefahr darstellen. Am wichtigsten ist es, daß eine bestimmte regulierte Menge von Wärme hergestellt werden muß, die ausreicht, um den Klebstoff zu härten, die aber nicht die Leitung beschädigt. Weiterhin sollte es visuell sichtbar sein, daß das Verfahren, wenn es arbeitet, Wärme liefert. Irgendein Rest, der zurückbleibt, sollte gegenüber Tieren nicht giftig sein. Die verwendeten Zusammensetzungen sollten ebenfalls durch gewöhnliche Träger zu verwen-

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durch die Post transportiert werden können. '

Gegenstand der Erfindung sind somit exothermisehe Zusammensetzun gen, die ein.fein gemahlenes Oxyd eines Alkali- oder Erdalkalimetalls und eine feste, fein gepulverte Säure oder ein stark saures Salz oder Mischungen davon enthalten. Der Anteil an den alkalischen und sauren Bestandteilen wird so gewählt, daß wenigstens eine Menge des Alkalioxydbestandteils in der Zusammensetzung vorhanden ist, der, wenn er in das entsprechende Hydroxyd überführt wird, den sauren Bestandteil neutralisieren wird. Vorteilhaft verwendet man einen Überschuß an Oxyd, um höhere Tem peraturen zu erreichen.

Ein Wärmering ist vorgesehen, in dem das alkalische Oxyd in einem Seil und der saure Bestandteil in einem abgetrennten Teil ab gepackt ist. Der Wärmering ist so eingerichtet, daß die alkalischen und sauren Bestandteile, direkt, bevor sie verwendet werden, gemischt werden können. Der Wärmering wird dann mit den Rohrverbindungen verbunden, und die exothermische Reaktion wird initiert, indem man eine kleine Menge V/asser durch den Wärmering in die sich darin befindende Zusammensetzung injiziert.

Pig. 1 zeigt eine Draufsicht, zum Teil im Schnitt, eines typischen Wärmerings der vorliegenden Erfindung, der besonders geeignet ist bei Verwendung von Muffen und Zapfenverbindungen.

. 2 zeigt eine Draufsicht, zum Teil im Schnitt, eines erfindungsgemäßen Wärmerings, der besonders für Abzweigt~_ Rohrverbindungen geeignet ist.

Pig. 3 zeigt eine Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, des Wärmerings der Pig. 1, zusammen mit einer MuffenrZapfenröhrverbiTidung.

Pig. 4 ist eine Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, des Wärmerings der Pig. 3 in Zusammenhang mit einer Abzweig-Rohrverbindung.

Beim Beschreiben der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, 009825/122 0

die in den Zeichnungen dargestellt sind, wird eine spezifische Terminologie verwendet. Dies soll jedoch keine Beschränkung auf die spezifischen Ausdrücke, die so ausgewählt wurden,"einschließen, und jeder spezifische Ausdruck schließt alle technischen Äquivalente ein, die in ähnlicher Weise arbeiten und die gleichen Ergebnisse liefern.

Um die Beschreibung der Erfindung zu erleichtern, wird zuerst die exothermische Zusammensetzung beschrieben, und dann werden die Heizringkörper, bei denen die Zusammensetzungen vorteilhaft verwendet werden, anschliessend in allen Einzelheiten beschrieben.

Die erfindungsgemäßen exothermischen Zusammensetzungen enthalten einen Alkalioxydbestandteil und einen sauren Bestandteil. Wenn die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen durch Zugabe einer kleinen Menge Wasser zu den Zusammensetzungen aktiviert werden, so laufen zwei verschiedene Arten von Reaktionen, die auf chemischem Weg Wärme bilden·, ab. Eine dieser Reaktion ist die Umwandlung des Alkalioxyds zu dem entsprechenden Hydroxyd. Die andere Reaktion ist die neutralisation des sauren Bestandteils durch das so gebildete Alkalihydroxyd. Verwendet man Calciumoxyd als einen typischen Alkalioxydbestandteil und Oxalsäuredihydrat als einen typischen sauren Bestandteil, so kann der exothermische Wärmeablauf der vorliegenden Erfindung durch die folgenden Formeln dargestellt v/erden: ■

I OaO + H₂O ^Ca(OH)₂ + Δ.

