DE2128845A1 - Process for the production of SiIi kat items - Google Patents

Process for the production of SiIi kat items

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DE2128845A1
DE2128845A1 DE19712128845 DE2128845A DE2128845A1 DE 2128845 A1 DE2128845 A1 DE 2128845A1 DE 19712128845 DE19712128845 DE 19712128845 DE 2128845 A DE2128845 A DE 2128845A DE 2128845 A1 DE2128845 A1 DE 2128845A1
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solutions
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DE19712128845
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Helmuth Ernst Painted Post Stookey Stanley Donald Corning N Y Meissner (V St A)
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Corning Glass Works
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Corning Glass Works
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Description

ALEXANDER R. HERZFELD * l^^Lt £ W ALEXANDER R. HERZFELD * l ^^ Lt £ W

RECHTSANWALT BEI DEM LANDGERICHT FRAN KFURTAM MAINLAWYER AT THE LAND COURT FRAN KFURTAM MAIN

eingegeben am iLJLJZ. 2128845entered on iLJLJZ. 2128845

Zusatz zu Patentanmeldung P 21 28 980.5Addition to patent application P 21 28 980.5

Anmelderin: Corning Glass Works
Corning, N. T., USA
Applicant: Corning Glass Works
Corning, NT, USA

Verfahren zur Herstellung von SilikatgegenständenProcess for the manufacture of silicate articles

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Silikatgegenständen, insbesondere zur Herstellung selbsttragender, monolithischer, poröser Silikatgegenstände oder auch fester Glaskörper.The invention relates to a method for producing Silicate objects, in particular for the production of self-supporting, monolithic, porous silicate objects or also solid glass body.

Das Hauptpatent (Patentanmeldung P 21 28 980.5) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung der genannten Gegenstände, in dem echte Lösungen und/oder Kolloidlösungen und/oder Suspensionen mit pH 10 - 15 und 1-12 Mol SiOp/l Lösung aus den Silikatlösungen von Alkalimetallsilikaten, organischen Ammoniumsilikaten, Kolloidsilikaten oder Mischungen derselbenThe main patent (patent application P 21 28 980.5) describes a process for the production of said objects in which real solutions and / or colloid solutions and / or suspensions with pH 10-15 and 1-12 mol SiOp / l solution from the Silicate solutions of alkali metal silicates, organic ammonium silicates, colloidal silicates or mixtures thereof

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bereitet und mit Formaldehyd, Paraformaldehyd, Glyoxal, Formamid oder Mischungen derselben bei einer Temperaturprepared and with formaldehyde, paraformaldehyde, glyoxal, Formamide or mixtures thereof at one temperature

zwischen dem Gefrier- und Siedepunkt der Lösung solange umgesetzt werden, dass der pH-Wert unter 10 fällt und das SiO« zum Gel polymerisiert.between the freezing and boiling point of the solution so long that the pH falls below 10 and that SiO «polymerized to form a gel.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, dass die organischen Geliermittel des Hauptpatents ganz oder teilweise durch organische Ester oder anorganische Salze ersetzt werden können. Diese Ester oder Salze können also an Stelle der organischen Geliermittel Formaldehyd, Paraformaldehyd, Glyoxal oder Formamid treten, oder auch zusammen mit diesem verwendet werden.The present invention is based on the surprising finding that the organic gelling agents of the main patent are wholly or partially by organic esters or inorganic Salts can be substituted. These esters or salts can therefore instead of the organic gelling agents formaldehyde, paraformaldehyde, Glyoxal or formamide occur, or can also be used together with this.

