DE2039154A1

DE2039154A1 - Neuartige Bindemasse und deren Verwendung

Info

Publication number: DE2039154A1
Application number: DE19702039154
Authority: DE
Inventors: Watson David Derby; Brown Lloyd Hubert
Original assignee: Quaker Oats Co
Current assignee: Quaker Oats Co
Priority date: 1969-08-04
Filing date: 1970-08-03
Publication date: 1971-02-18
Also published as: FR2056571A5; LU61465A1; GB1268997A; JPS4840887B1; NL7011404A; BE754294A; LU61466A1

Description

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Q 38

The Quaker Oats Company, Barrington, Illinois, 7.St.A

Neuartige Bindemasse und deren Verwendung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Bindemasse und insbesondere ein relativ fließfähiges Bindemittel für Kohlenstoffanöden und feuerfeste Körper, in der Gießerei, .für Überzüge und andere-Verwendungszwecke-; die Bindemasse enthält Pech und eine kleinere Menge eines monomeren, polymerisierbar en,, in der Wärme härtenden Gemisches, welches Furfural und Phenol, Cyclohexanon, eine Verbindung der Formel OELz-CO-R, in der■ü. aliphatisch ist, oder ein Gemisch solcher Verbindungen enthält·

Die vorliegende Erfindung schlägt ein Bindemittel aus-Stein—, kohlenteerpech und einem monomeren, polymerisierbaren, in der Wärme härtenden Dispergiermittel, welches Furfural und Phenol, Cyclohexanon oder ein aliphatisches hethyIketon der Formel

(Ju .-Uj-R,

203915A

worin R eine aliphatische Gruppe rait zwei oder mehr Kohlenstoffatomen ist, oder ein Gemisch davon enthält, sowie ein Gemisch auf der Grundlage eines feuerfesten Materials und ein kohlenstoffhaltiges Gemisch zur Verwendung bei der Herstellung von geformten Kohlenstoffgegenständen vor.

Y/egen der weit verbreiteten Verfügbarkeit im Handel sowie der günstigen chemischen Eigenschaften der Steinkohlenteer-Peche, insbesondere der hochschmelzenden Peche, d.h. derjenigen, die bei Temperaturen oberhalb 100 ⁰G und insbesondere im Bereich von 149 - 160 G erweichen oder schmelzen, sind diese Peche sehr geeignete Materialien zur Verwendung als Bindemittel oder Überzugsmassen. Solche Peche sind auch als Kernpeche (core pitches), Stichöffnungspeche (tap hole pitches) oder Gebläseofenpeche (blast furnace pitches) bekannt. Diese Peche sind jedoch bei Raumtemperatur sowie bei den meisten Temperaturen, bei denen sie sich geeigneterweise verarbeiten lassen sollten, Feststoffe. Demzufolge ist die Verwendung dieser Peche als Bindemittel für feuerfeste Körper, z.B. in Verbindung mit feuerfesten Grundmassen bei der Herstellung von feuerfesten Ziegeln, oder als Überzugsmaterial schwierig, da die Anwendung der unmodifizierten Peche es erforderlich macht, daß die zusammen mit den Pechen verwendeten Materialien auf relativ hohe Temperaturen erhitzt werden müssen, bevor sich die Materialien durch das Pech in geeigneter V/eise als überzug aufbringen lassen. Es ist vorgeschlagen worden, das Pech durch Zusatz von fließfähigen, polyirieri si erbaren Harzen, z.B. Furfuralalkoholharzen, zu modifizieren, per Zusatz dieser Materialien zu dem hochscnmelzenden Pech beseitigt in wirksamer V/eise den FeststoffCharakter des Peches, wodurch es sich bei Kaumtemperatu./ zumindest verarueiteri lußt.