II Ca(OH)₂ + H₂C₂O₄ · 2H₂O } CaC₂O₄ + 4H₂O + /\

III CaO + H₂O ρ Ca(OH)₂₊

In der Zusam- Aus der Neu-

mensetzung im tralisationsum-

Überschuß vor- Setzung
handen

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k *

"Die Verwendung des Allsalioxyds anstelle des entsprechenden Alkalihydroxyds in den erfindungsgemäßen exothermischen Zusammneetzungen hat verschiedene wichtige Vorteile. Die Anfangsumsetzung des Wassers mit dem Oxyd unter Bildung des Hydroxyds ist eine exothermische Reaktion. Die zusätzliche Wärmemenge, die durch diese Umsetzung geliefert wird, wird ohne Zunahme des Gesamtgewichts der Bestandteile erhalten, und tatsächlich verringert die Verwendung des Oxyds anstelle des Hydroxyds etwas das Gesamtgewicht des erforderlichen Ausgangsmaterials. Um die gleiche Menge von Wärme zu erhalten, müßte nan, wenn_man nur die

Neutralisationsreaktion verwenden würde., zusätzliche Mengen des Alkalihydroxyds und des sauren Bestandteils verwenden.

Die zweite Reaktion, die bei Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen abläuft und Wärme liefert, ist eine lieutralisationsreaktion. In der Neutralisationsreaktion reagiert das Alkalihydroxyd, das bei der ersten Stufe gebildet wurde, mit dem sauren Bestandteil unter Bildung eines Salzes, Wassers und einer beachtlichen Wärmemenge. Die Neutralisationsreaktion hat selbst verschiedene Begrenzungen. Damit eine neutralisation stattfindet, ist es erforderlich, daß eine Ionisationsflüssigkeit, die in den meisten Fällen Wasser ist, vorhanden ist. Die Notwendigkeit, daß man flüssiges Wasser für die Neutralisation braucht, begrenzt die obere Temperatur, die durch die Neutralisationsreaktion erhalten werden kann, beachtlich. Wenn die Temperatur über den Siedepunkt der Ionisationsflüssigkeit steigt, wird die Ionisationsflüssigkeit verdampfen,, und die Neutralisationsumeetzung wird abnehmen und aufhören, wenn die Ionisationsflüssigkeit ganz verdampft ist. Die hier beschriebenen Probleme, die man bei der Neutralisationsumsetzung beachten muß, beschränken die Temperaturen, die durch die Neutralisationsverfahren allein erhalten werden können, ungefähr auf den Siedepunkt von Wasser, d.h. auf ungefähr 1OO°C (212⁰P).

Bs wurde jedoch gefunden, daß man, indem man einen Überschuß an Alkalioxyd über die Menge verwendet, die erforderlich ist, um

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den sauren Bestandteil zu neutralisieren, höhere Temperaturen erhalten werden können, Temperaturen, "beispielsweise bis ca. 316⁰O (600⁰I¹). Der Überschuß an Alkalioxyd reagiert mit dem während der Meutralisationsumsetzung gebildeten Wasser. Im Gegensatz zu der Neutralisationsreaktion kann die Umsetzung des Alkalioxyds mit dem Wasser leicht stattfinden, sogar, wenn das Wasser in Form von Dampf vorliegt.