Ausgehend von dieser überraschenden Feststellung sieht der Erfindungsvorschlag vor, dass das Formaldehyd, Paraformaldehyd, Glyoxal oder Formamid ganz oder teilweise ersetzt wird durch einen Ester mit höchstens 5 "und vorzugsweise höchstens 4 Kohlenstoffatomen, wie Methylformiat, Äthylf ormiat, Methylazetat oder Äthylazetat oder Mischungen derselben oder durch ein anorganisches Salz, wie ein Karbonat und/oder Hydroxid und/oder Borat und/oder Phosphat eines Kations mit einer Wertigkeit von wenigstens 2, und dass das Gel an der Luft au einem selbsttragenden, monolithischen, porösen Gegenstand getrocknet, oder bei einer nahe dem Erweichungspunkt der jewei-Based on this surprising finding, the inventive proposal provides that the formaldehyde, paraformaldehyde, Glyoxal or formamide is wholly or partially replaced by an ester with at most 5 "and preferably at most 4 carbon atoms, such as methyl formate, ethyl formate, methyl acetate or ethyl acetate or mixtures thereof or by an inorganic salt such as a carbonate and / or hydroxide and / or borate and / or phosphate of a cation with a Valence of at least 2, and that the gel is air dried on a self-supporting, monolithic, porous object, or if the softening point of the respective

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ligen Zusammensetzung liegenden Temperatur solange gebrannt wird, "bis es zu einem festen Silikatglaskörper konsolidiert ist.igen composition lying temperature as long as fired until it is consolidated into a solid silicate glass body.

Hinsichtlich weiterer günstiger, die Erfindung ausgestaltenden Merkmale sei auf die x^eitere Beschreibung und die Unteransprüche verwiesen.With regard to other more favorable, the invention Features refer to the further description and the subclaims referenced.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, dass bestimmte organische Ester und anorganische Salze den Geliermitteln des Hauptpatents ganz oder teilweise substituiert werden können.The invention is based on the surprising finding that certain organic esters and inorganic salts completely or partially substitute the gelling agents of the main patent can be.

Die in den löslichen Silikaten gelösten Ester bilden durch Hydrolyse eine organische Säure und einen Alkohol und senken damit den pH-Wert auf eine die Polymerisation der Kieselsäure gestattende Höhe, meist etwa 8-10. Der Ester muss zu diesem Zweck in den Silikatlösungen lösbar und hydrolisierbar sein, und muss in einer Mindestmenge von etwa 2 Vol.% vorliegen. Am besten geeignet sind Ester mit bis zu A- Kohlenstoffatomen, eventuell auch bis Jr Kohlenstoffatomen. Bevorzugt werden Methyl- oder Äthylazetat oder -formiat die bei der Hydrolyse Methanol , Äthanol, Essigsäure oder Ameisensäure bilden. Empirisch wurde ein brauchbarer quantitativer Bereich von etwa 2-20 Vol.% Ester in der Lösung ermittelt.The esters dissolved in the soluble silicates form an organic acid and an alcohol through hydrolysis and lower thus the pH value to a level that allows the polymerisation of the silica, usually about 8-10. The ester has to For this purpose, it must be soluble and hydrolyzable in the silicate solutions, and must be in a minimum amount of about 2% by volume are present. The most suitable are esters with up to A carbon atoms, possibly also up to 1r carbon atoms. Methyl or ethyl acetate or formate are preferred form methanol, ethanol, acetic acid or formic acid during hydrolysis. Empirically, a useful quantitative one Range of about 2-20% by volume of ester determined in the solution.

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Bei mehr als 20% neigt das Gel znm Zerfall» weil die Umsetzungsprodukte aus-kristallisieren, während weniger als 2?/o Ester nicht zur Gelierimg ausreichen. In der Praxis werden etwa 3-10 ¥ol.% Ester, "bei einem Optimum von.4·%, bevorzugt. Die angegebenen Estermengen werden homogen gelöst und gleichmässig umgesetzt, so dass ein Gel mit einem polymerisiert en Gitter entsteht.At more than 20% the gel tends to disintegrate because the reaction products crystallize out, while less than 2 % of the ester is insufficient for gelation. In practice, about 3-10 ¥ ol.% Ester, "with an optimum of 4%, is preferred. The specified amounts of ester are dissolved homogeneously and reacted evenly, so that a gel with a polymerized lattice is formed.

Der wirksame Umsetzungstemperaturbereich liegt zwischen dem Gefrier- und Siedepunkt der Lösungen, wobei bei erhöhtem Druck auch noch höhere Temperaturen in Frage kommen. Meist wird man mit Normaldruck und 4-0 - 100° bei einer Behandlungsdauer von etwa 5 Sek. - 24- Std. auskommen. Umsetzungszeiten bis zu 720 Std. wurden erfolgreich erprobt, brachten aber keine weitere Verbesserung des Endprodukts.The effective reaction temperature range is between the freezing and boiling points of the solutions, with an increased Pressure even higher temperatures come into question. Usually normal pressure and 4-0-100 ° C with a treatment duration of about 5 seconds - 24 hours will be sufficient. Implementation times up to 720 hours were successfully tested, but did not bring any further improvement to the end product.