Es ist in iiouem habe erwünscht, über eine Masse auf der Grundlage von Pecu zu verfügen, die bei Temperaturen bei oder in der ilähe der iiaV^ibe^peranur relativ fließfähig ist, wobei für diese nasse relativ i'-i-ießf \hige monomere Materialien, die alö iösungs-

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oder Dispergiermittel für das .rech sehr wirksam sind, und die die pechhaltige hasse in ein in der \värme härtendes i-iaterial

um;;undeln, verwendet werden. * -

ifeuorfesce Gegenstände, z.B. Ziegel, die durch die oben beschriebenen hochschmelzenden Peche gebunden sind, werden üblicherweise zur Herstellung von feuerfesten Auskleidungswänden beispielsweise in Öfen verwendet. Vor der ersten Verwendung des Ofens werden die erstellten Wände im allgemeinen von Raumtemperatur auf hohe Temperaturen erhitzt. Die Verwendung von thermoplastischen tiaterialien wie unmodifiziertem, hochschmelzendem Pech als Bindemittel hat sich insofern als etwas unerwünscht erwiesen, als das Bindemittel beim Erhitzen auf erhöhte iemperaturen plastisch wird und einer durch Druck hervorgerufenen Verformung unterliegt. Es ist vorgeschlagen worden, ein System aus t'ech und Zusatzstoffen zu verwenden, und zwar unter Anwendung von fließfähigen, polymerisierbaren Harzen, wobei ein solches System die hochsciimelz enden Peche nicht nur bei iiauintemperatur plastisch macht, sondern darüber hinaus das thermoplastische Pech in ein in der V.ärme härtendes Gemisch umwandelt, welches verbesserte strukturelle Stabilität aufweist und eine thermische Verformung stark herabsetzt, obgleich es auf erhöhte l'emperaturen" erhitzt wird. Eine zufriedenstellende Anwendung von polymerisierbaren, monomeMren Hodifizierungsmitteln ist bisher jedoch schlier au erreichen gewesen. Eine der Schwierigkeiten bestand in der iieigung der monomerischen Materialien, bei relativ niedrigen i'eL.peraturen zu verdampfen, woduch häufig: eine Blasenbildung verursacht wurde. Ein weiteres, häufig ansutreffendes Problem ist die Entwicklung von inneren Schaden beim Erhitzen. "

der Erfindung ist eine. Binde- oder überzugsmasse auf Pech';^-runcllage, welche trotz der Verwendung von sogenannten hochsctimelzenden Pechen plastisch und bei !.iauuOeiiiperotur verarbeitbar ist, '.,-eiche als Bindemittel für feste, :;*.... bei der Herstellung von

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BAD

-zu

ständen- oder beim Formen von feuerfesten Ziegeln bei Raumtemperatur, und ferner als chemisch beständiges Überzugsmaterial verwendet werden kann, und welche entweder bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur in den ausgehärteten Zustand übergeht· Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein solches Bindemittel in Form einer neuartigen Kombination aus relativ billigen, allgemein verfügbaren monomeren Materialien und Pech anstelle der bisher verwendeten, in der Wärme härtenden Harze, wobei dieses Bindemittel nicht der Blasenbildung und Entwicklung von inneren Schadstellen unterliegt, die normalerweise bei den Massen aus Pech und monomeren Zusätzen angetroffen werden. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine neuartige Kombination aus monomeren Materialien und Katalysatoren, die unerwartete Kohlenstoffausbeuten bei der thermischen Zersetzung ergeben.

Gemäß der Erfindung wird Steinkohlenteerpech, vorzugsweise ein solches mit einem Erweichungspunkt oberhalb 100 ⁰O, durch Zusatz einer kleineren Menge eines monomeren, polymerisierbaren, in der-Wärme härtenden Gemisches, das Furfural und Phenol, Cyclohexanon oder ein aliphatisches Lethylketon der Formel

worin R zwei oder mehr, vorzugsweise 2-4, Kohlenstoffatome aufweist, z.B. Mesityloxid, enthält, modifiziert. Das erhaltene modifizierte Pechbindemittel eignet sich besonders zur Verwendung bei der Herstellung von feuerfesten Ziegeln mittels eines-Verfahrens, bei dem das Gemisch zur Formgebung des Zie-" gels bei Raumtemperatur gepreßt wird. Trotz des Mischens und Pressens bei niedriger Temperatur wird dabei ein Ziegel mit. hoher P"⁴ "¹Ite erzeugt. Bei diesem Verfahren enthält das feuerfeste Gemisch einen Katalysator, der eine starke ouure, ein Alkalihydroxid, ein JirdalkalihydiOxid oder ein Arain sein kann· j'js ist Wt.sentIieh, daß das erfiiidun^s· ewi'.ße bindemittel zwischen ^[j(j und ^r/b · Poch, vorzugsweise hochscliinelzendos Pech" ·

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mit einem Erweichungspunkt oberhalb 100 °G, enthält. Gemäß einer bevorziugten AusführungsforTn der Erfindung'besteht der Rest des Bindemittels aus einem potentiell in der Wärme härtenden monomeren Gemisch, das aus Furfural und einem zweiten Bestandteil besteht, welcher Phenol, Cyclohexanon, Methyläthylketon oder ein Gemisch derselben sein kann.