Die höchsten Temperaturen, die die Mischung erreichen kann, können durch den Überschuß an Alkalioxyd, der zu der Reaktionsmik schung gegeben wird, eingestellt werden. Innerhalb von Grenzen erhält man umso höhere Temperaturen, je größer der Überschuß ist. Es sollte jedoch beachtet werden, daß ein zu großer Überschuß des Oxyds nicht verwendet werden sollte, da sich das Oxyd dann mit dem gesamten Wasser umsetzen würde, und kein V/asser mehr vorhanden wäre für die wasserbildende Heutralisationsumsetzung. Die genaue obere Grenze der Oxydmenge, die verwendet werden kann, kann leicht bestimmt werden, indem man die Menge des Alkalioxyds langsam erhöht, bis die Endtemperatur nicht mehr steigt und anfängt abzufallen. Die maximale Menge an Überschuß des Alkalioxyds, die verwendet werden kann, kann ebenfalls bestimmt werden, indem man die Menge der Reaktionsteilnehmer, die man verwendet, bestimmt, so daß man die Anzahl der gebildeten Mole Wasser, die durch die Jeutralisationsreaktion entstehen, berechne n^Zusätzlich zu dem Reakt ions wasser wird, wenn eine hydratisierte Säure verwendet wird, das Kristallisationswasser ebenso in i'reiheit gesetzt. Man kann einen Überschuß des Alkalioxyds zugeben, der ausreicht, um mit einem wesentlichen Teil, aber nicht mit allem Wasser zu reagieren, ütwas Wasser muß für die Heutralisationsumsetzung vorhanden sein. Als allgemeine Regel, die von dem Grad der Hydratation der verwendeten Säuren abhängt, werden zwei- bis zweieinhalbmal soviel des für die Neutralisation erforderlichen Oxyds eingesetzt.

Die chemischen Reaktionen, die sich abspielen, wenn man die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendet, stehen zueinander

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in Beziehung. Bei der Neutralisationsreaktion wird Wasser gebildet, das es möglich, macht, daß sich die Reaktion von selbst ausbreitet und ebenfalls Wärme gebildet wird. Das Wasser der ITeutralisationsumsetzung wird bei der Reaktion des Alkalioxyds, das die hohen Temperaturen liefert, verwendet. Wegen dieser gegenseitigen Beziehungen der Yerfahrensstufen ist es möglich, nur eine sehr geringe Menge Wasser zuzugeben, um die exothermischen Reaktionen in Gang zu bringen, die danach sehr schnell die gewünschte Menge an Wärme liefern.

Die alkalischen Oxyde, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, werden aus den Oxyden der Alkalimetalle und der Erdalkalimetalle ausgewählt. Alkalische Oxyde, die verwendet werden können, sind beispielsweise Bariumoxyd, Strontiumoxyd, Natriumoxyd, Kalium-und Lithiumoxyd. Besondere Beachtung verdient die Verwendung von Calciumoxyd, das gewisse bestimmte Vorteile besitzt, insofern, als es relativ billig und leicht erhältlich ist.

Der saure Bestandteil der exothermischen Zusammensetzung kann entweder eine Säure oder ein stark saures Salz sein. Die Säuren und sauren Salze, die vorzugsweise in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind organischer oder anorganischer Natur und besitzen ein relativ niedriges Molekulargewicht, beispielsweise bis zu ca. 250. . Es ist von beachtlichem Vorteil, eine Säure in ihrer hydratisierten Form zu verwenden. Das Kristallisationswasser ist, wenn es freigesetzt wird, für die Umsetzung mit dem Oxyd verfügbar oder steht als Verwendung als Ionisationsflüssigkeit zur Verfügung, um die Neutralisationsumsetzung fortzuführen. Ein zusätzlicher Vorteil bei der Verwendung einer hydratisierten Säure besteht darin, daß, wenn eine hydratisierte Säure mit einem alkalischen Oxyd gemischt wird, eine Mischung erhalten wird, in der das Kristallisationswasser fast gleichmässig innerhalb der Mischung verteilt ist. Dieses Kristallisationswasser steht jedoch für die Umsetzung nicht zur Verfügung, bis die Anfangsmenge von Wasser in die Mischung injiziert ist. Die Verwendung

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einer hydratisieren Säure macht es möglich, daß man eine exothermische Reaktion in Gang bringt, die von alleine weiter fortschreitet, wenn sie einmal in Gang gebracht ist und schnell Wärme liefert.

Die besonderen Säuren und Säuresalze, die in den erfindungsgemäßen exothermischen Zusammensetzungen verwendet werden können, können aus einer großen Klasse ausgewählt werden, die beispielsweise einschließt: SuIf amid säure, Weinsäure, Oxalsäure, Zitro·*- nensäure, o-Phosphorsäure,und Salze, wie Natriumhydrogensulfat und Kaliumhydrogensulfat. Die bevorzugten Säuren für die Verwendung in den erfindungsgemäßen exothermischen Zusammensetzungen sind: Zitronensäure und besonders Oxalsäure und Sulfamidsäure.