Der Umsetzungsablauf kann als Phasentrennung betrachtet werden, wobei der Ester einen Teil des Alkalioxid- und/oder Ammoniumions neutralisiert und die Lösung schwacher basisch wird, so dass die Kieselsäure polymerisierbar wirdo Unterstützt wird die Polymerisation noch durch die gleichzeitig erfolgende Ersetzung von Hydratationswasser der Kieselsäure durch undissoziierten Ester und bei der Esterverseifung freiwerdenden Alkohol. Das Umsetzungsprodnkt besteht aus einem festphasigen Körper mit porösem Kieselsäuregitter, der nach WaschenThe reaction process can be viewed as a phase separation, whereby the ester neutralizes part of the alkali oxide and / or ammonium ion and the solution becomes weaker basic, so that the silica becomes polymerizable o The polymerization is supported by the simultaneous replacement of the water of hydration of the silica with undissociated esters and alcohol released during ester saponification. The implementation product consists of a solid-phase body with a porous silica lattice, which after washing

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mit V/asser oder einem geeigneten Löser bereits als solcher für zahlreiche Verwendungszwecke einsatzfähig ist. Er kann aber durch zwei verschiedene Nachbehandlungen auch noch wesentlich verändert werden.with V / ater or a suitable solver already as such can be used for numerous purposes. However, it can also be essential through two different follow-up treatments to be changed.

Durch die eine Art der Nachbehandlung entsteht durch Auslaugen oder Trocknen an der Luft und/oder Brennen zwecks Austreibung flüchtiger Bestandteile ein im wesentlichen gleichmäsnip· poröser Gegenstand. Die Auslaugung; erfolgt mit geeigneten Lösern wie Wasser, Alkohol, Ketonen, oder Säuren, welche die löslichen Phasen, insbesondere das Geliermittel und die Alkalioxid- und/oder Ammoniumionen herauslösen, so dass ein im wesentlichen nur aus Kieselsäure bestehender Körper zurückbleibt. Statt der Auslaugung kann der Körper auch bei ausreichend hoher aber unter dem Verformungspunkt (und ein Ausfüllen der Poren durch Zusammensacken vermeidender) liegender Temperatur zwecks Austreibung der flüchtigen Bestandteile wie organischer Stoffe und Ammoniak gebrannt werden. In beiden Fallen erhält man einen selbsttragenden, monolithischen Körper mit einer zur Handhabung und Verformung ausreichenden Festigkeit. Die Porengrösse ist dabei z, B. von 100 - 20.000 S bei einer Gesamtporösität von etwa 30 - 85% einstellbar. Das ist besonders bedeutsam für die Verwendung als poröses Trägermaterial, als Filter und dergleichen. Falls erforderlich, kann der poröse Körper auch noch so stark ge-One type of post-treatment occurs through leaching or drying in air and / or burning for the purpose of expulsion volatile constituents an essentially uniform nip porous object. The leaching; takes place with suitable solvents such as water, alcohol, ketones, or acids, which Dissolve out the soluble phases, in particular the gelling agent and the alkali oxide and / or ammonium ions, so that what remains is a body consisting essentially only of silica. Instead of leaching, the body can also do sufficiently higher but below the deformation point (and avoids filling the pores by sagging) Temperature to expel volatile components such as organic matter and ammonia. In both cases, a self-supporting, monolithic body is obtained with one that is sufficient for handling and deformation Strength. The pore size is, for example, from 100 - 20,000 S with a total porosity of about 30 - 85% adjustable. This is particularly important for use as a porous carrier material, as a filter and the like. If required, however strong the porous body

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brannt oder gesintert werden, dass die Poren geschlossen . werden und ein dichtes Silikatglas entsteht.burns or sintered that the pores closed. and a dense silicate glass is created.