Allgemein werden molare Verhältnisse von Furfural zu Phenol zwischen 1,5 und2 Mol Furfural zu 1 Mol Phenol bevorzugt, wenn Phenol der zweite Bestandteil der monomeren Komponente ist; molare Verhältnisse zwischen 1:1 und 2:1 von Furfural zu Cyclohexanon werden bevorzugt, wenn Cyclohexanon und/oder Methyläthylketon oder andere Ketone der zweite Bestandteil des monomeren Gemisches sind. Es wurde auch gefunden, daß das neuartige, erfindungsgemäße Bindemittel durch Katalysierun£· durch eine Kombination aus Alkalihydroxid und Erdalkalihydroxid-unerwartet hohe Kohlenstoffausbeuten ergibt, die sich der Kohlenstoffausbeute des Pechs allein annähern, wenn es thermisch zersetzt wird.

Gemäß der Erfindung werden für Anwendungszwecke, bei denen hohe Kohlenstoffausbeuten erwünscht sind, alle Pecharten be-.vorzugt, die einen Erweichungspunkt oder Schmelzpunkt oberhalb 100 ⁰C besitzen. Peche, die innerhalb des Bereiches von 14-9 - 160 °0 erweichen, werden erfindungsgemäß besonders bevorzugt· Diese Pecharten sind allgemein als Kernpeche, Abstichöffnungspeche oder Gebläseofenpeche' bekannt.

Zu den Katalysatoren, die in Verbindung mit dem neuartigen, · erfindungsgemäßen Bindemittel verwendet werden können, gehören Alkalihydroxide, Erdalkalihydroxide, Tributylamin und andere Amine. Diese werden im allgemeinen in einer Menge von 0,5 $ bis 5 fi einschließlich, bezogen auf das Gewicht des polymerisierbaren Materials, wenn starke Basen wie Alkalihydroxide als Katalysator dienen, und im Bereich von 5 ^ bis 25 ^ einschließ-

Vt Q

lieh, bezogen auf das Gewicht des polymerisierbaren Materials, •wenn schwache Basen wie Erdalkalihydroxide als Katalysator dienen, verwendet. Ferner sind, allgemein gesprochen, 1 bis 5 ¹P Tributylamin, bezogen auf das Gewicht des polymerisierbaren, monomeren Gemisches, ebenfalls als Katalysator wirksam.

Die Verwendung eines gemischten Katalysators, der 0,5 ύ bis 2 ^c;j einschließlich einer starken Base, z.B. eines Alkalihydroxides, und 10 bis 30 % einschließlich einer schwachen Base, z.B. eines Erdalkal!hydroxides (bezogen auf das Gewicht des monomeren Verdünnungsgemisches) enthält, in dem neuartigen, erfindungsgemäßen Bindemittel ergibt bei der thermischen Zersetzung unerwartet hohe Kohlenstoffausbeuten. Mt starken Basen sind Basen mit einer Basizität im"Bereich der Basizität der Alkalihydroxide gemeint; mit schwachen Basen sind solche gemeint, die eine Basizität im Bereich der Basizität der Lrdalkalihydroxide besitzen.

Alle Prozente beziehen sich in der vorliegenden Beschreibung auf das Gewicht. Teile beziehen sich, falls nicht anders angegeben, ebenfalls auf das Gewicht und alle Temperaturen sind als Grad Celsius angegeben.