Die sauren Bestandteile können eine einzige Säure oder saures Salz oder eine Mischung von Säuren enthalten. Es hat sich gezeigt, daß Mischungen von Säuren besonders wertvoll sind und im besonderen Mischungen von Sulfamidsäure mit entweder Oxalsäure oder Zitronensäure. Die Hauptanteile der Mischung, beispielsweise 55 bis 80 Mol-$, sollten entweder hydratisierte Oxal- oder Zitronensäure sein und 20 bis 45 Mol-$ sollen Sulfamidsäure darstellen.

Die erfindungsgemäßen exothermischen Zusammensetzungen werden hergestellt, indem man einfach den alkalischen Oxydbestandteil mit dem sauren Bestandteil physikalisch mischt. Die Geschwindigkeit der Umsetzung kann etwas reguliert werden, indem man die Teilchengröße der Reaktionsteilnehmer regelt. Wird eine schnellere Reaktionsgeschwindigkeit gewünscht, sollten entweder einer der Reaktionsteilnehmer oder beide in ihrer Teilchengröße verringert werden. Die schnellstes Reaktionsgeschwindigkeit wird erreicht, wenn beide Reaktionsteilnehmer in gepuderter oder gepulverter Form vorliegen.

Die erfindungsgemäßen exothermischen Zusammensetzungen können

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bei verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen es erforderlich ist, gesteuerte Temperaturen zwischen ca. 100⁰C (212°F) und ca. 316°C (600⁰P) zu haben. Die erfindungsgemäßen exothermischen Zusammensetzungen sind besonders wertvoll, da die Reaktionsbestandteile relativ wenig kosten, die exothermische Reaktion sehr leicht in Gang gebracht wird und die Genauigkeit, mit der die Endtemperatur reguliert werden kann.

Die erfindungsgemäßen exothermischen Zusammensetzungen sind besonders nützlich für Heizringkörper., die dazu verwendet werden, um die Härtung von wärmehärtbaren Klebstoffen, die zum Verbinden von Rohren einge.setzt werden, zu beschleunigen.

Der Heizringkörper 10 enthält eine verlängerte wasserdichte Hülle 12, die in zwei abgetrennte Teile 14,16 durch eine entfernbare Trennungseinrichtung 13 unterteilt ist, e'ine isolierende Stützeinrichtung 20 und eine Halteeinrichtung 22, um den Heizring an dem Rohr zu befestigen. Die Hülle 12 besteht aus wasserdichtem Material, wie gewachstes Kraftpapier, und besonders aus einem ~~Kunstst of film. Die Hülle 12 soll relativ gute Wärmeleitfähigkeit zeigen, da die Wärme, die durch die exothermische Reaktion gebildet wird, durch die Hülle 12 an die Rohrverbindung übergeben wird. Es hat sich gezeigt, daß Kunststoff materialien, wie Polyäthylenfilm, für diesen Zweck befriedigend sind. Im Hinblick auf die hohe Temperatur, die durch die exothermische Reaktion erhalten wird, ist es vorzuziehen, ein Material zu verwenden, das einen höheren Schmelzpunkt hat als die maximale Temperatur, die durch die exotheimische Reaktion erreicht wird, da dies die Entfernung der Wärmepackung, nachdem die exothermische Reaktion beendet ist, vereinfacht. Ein Material, von dem gefunden wurde, daß es für diesen Zweck ausgezeichnete Eigenschaften besitzt, ist Mylar-Polyesterfilm, der wasserdicht ist und bei Temperaturen schmilzt, die über den Temperaturen liegen, die mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erhalten werden.

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Die Hülle 12 ist in zwei Teile 14 und 16 geteilt. Das alkalische Oxyd 24, das oben "beschrieben wurde, wird in das erste Teil 14 gelegt, und der saure Reaktionsteilnehmer 26 wird in das andere abgetrennte Teil 16 der Hülle 12 gelegt. Das alkalische Oxyd 24 wird von dem sauren Bestandteil 26 durch eine entfernbare Trenneinrichtung 18 getrennt. Wie gezeigt, ist die Trennvorrichtung 18 eine Metallklammer, die leicht entfernt werden kann. Andere Vorrichtungen können ebenfalls verwendet werden, um die Reaktionsteilnehmer getrennt zu halten. Beispielsweise kann die Hülle 12 einfach verdreht sein. Gummibänder oder Schnüre können ebenfalls verwendet werden. Ein Paar Holzstäbe, die miteinander verbunden werden, können zu diesem Zweck ebenfalls verwendet werden. Die Erfordernisse für die Trennvorrichtung sind, daß sie die Reakt ions teilnehmer getrennt halten muß, bis die Zusammensetzung verwendet wird, und dann muß sie schnell entfernt werden können.