Bei einer zweiten Art der Nachbehandlung wird der umgesetzte Körper zur Austreibung flüchtiger Bestandteile zur Konsolidierung zu einem festen Glaskörper mit einer dem Ausgangskörper entsprechenden geometrischen Gestalt günstigerweise in einem Arbeitsgang gebrannt. Während organische Stoffe und Ammoniak ausgetrieben werden, verbleibt Alkalimetalloxid und wirkt als Flussmittel, das die zur Konsolidierung erforderliche Temperatur herabsetzt. Die letztere liegt meist in der Nähe der Erweichungstemperatur (Temperatur bei der die Viskosität ίο'*6 Poise beträgt), etwa 500 - I5OO0. Die Aufheizgeschwindigkeit wird nur durch die zu vermeidende Blasen- und Rissebildung sowie etwaige Deformation des Körpers begrenzt. Eine die Deformation verhindernde Abstützung kann hierbei wertvoll sein.In a second type of post-treatment, the converted body is advantageously fired in one operation to expel volatile constituents for consolidation to form a solid glass body with a geometric shape corresponding to the initial body. While organics and ammonia are driven off, alkali metal oxide remains and acts as a flux that lowers the temperature required for consolidation. The latter is usually close to the softening temperature (temperature at which the viscosity is ίο '* 6 poise), around 500 - 1500 0 . The heating rate is only limited by the formation of bubbles and cracks, which must be avoided, as well as any deformation of the body. A support that prevents deformation can be valuable here.

Zur Bereitung der echten Lösungen, Eolloidlösungen oder Suspensionen wurden anorganische Salze, Methyl- oder Äthylformiat oder -azetat von Reagenzqualität verwendet« Die Zusammensetzung der vom Handel bezogenen Silikate war die folgende ι To prepare the real solutions or suspensions were Eolloidlösungen inorganic salts, methyl or ethyl formate or reagent grade's acetate used "The composition of the related trade of silicates was the following ι

Kolloidsilikat - 30% SiO2, Rest Wasser, Kaliumsilikat - 8,3% KgO, 20,8% SiO2, Rest Wasser,Colloidal silicate - 30% SiO 2 , remainder water, potassium silicate - 8.3% KgO, 20.8% SiO 2 , remainder water,

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quaternäres Ammoniumsilikät - 9>8% quaternäres Ammoniumion,quaternary ammonium silicate - 9> 8% quaternary ammonium ion,

4-5% SiO2, Rest Wasser,4-5% SiO 2 , remainder water,

Natriumsilikat - 6,75% Na2O, 25,3% SiO2, Rest Wasser, Lithiumpolysilikat - 2,1% Li2O, 20% SiO2, Rest Wasser.Sodium silicate - 6.75% Na 2 O, 25.3% SiO 2 , remainder water, lithium polysilicate - 2.1% Li 2 O, 20% SiO 2 , remainder water.

Eine gleichmässige Gelierung war mit Kalium- oder Natriumsilikat lösungen allein nicht .erzielbar, sondern nur in Mischung mit Kolloidkieselsäure- und/oder quaternären Ammoniumsilikatlösungen. Even gelation could not be achieved with potassium or sodium silicate solutions alone, but only in a mixture with colloidal silica and / or quaternary ammonium silicate solutions.

Die an Stelle der Ester oder zusammen mit diesen als Geliermittel verwendbaren anorganischen S^lze senken bei der Hydrolyse überraschenderweise ebenfalls den pH-Wert soweit, dass die Kieselsäure polymerisiert wird. Gemeinsam ist diesen Salzen die Darstellung durch Ausfällung aus wässerigen Lösungen mit einem pH-Wert grosser als 5 und Kationen einer Wertigkeit von wenigstens 2. Sie sind in leicht sauren, neutralen oder alkalischen wässerigen Medien unlöslich. Salze deren Kationen keine anionischen Hydroxokomplexe bilden, sind auch im stark alkalischen wässerigen Medium unlösbar. Alle Salze können aber in Mineralsäuren gelöst werden.The inorganic salts which can be used instead of the esters or together with them as gelling agents lower during hydrolysis Surprisingly, too, the pH to such an extent that the silica is polymerized. These are common Salts the representation by precipitation from aqueous solutions with a pH value greater than 5 and cations one Valence of at least 2. They are insoluble in slightly acidic, neutral or alkaline aqueous media. Salts the cations of which do not form any anionic hydroxo complexes are also insoluble in a strongly alkaline aqueous medium. However, all salts can be dissolved in mineral acids.