Beispiel 1

Dieses Beispiel soll die vollkommen unerwarteten Ergebnisse erläutern, die sich bei der Ausführung der Erfindung ergeben. In diesem Beispiel wurden drei Ansätze von Bindemitteln verwendet, wobei für jeden Ansatz ein Gebläseofenpech mit einem Erweichungspunkt im Bereich von 14-9 - 160 G verwendet wurde. In jedem der Bindemittel wurde ein monomeres Dispergierungsgemisch in einer Menge von $2,6 ^, bezogen auf das Bindemittel, verwendet, wobei der Rest auf das angegebene Pech entfiel. Des monomere Dispergiermittel enthielt 1 )o Natriumhydroxid als Katalysator, und zwar in i'orm eines 50:50-Geinisches aus

hBariumhydroxid und Wasser als Dispersion mit einer gleichen Gewichtsmenge Kohlenstoffpulver. Bei der Zubereitung eines jeden der drei Lindemittel wurde das"monomere Dispergiermittel gründlich mit dem Pech vermischt, und die einzelnen Gemische •wurden gemäß der nachfolgenden Beschreibung geprüft. In den Bindemitteln "A", "B" und "G", äi.e in diesem Beispiel beschrieben werden, wurden folgende unterschiedliche Bestandteile verwendet: im Bindemittel "A" bestand das flüssige, monomere Dispergiermittel aus 2 Mol Furfural und 1 Mol Cyclohexanon; im Bindemittel "B" war das Dispergiermittel reines Furfural; " im Bindemittel "C" war -das monomere Dispergiermittel reines OyclÄiexanon. Die Bindemittel wurden "rein", d.h. ohne Zusatz von Füllstoffen oder feuerfestem Material, und außerdem in einer Ziegelzubereitung auf der Grundlage deines feuerfesten Materials geprüft. Die Ziegelzubereitung enthielt 2000 Gew.-Teile Periklas; 1»5&5 Gew^-Teile Katalysator (3 Teile Kohlenstoff, 1,5 Seile Natriumhydroxid und 1,5 Teile Viasser); .120 Teile Bindemittel ("A", "B" oder ¹¹G" wie oben). Die Ziegelzubereitung wurde bei Raumtemperatur vermischt, zu Bavren von 2,54 x 2,5^ x 15*24- cm unter einem Druck von '/03 kg/cm geformt. ,

^: I

Das reine Bindemittel, d.h." das Gemisch aus Pech und Dispergiermittel, wurde einem Versuch zur Bestimmung des Gewichtsverlustes wie folgt unterworfen: eine Probe von 5g» genau gewogen, wurde 1? Stunden lang auf 155 ⁰O, eine Stunde lang auf 150 °C und 4 Stuaden lang auf 180 ⁰G erhitzt. Hachdem die Probe auf Raumtemperatur abgekühlt war, wurde sie erneut gewogen, und der Gewichtsverlust, bezogen auf das ursprüngliche Gewicht des monomeren Gemisches der Probe, wurde berechnet. * '

Die Ziegelbarren wurden genau gewogen, und die "Dichte, roher Ziegel" wurde in g/cnr ermittelt. Nachdem die Barren genau gewogen worden waren, wurden sie 8 Stunden lang bei 100 ⁰O, \ .2 Stunden lang bei 140 °Ü und Z Stunden lang bei 250 ⁰G getempert bzw. nacheehärtet. Die Barren wurden dann erneut ge-

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wogen, und der Gewichtsverlust wurde bestimmt und als % des ursprünglichen Gewichtes des monomeren Gemisches des "Barrens angegeben. Die Barren wurden erneut gemessen und die "Dichte nach dem Tempern" der getemperten Barren oder Ziegel wurde als g/cnr berechnet.

Die getemperten Barren oder Ziegel wurden gemäß dem üblichen Verfahren geprüft, und die Biegefestigkeit wurde als kg/cm berechnet. Die Yersuchsergebnisse sind in Tabelle I zusammengefaßt .

Tabelle I

.Binde- Gew.-Verlust Dichte, Gew.-Verlust Dichte nach Biegemittel (reines roh nach dem dem Tempern festigkeit Bindemittel) (Ziegel) Tempern (Ziegel) (kg/cm^)

A	- 24	»4	2	,93	33	,5	70	2	,90	117	,5
B	4?		2	,91	71	,9	Ίο	2	,ö7	91	,5
O	56	,2	2	,92	63	,7	'P	2	,88	95	,0