Der Heizringkörper 10 hat eine isolierende Stützschicht 20. Dies ist eine wichtige Tatsache, weil sie bezweckt, daß die maximale Menge an Wärme direkt zu dem zu erhitzenden Objekt geleitet wird. Irgendeine der üblichen Isoliermittel kann verwendet werden. Wie es in Pig. 1 dargestellt wird, enthält die Isolation eine Aluminiumfolie 28, die mit schwerem Kraftpapier 30 laminiert ist. Die aluminiumfolienartige Isolation 20 ist leicht zu verwenden, da ihre. Isolationseigenschaften ausgezeichnet sind und sie wenig Bulk besitzt. Andere Arten der Isolation können ebenfalls verwendet werden, wie Glaswolle-Watte 32 von der Art, wie sie im allgemeinen bei Airconditionier-Anlagen verwendet wird.

Der Heizringkörper 10 umfaßt äuch_Haltevorrichtungen 22, um den Heizring an die Rohrverbindung, die erhitzt.werden soll, zu befestigen. Wie dargestellt, enthält die Haltevorrichtung 22 ein Paar Klammern, die miteinander verdreht sind, um den Heizring 10 in seiner lage zu halten. Andere Arten von Haltevorrichtungen, wie Bänder 39 mit klebenden Fäden, können ebenfalls verwendet werden. Andere Haltevorrichtungen, wie Stiftbefestigun-

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- 13 gen,können ebenfalls eingesetzt werden.

Der erfindungsgemäße Heizringkörper kann in vielen Formen hergestellt werden, was von der. J?orm_ des_"_Z~ ^{r zu} erhitzenden ..Beceicbs abhängt. Eine andere Art von Heizringkörper 36.wird gezeigt, die besonders dazu geeignet ist, um die Härtung von Klebstoffen zu beschleunigen, die verwendet werden, um Abaweigstücke 38 mit Rohren zu verbinden. Diese andere Art Heizringkörper 36 besitzt die gleichen Elemente, wie der vorher beschriebene Heizringkörper 10. Der Heizringkörper 36 enthält eine Umhüllung 40, die zwei getrennte Teile 42,44 besitzt, in denen das alkalische _Oxyd 24 und der saure Reaktionsteilnehmer 26 getrennt gepackt sind. Die Teile 42,44 sind durch eine entfernbare Klammer 46 getrennt. Die Isolierverstärkung 20 besteht aus Glaswolle, aber könnte natürlich auch Aluminiumfolie sein. Haltevorrichtung 34 des Heizringkörpers 36 ist ein Klebeband. Der Wärmering 36 hat eine Öffnung 48 in der Mitte, die durch Zusammenschmelzen des Kunststoffilms, der verwendet wird, um die Umhüllung 40 herzustellen, gebildet wird. Wenn der Wärmering 36 verwendet wird, um ,Abzweigstücke 38 zu ^ härten, wird das Verlängerungsstück von den ..Abzweigstück 38 "durch die Öffnung 48 des * Wärmerin^ 36 durchgeleitet.

Der erfindungsgemäße Wärmering 10,36 wird in der folgenden Weise verwendet. Die Trenneinrichtungen 18,46.werden entfernt, und das alkalische Oxyd 24 und der saure Bestandteil" 26 werden gemischt. Der Wärmering 10,36 wird dann auf die Rohrverbindung 50,52, die erhitzt werden soll, auf die richtige lage gebracht. Eine hypodsrmische Nadel 54 wird durch den Wärmering 10,36 gegeben und eine geringe Menge Wasser in die exothermische Zusammensetzung injiziert. Gewünschtenfalls können verschiedene Injektionen an verschiedenen Stellen gemacht werden.· Im allgemeinen ist jedoch nur eine einzige Injektion erforderlich. Wenn die Reaktion einmal in Gang kommt, ist es völlig augenscheinlich, daß sie fortläuft, da in dem Wärmering 10,36 Dampf gebildet wird. Nachdem die exothermische Reaktion beendet ist, wird der

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verbrauchte Wärmering 10,36 entfernt oder - was bequemer'ist auf der Leitung gelassen.

Der erfindungsgemäße Wärmering 10,36 wird in verschiedenen Größen für jeden Rohr durchmess er hergestellt. Als allgemeine Regel gilt, daß, je größer der Durchmesser der Rohre ist, umso größer die Fläche der Rohre ist, die verbunden werden muß, um eine starke Verbindung zu erreichen. Dementsprechend sind Wärmeringe, die für große Durchmesser verwendet werden, größer und enthalten größere Mengen der exotherm is chen Mischung als Wärmeringe 10,36, die für Rohre mit kleinerem Durchmesser verwendet werden. Die genaue Menge an exothermischer Zusammensetzung, die erforderlich ist, um die Verbindung zufriedenstellend zu erhitzen, hängt von verschiedenen Faktoren ab, die das Material, aus dem das Rohr besteht, und die Wanddicke des Rohres einschließen. Die genaue Menge der exothermischen Zusammensetzung, die erforderlich ist, hängt ebenfalls vom besonderen Verhältnis der Reaktionsteilnehmer, die beim Herstellen der Zusammensetzung verwendet wurden, ab.

Die Menge einer gegebenen Zusammensetzung, um eine Rohrverbindung angemessen zu erhitzen, kann dadurch bestimmt werden, indem man einige Versuchsverbindungen herstellt und bestimmt, ob der Klebstoff, nachdem er erhitzt wurde, vollkommen gehärtet ist. Die Qualität des Erhitzens einer gegebenen Menge und Art einer exothermischen Zusammensetzung kann ebenfalls leicht bestimmt werden, indem man die Temperatur des Klebstoffs mit einem Thermoelement mißt und bestimmt, ob das Harz genügend hoch erhitzt wird, um die Härtung des Klebstoffs zu beschleunigen. _;

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können für viele andere Anwendungen eingesetzt werden außer der, daß sie die Härtung von Harzen, die man zum Verbinden von Rohrleitungen verwendet, wie oben beschrieben, beschleunigt. Die Zusammensetzungen sind beispielsweise auch nützlich, um ITahrungsmittelpackungen her-

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zustellen. Das Nahrungsmittelprodulct wird in einen Behälter und die exothermische Zusammensetzung in einen anderen gepackt. Sie exothermische Zusammensetzung wird aktiviert und verwendet, um die Nahrung zu erhitzen. Da keine offene Flamme vorhanden ist, kann die Zusammensetzung auch bei ungünstigen Bedingungen, wie eie beispielsweise bei militärischen Situationen angetroffen werden, verwendet werden.

Die Zusammensetzungen sind ebenfalls nützlich, um gefrorene Artikel aufzutauen. Da eine bestimmte Menge von Wärme hergestellt wird, kann ein gefrorener Artikel leicht aufgetaut werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Artikel überhitzt wird, wie es der Fall sein kann, wenn man mit einer Lötlampe erhitzt oder wenn man andere ähnliche Werkzeuge anwendet.

Selbstverständlich gibt es andere Möglichkeiten, bei denen die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen vorteilhaft eingesetzt werden können.

Die besondere Verpackung, die am besten für eine bestimmte Anwendungsform geeignet ist, hängt von der Form des Artikels ab, der erhitzt werden soll. Dies kann man aus den verschiedenen Arten von Wärmering formen _' ersehen, die für die Muffen und Zapfenverbindungen und für die Abzweigrohr-Verbindungen gezeigt wurden.

Beispiel 1

Eine Mischung wurde hergestellt, die 150 g Zitronensäure-Monohydrat, 50 g Sulfamidsäure und 225 g Calciumoxyd enthielt. Die Mischung wurde in einen isolierten Behälter gegeben, und 10 cm Wasser wurden in die Mischung indiziert. In ca. 15 Minuter stieg die Temperatur der Mischung auf 310⁰C (590⁰F).