Aus den Werten der Tabelle I geht hervor, daß der Gewichtsverlust des reinen Bindemittels bei demjenigen Bindemittel, für das das Gemisch aus Furfural und Cyclohexanon gemäß der Erfindung (Bindemittel "A") verwendet wurde, ei heblich geringer ist. Ferner wurde festgestellt, dai; die Viskosität des . dndeiuittels "A" 73000 Gp bei Raumtemperatur betrug, während die Viskositäten der Lindemittel "B" und "C" oberhalb der Bestimmunp;sgrenze der verwendeten Vorrichtung, nämlich oberhalb 100000 Op bei .Raumtemperatur Ia=";;. (j?ür einen pültigeren Verbleien, dor Viskositäten wurde Gi.no andere Versuchsproue iiGiTesbei.lt, in der das ux^vor^ie-LMiiifctol in einer herige von ή.; Gew.-;.' verwendet wurde, v;oboi rlc :f.:;-.;t MUL¹ (ih:j in diesem üci. yicl verwendete, hoch-.:''■; Γ!θ1;:,ΰ;ι<.)ο J ^: ■ ■:..;, l'3 oi . ;,·. i die:«.,. "!!Oi'.iollen V ir κι u; it UtSVeT--

BAD OWQfNAL

such ergab sich für die Probe, bei der als Dispergiermittel 2" Mol.-Furfural und 1 Mol Cyclohexanon angewendet wurden, eine Viskosität bei Raumtemperatur von 17OOO Gp, während diejenige Probe, bei der nur Cyclohexanon angewendet wurde, eine Viskosität bei Raumtemperatur von 29000 Cp zeigte. Bei einer Menge von 40 /k scheint jedoch Furfural als Verdünnungsmittel das Pech bei erhöhten Temperaturen aufzulösen, was beim Abkühlen zu einer festen Masse führt, Dies ist ein anomaler Vorgang insofern, als die ^enge von 32,6 °J> Furfural in Pech zu einem melasseartigen, viskosen Gemisch führt). Es ist aus den Ergebnissen ferner zu ersehen, daß die Dichte der erfindungsgemäß hergestellten rohen Ziegel ebenso hoch war wie diejenige Dichte, die man bei Verwendung des Monomers als alleiniges Verdünnungsmittel 'erhielt. Es ist besonders signifikant, daß der Gewichtsverlust nach dem Tempern im Falle des erfindungsgemäßen Zügels erheblich geringer war. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß der Gewichtsverlust der Ziegel, bei denen Furfural oder Cyclohexanon als Verdünnungsmittel für das Pech verwendet wurde, oberhalb 63 #, bezogen auf das Verdünnungs-

j mittel, betrug, während der Gewichtsverlust nach dem Tempern bei dem erfindungsgemäß hergestellten Ziegel nur etwa ein Drittel des Gewichts des Verdünnungsmittels ausmachte. Es ist außerdem besonders signifikant, daß die Biegefestigkeit in

ι kg/om des erfindungsgemäß hergestellten, nachgehärteten Ziegels

■ wesentlich liöher lag als diejenige, die bei nachgehärteten Ziegeln erhalten wurde, welche unter Verwendung von Furfural oder Cyclohexanon als alleiniges Verdünnungsmittel hergestellt worden

waren. ^: . '■ ί' . ■ ■ ■'■"''

Beispiel 2;

■ Dieses Beispiel erläutert ein weiteres Verfahren, für das die Erfindung geeignet ist. Durch Vermischen von Bestandteilen in den folgenden Mengenanteilen wurde ein Vor-Gemisch zubereitet: j^bstichöffnungspech, 67,4 Teile; Furfural, 21,? Teile; üyclo-. ^exanon, 10,9 Teile. Das Gemisch wurde auf 100 ⁰C erhitzt, um

- ίο -

das Pech in dem Gemisch zu dispergieren. In einem Pfleiderer-Kneter wurden die folgenden Bestandteile vermischt: Periklas, 2000 Teile; Vor-Gernisch, 120 'Teile; 50#ige Natriumhydroxidlösung in Wasser, 1,56 Teile. Die Bestandteile wurden etwa 1 Stunde lang vermischt, und das erhaltene Gemisch wurde bei

ρ Raumtemperatur unter einem Druck von etwa 703 kg/cm geformt.