Beispiel 2

Eine Mischung wurde hergestellt, die 100 g Oxalsäuredihydrat, 75 g Sulfamid3äure und 225 g Calciumoxyd enthielt. Die Mischung

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wurde in einen isolierten Kessel gegeben und 10 onr Wasser wurden in die Mischung injiziert. In ca. 15 Minuten stieg die . !Temperatur der Mischung auf zwischen 299°C (570⁰P) und 3O4°O (580⁰P).

Beispiel 3 . . ^; '■

Eine Mischung wurde hergestellt aus 210 g Zitronensäuremonohydrat und 112 g CaIciumoxyd. 5 cnr Wasser wurden in die Mischung injiziert. In ca. 10 Minuten stieg Dampf aus der Mischung auf, und die Endtemperatur war ca. 199°0 (39O°P).

Beispiel 4

Eine Mischung von 56 g CaIciumoxyd und 200 g Zitronensäuremonohydrat wurde hergestellt und 5 cm Wasser wurden in die Mischung injiziert. In ca. 10 Minuten erreichte die Mischung eine Temperatur von ca. 99 his 102⁰C (210 bis 215⁰P).

Beispiel 5

Muffen- und Zapfen verbindungen wurden in der folgenden Art hergestellt: Teile von 5,08 cm (2"), 7,62 cm (3"), 10,2 cm (4") und 15,24 cm (6") Durchmesser von Epoxyfiberglasrohr mit einer Wanddicke von 0,12 cm (3/64") wurden in einem Gefriergerät auf -18°C (0⁰P) gekühlt. Eine Huf fen - Zapfen- Verbindung wurde in jeder Länge des Rohrs hergestellt. Ein Epoxyklebstoff wurde als Bindemittel verwendet, und die zusammengefügten Rohrverbindungen wurden weitere 3 Tage in den Kühler -gelegt. Hach Beendigung der 3 Tage war das Bindemittel noch nicht gehärtet.

Die unten beschriebenen exothermischen Zusammensetzungen wurden hergestellt für jeden Durchmesser des Rohrs und in Verpackungen in einen Wärmering, wie er in Pig^ 1 gezeigt ist, gelegt mit der Ausnahme, daß die Isolation anstelle von Aluminiumfolie Piberglaswatte war.

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	I	2" 5 _f 08 ητη	7	3"	10	4" .16 cm	₁	6» 5 _r 24 cm
Oxalsäure		100 g		100 g		150 g		200 g
SuIfamidsäure		75 g		75 g		100 g		150 g
Calciumoxyd		225 g		225 g		337 g		450 g
Polye s t erumhüllung cm	10 4"	,2x35,6 χ 14"	10, 4"	2x45,7 χ 18»	10, 4"	2x55,9 χ 22»	10, 4"	2x76,2 χ 30»
Isolation 2,5 cm (1") Fiberglas	20 8"	,3x35,6 χ 14"	20, 8»	3x45,7 χ 18»	20, 8»	3x55,9 χ 22»	20, 8»	3x76,2 χ 30»

Die Wärmepackungen wurden auf jede Rohrverbindung gelegt, während die Rohre in dem Kühler waren,und 10cnr Wasser wurden in
jede Wärmepackung injiziert. Bach ca. 1 Std. wurde jede Verbindung auseinandergeschnitten und geprüft, und es wurde.gefunden, daß jede Verbindung vollkommen gehärtet war, und daß keine Zerstörung des Rohrs beobachtet werden konnte.