Teile der Masse härteten bei Raumtemperatur, jedoch wurde es bevorzugt, die geformten Körper bei Temperaturen nachzuhärten, ^ die von Raumtemperatur während eines Zeitraumes von 12 Stunden allmählich auf 250 °G anstiegen. Das Bindemittel ergab Koksausbeuten von 50 - 60 % und eine Koksfestigkeit von 140,6 kg/cm

Beispiel 3

Dieses Beispiel soll die Tatsache erläutern, daß selbst mit einem Natriumhydroxid-Katalysator überraschend hohe Kohlenstoffmengen bei dem stark verdünnten Pech-Bindemittel erhalten werden (ein verdünntes, hochschmelzendes Pech ergibt eine ebenso hohe Kohlenstoffausbeute wie ein niedrigschmelzendes Pech). Darüber hinaus wird erläutert, daß bei Verwendung einer Kombination aus starker und schwacher Base als Katalysator erstaunlich hohe Kohlenstoffausbeuten erhalten werden (ein verdünntes, hochschmelzendes Pech-Bindemittel ergibt eine ebenso hohe Kohlenstoffausbeute wie das unverdünnte, hochschmelzende Pech).

Für dieses Beispiel wurden zwei Reihen von Versuchen durchgeführt; für die eine Versuchsreihe wurde 1 % Natriumhydroxid (bezogen auf das Gewicht des Verdünnungsmittels), für die andere Versuchsreihe ein Gemisch aus 1 % Natriumhydroxid und 23_tO % Calciumoxid (bezogen auf das Gewicht des Verdünnungsmittels) als Katalysator verwendet. Das Natriumhydroxid wurde mittels einer Kohlenstoff-Trap;ermasse, die aus gleichen Gewichtsmengen an Kohlenstoffpulver und einer wäßrigen liatriumhydroxidlösung (50:50 IiaOIi:H C) zubereitet worden war, in das Biiiuemittel ein-cefuhrfc.

'.-;.;, ν 109803/2122

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Versuchs-Bindemittel wurden wie in Beispiel 1 Hergestellt, und Verdünnungsmittel "A", "B" und ¹¹G" würden-wie-in Beispiel 1 verwendet. Zusatzlich wurden zwei Bindemittel aus .lioanschmelzendem Pech ¹DZ-W. niedrigschmelzendem Pech, zu denen Katalysator hinzugegeben wurde, zu Kontrollzwecken untersucht. Der Gewichtsverlust wurde an den "reinen" Proben nach dem Hempera von abgewogenen Proben während 8 Stunden bei 100 ⁰G, 2 Stunden allmählich ansteigend auf 140 °0 und 2 Stunden ansteigend auf 250 ⁰C ermittelt, und der prozentuale Gewichtsverlust, bezogen auf das ursprüngliche Gewicht des grünen Bindemittels, nach dem i'empern wurde bereehnet; das Ergebnis ist in Tabelle II angegeben. Weitere .-'!Teile des Bindemittels wurden wie oben getempert bzw. nachgehärtet und den Verkokungsbedingungen gemäß ASTW D-189-62 (Oondradson Garbon) unterworfen; das nach dem Verkoken verbliebene Gewicht wurde bestimmt und als ρ des ursprünglichen (rrünen) Bindemittelgewichtes ausgedrückt· Es ist festzustellen, daß die gleichen Mengen an Katalysator in den nicht verdünnten Kontrollen (bezogen auf das Bindemittelgewicht) und in den ein Verdünnungsmittel enthaltenden Bindemitteln verwendet wurden.

Pech im
Bindemittel

tabelle II

GOKRADSOIT GAäBOH-TESI

/ά Gew.—Verlust ρ zurückbehaltenes Verdünnungs- nach dem -!Tempern Gewicht

rnirtel im ^: ~~" ^{: : :} ———-

Bindemittel ^¹¹ Kataly- NaOH Kataly-

KaOH

Kataly- sator-

sator gemisch

NaOH

Kataly- sator-

sator gemisch

hochschmelzend °

hochschmelzend ⁰

liochs chmelz end (1^-160⁰O) hoclischmelzoiid (1^9-16O⁰G) nieclrif.-schmelzend (W^bG>

ohne ^ohllG

15,46 4,49 57,1

25,Oj 21,68 55,08

24,03 24,4 53,15

0,00 0,0 oy,8

υ,59 Ί,^ο 57',ο

109808/2122 *,

57,1

51,7

BAD ORfQWAL

⁺Anwendung von "A" gemäß der Erfindung; "B" und "C" zu Vergleichszwecken; Versuche ohne Bindemittel als Kontrollen.