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Claims

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Patentansprüche

hl Eoxthermische Zusammensetzung, die bei Zugabe von Wasser Wärme freisetzt, die im wesentlichen ein alkalisches Oxyd aus der Gruppe der Alkalimetall oxyde und Erdalkalimetalloxyde und einen festen sauren Bestandteil aus der Gruppe der Salze starker Säuren und Mischungen von Säuren enthält, wobei das alkalische Oxyd in der Zusammensetzung in einer Menge vorhanden ist, die mindestens ausreicht, den gesamten sauren Bestandteil zu neutralisieren, und in einer Menge, die ausreicht, um im wesentlichen mit dem gesamten Wasser, das durch die neutralisation des sauren Bestandteils gebildet wird, zu reagieren.
2. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das alkalische Oxyd aus der Gruppe ausgewählt wird, die Calciumoxyd, Bariumoxyd, Strontiumoxyd, Hatriumoxyd, Kaliumoxyd und Lithiumoxyd enthält.
3. Exothermische Zusammensetzung" gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der saure Bestandteil aus der Gruppe der Phosphorsäure, Sufamidsäure, Weinsäure, Oxalsäure, Zitronensäure, Natriumhydrogensulfat und Kaliumhydrogensulfat ausge-, wählt wird.
4. Exothermische Zusammensetzung gemäß Anspruch 3, dadurch ge_ykennzeichnet, daß eine Säuremischung verwendet wird und mindestens eine der Säuren hydratisiert ist.
5. Exothermische Zusammensetzung gemäß Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung Sulfamidsäure und einen Bestandteil aus der Gruppe von Oxalsäuredihydrat und Zitronensäuremonohydrat enthält.

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6. Eiothermische Zusammensetzung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung 55 "bis 80 Mol-# eines Beatandteils aus derGruppe von Oxalsäuredihydrat und Zitronensäuremonohydrat und 20 bis 45 Mol-# Sulfamidsäure enthält.
7. Zusammensetzung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das alkalische Oxyd Calciumoxyd ist.
8. Zusammensetzung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumoxyd in einer Menge vorhanden ist, die zwei- bis zu dem 2 1/2-fachen der Menge beträgt, die nötig ist, um den säuren Bestandteil zu neutralisieren.
9. Heizringkörper zur Beschleunigung der Härtung von wärmehärtbaren Klebstoffen, ' die als Bindemittel für Rohrverbindungen, verwendet werden', dadurch gekennzeichnet, daß der V/ärmering kombiniert enthält: eine Umhüllung; eine entfernbare !Trennvorrichtung; Isoliervorrichtungen; Befestigungseinrichtungen; eine gegebene vorbestimmte Menge eines alkalischen Oxydes und eine gegebene vorbestimmte Menge eines sauren Bestandteils, wobei die Umhüllung wasserdicht ist und in erste und zweite Zonen durch die Trennvorrichtung geteilt wird; die vorbestimmte Menge des alkalischen Oxyds in den ersten Teil und die vorbestimmte Menge des sauren Bestandteils in den zweiten Teil gepackt werden; sich die Isoliervorrichtung an der äußeren Oberfläche der Umhüllung befindet, die Befestigungsvorrichtung ausgebildet ist, um die innere Fläche der Umhüllung in Kontakt mit der Rohrverbindung zu bringen, die vorbestimmte Menge d,es alkalischen Oxyds und des sauren Bestandteils so ausgewählt werden, daß sie eine genügend eoxthermische Reaktion liefern, wenn sie gemischt und mit Y/asser aktiviert werden, um die Härtung des wärmehärtbaren Klebstoffs zu beschleunigen, wobei ein V/ärmering erhalten wird, der, wenn die Trennvorrichtung entfernt wird, das alkalische Oxyd und der Säurebestandteil gemischt sind, und die Umhüllung an die Rohrverbindung angeschlossen wird,

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und Wasser in die gemischten Reaktionsbestandteile injiziert wird, die Rohrverbindungen auf genügend hohe Temperatur erhitzt, um die Härtung des wärmehärtbaren Harzes
zu "beschleunigen.
10. Heizringkörper gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das alkalische Oxyd aus der Gruppe ausgewählt wird, die Calciumoxyd, Bariumoxyd, Strontiumoxyd, Matriumoxyd, Kaliumoxyd und Lithiumoxyd enthält, und der saure !Bestandteil aus der Gruppe ausgewählt wird, die Phosphoräsure, Sulfamidsäu-

W re, Weinsäure, Oxalsäure und Zitronensäure, Natriumhydrogensulfat und Kaliumhydrogensulfat enthält.

11, Heizringkörper gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das alkalische Oxyd Calciumoxyd und der saure Bestandteil eine Mischung von Oxalsäuredihydrat und Sulfamidsäure ist.

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