Aus den obigen Werten ist klar ersichtlich, daß die Kohlenstoffausbeuten bei dem erfindungsgemäßen Bindemittel (vergleiche den Versuch mit Verdünnungsmittel "A") höher als diejenigen sind, die man durch Verwendung von Pech und nicht kombinierten Verdünnungsbestandteilen (vergleiche Versuche mit "B" und "C") erzielt, und zwar unabhängig davon, ob man Natriumhydroxid oder das Gemisch aus Ätznatron und Kalk als Katalysator verwendet. Es ist klar, daß die Ausführungsform mit ätznatron die gleiche Kohlenstoffausbeute wie das niedrigschmelzende Pech ohne Verdünnungsmittel ergibt, und daß bei dem gemischten Katalysator die Kohlenstoffausbeute des verdünnten .oindemittels ^einäß der Erfindung derjenigen vergleichbar ist, die mit dem festen, unverdünnten, hochschmelzenden Pech erhalten wird (65,55 & gegenüber 65,4 ',&) .

Beispiel 4

Dieses Beispiel erläutert die Verwendung des erfiiidungsgemäßen Bindemittels für ein Gemisch zum Einstampfen.

Ein Gemisch wurde folgendermaßen hergestellt:

Anthracit-A'ögregat, 1600 Teile; Geblüseofenpech, 160 Teile (10 /o des Aggregates); Gemisch aus 2 hol furfural und 1 hol Cyclohexanon, 76 Teile (32,6 ^c,o, bezogen auf das reine bindemittel, d.h. Pech + Verdünnungsmittel); 5,9 Teile Natriumhydroxid (in einem Gemisch, das aus gleichen Gewichtsanteilen K.ohlepulver und 50:50 wäßrigem i-iatriumhydroxid hergestellt worden war): und ⁽>'jÖ Teile Calciumhydroxid. Diese Desvandteile wurden von iiand verni:: cht und dann eine halbe stunde lang in einem Labortuischer vom Bandmischer-Typ mit ineinandergreifenden hessern vermischt.

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Das erhaltene Gemisch besaß eine Verarbeitungs-Lebensdauer von \ ' etwa einer halben Stunde und wurde unter Verwendung eines elek- · trischen Hammers in eine Hohlform von 10,16 χ 10,16 χ 9,525 cm festgestampft. Die Dichte des erhaltenen, festgestampftenMaterials ergab sich zu 1,57· Die "grüne" Härte betrug 30 (Shore-D), und nach dem Stehen über Nacht bei Raumtemperatur wurde eine Dichte von65 (Shore-D) ermittelt.

Das erfindungsgemäße Bindemittel ist als Bindemittel für Ge- ä mische zum Einstampfen auf Kohlenstoffgrundlage hervorragend geeignet, und es ist brauchbar zum Erzeugen von geformten Kohlenstoffgegenständen wie Aluminium-Anoden und Kathodenblöcken sowie zum Verbinden von Kohlenstoff-Kathodenblöcken in Aluminiumzellen. Diese Gemische härten bei Raumtemperatur von selbst aus, und sie können auch in Verbindung mit Schnellbrennverfahren angewendet werden. Darüber hinaus ergibt die Kombination des speziellen, erfindungsgemäßen Verdünnungsmittels mit dem aus schwachen und starken Basen zusammengesetzten Katalysator eine ebenso hohe Kohlenstoffausbeute wie ; diejenige, die man bei der thermischen Zersetzung von hoch- ^! schmelzendem Pech allein erhält, wie aus Beispiel 3 hervorgeht.

-Während erfindungsgemäß die Verwendung von Pecharten mit hohem . * ... . .
Erweichungspunkt für solche Ausführungsformen bevorzugt wird, bei denen hohe Kohlenstoffrückstände entwickelt werden sollen, ist es: kein kritischer oder wesentlicher Faktor, daß die Erfindung auf die Erzielung solcher hohen Kohlenstoffrückstände begrenzt wird. Bindemittel gemäß der Erfindung, die beispielsweise mit Pecharten mit relativ niedrigen Erweichungspunkten (z.B. unterhalb 100 ⁰C) hergestellt worden sind, sind in hohem...-.·.. Maße brauchbar zum Binden von Gemischen aus Sand und Kies als Oberflächenüberzugsmassen, z.B. als Deckschicht oder Überzug für Flugzeugstart- und Landebahnen, wo Lösungsmittelbeständigkalt außerordentlich wichtig ist. In solchen Deckschichten ist ein außerordentlich weiter Bereich an monomeren Dispergiermittel zulässig, z.B. bin zn 85 ;■'> monomeres Dispergiermittel

1 0 9 H 0 Β / 2 1 2 2 "iÄi C)RIGINAL

bei 15 % Pech. Ein weiteres Gebiet, auf dem die erfindungsgemäßen Bindemittel brauchbar sind, ist ihre Verwendung auf
Straßenoberflächen, z.B. als Deckschicht für Brücken. Auf dem Gebiet der geformten Kohlenstoffgegenstände Jedoch, s.B. für
Aluminium-Kathoden und -Anoden und andere Kohlenstoffgegenstände sowie für alle Anwendungen, bei denen eine hohe Kohlenstoffausbeute wichtig ist, werden vorzugsweise hochschmelzende Pecharten, z.B. Peche mit Schmelzpunkten oberhalb 100 ⁰G, verwendet.

Bindemittel, die bei Raumtemperatur zu härten vermögen, werden gemäß der Erfindung durch Anwendung einer solchen Katalysatormenge hergestellt, daß eine Härtung bei Raumtemperatur erreicht wird. Die spezielle Menge an Katalysator, die eine angemessene Härtung bei Raumtemperatur herbeiführt, läßt sich gemäß der
Erfindung leicht durch Versuche ermitteln, und die bevorzugte Menge in einer speziellen Zusammensetzung hängt von der Menge an Dispergiermittel oder Verdünnungsmittel ab, z.ß. davon, ob diese henge 15 ^c/> oder 85 % beträgt; sie hängt auch von der
latenten oder eigenen Acidität oder Basizität des Streckungsmaterials, z.B. Sand, Kies, feuerfestes Material, Kohlenstoff usw., ab.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß es Steinkohlenteerpech und einmonomeres, polymerisierbares, in der Wärme härtendes Dispergiermittel aufweist, welches i'urfural und Phenol, Cyclohexanon oder aliphatische Methylketone der Formel

.■■-■■- ΟΚ-,-00-ix, '*

worin H eine aliphatische Gruppe mit 2 oder mehr kohlenstoffatomen ist, oder Gemische derselben enthält. .

2. Bindemittel nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß die aliphatische Gruppe 2 bis 4 Kohlenstoffatome einschließlich aufweist.

3. Bindemittel nach Anspruch-i oder 2, dadurch gekennzeichnet,

' daß das -Steinkohlenteerpech einen Erweichungspunkt oberhalb 100 °G besitzt und den hinsichtlieh der Menge den Hauptbestandteil ausmacht· . M

'.■■'■"■■■· · ; : i

4. Bindemittel nach Anspruch 1_t 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Katalysator enthält, der eine starke . Saure, ein Alkalihydroxid, ein Erdalkalihydroxid, ein Amin oder ein GcEiisch derselben sein kann.

5. Bindemittel nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, dafj der Katalysator Alkalihydroxid in Wasser ist. ' *

6. Bindemittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator ein 'aemisch aus 0,5 bis 2 Ja einer starken Base und 10 bis >0 j6 einer schwachen Base, bezogen auf das Gewicht acr Li.Tpei-gierniictels, ist. , ■

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7. Bindemittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die starke Base ein Alkalihydroxid und die schwache Base ein
Erdalkalihydroxid ist.

8. Bindemittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 30 bis 80 % des Dispergiermittels
Furfural sind und der Rest Cyclohexanon ist.

9. Gemisch auf der Grundlage eines feuerfesten Materials, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Hauptmenge einer feuerfesten Grundmasse und eine kleinere Menge eines Bindemittels gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

10. Kohlenstoffhaltiges Gemisch, das zur Herstellung von geformten Kohlenstoffgegenständen geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß es eine größere Menge an kleinteiligem Kohlenstoff und eine kleinere Menge eines Bindemittels gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.

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