Brauchbar sind z. B. Karbonate, Hydroxide, Borate und Phosphate von Kationen einer Wertigkeit von mindestens 2. Ihrer geringen Löslichkeit halber sind all diese Salze mit Alkali-Can be used e.g. B. carbonates, hydroxides, borates and phosphates of cations with a valence of at least 2 of their For the sake of low solubility, all these salts are

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Silikaten, quaternärem Ammoniumsilikat, oder Kolloidkieselsäurelösungen für "begrenzte Zeit verträglich.Silicates, quaternary ammonium silicate, or colloidal silica solutions tolerated for "a limited time.

Nicht erforderlich ist die Einhaltung stöchiometrischer Mengen. Die Variationsbreite ist daher sehr gross. Andererseits kann die Umsetzung aus diesem Grunde auch nicht durch genaue chemische Gleichungen erklärt werden. Eine Erklärungshypothese wurde aber auf Grund folgender Laborversuche mit dem relativ ) wasserunlöslichen Salz 4- MgCO_»Mg(OH)p3cHpO erarbeitet. Gemäss seinem Löslichkeitsprodukt wird eine gewisse Menge basisches Magnesiumkarbonat in wässerigem Medium zum Gleichgewichtszustand dissoziiert:It is not necessary to adhere to stoichiometric amounts. The range of variation is therefore very large. on the other hand For this reason, the conversion cannot be explained by exact chemical equations. An explanatory hypothesis but was developed on the basis of the following laboratory tests with the relatively) water-insoluble salt 4- MgCO_ »Mg (OH) p3cHpO. According to A certain amount of basic magnesium carbonate becomes its solubility product in an aqueous medium to a state of equilibrium dissociated:

4MgOO5 "Mg(OH)2XH2O <—» ^Mg+2 -4- 4CO, + 20H" + 3H3O. Die Hydrolyse ergibt einen pH-Wert von etwa 10,5·4MgOO 5 "Mg (OH) 2 XH 2 O <-» ^ Mg +2 -4- 4CO, + 20H "+ 3H 3 O. The hydrolysis results in a pH value of about 10.5 ·

Dieses Gleichgewicht wird durch ein Alkalisilikat oder eine alkalische Kolloidkieselsäurelösung gestört und die Kieselsäure wird aus einem oder mehreren der folgenden Gründe polymerisiert; This equilibrium is disturbed by an alkali silicate or an alkaline colloidal silica solution and the silica is polymerized for one or more of the following reasons;

1. Da der pH-Wert der alkalischen Silikatlösungen grosser als 10 ist, verursacht die Hydrolyse des anorganischen Salzes eine teilweise Neutralisierung des Alkali- oder Amnoniumions.1. Since the pH value of the alkaline silicate solutions is greater than 10, the hydrolysis of the inorganic salt causes partial neutralization of the alkali or ammonium ion.

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2. Die in Lösung befindlichen Magnesiumionen ersetzen teilweise die die Silikationen oder Kolloidkieselsäurepartikel umgebenden Alkali- oder Ammoniumionen; da die Magnesiumionen zweiwertig sind, wird die negative Ladung der Kolloidkieselsäure neutralisiert und dan Kolloid wird unstabil. 2. The magnesium ions in solution partially replace the alkali metal or ammonium ions surrounding the silicate ions or colloidal silica particles; Since the magnesium ions are divalent, the negative charge of the colloidal silica is neutralized and the colloid becomes unstable.

5. Dissoziierte Magnesiumionen erfordern eine bestimmte Menge Wasser zur Hydratation; dies kann die Polymerisation durch einen Aussalzungseffekt in Gang setzen, der mit steigender Kieselsaurekonzentration immer bedeutender wird.5. Dissociated magnesium ions require a certain amount Water for hydration; this can cause the polymerization set in motion a salting-out effect, which increases with increasing Silica concentration is becoming more and more important.

Eine Reihe von Messungen des pH-Werts als Funktion des Zeitraums vom ersten Zusatz von 4MgO(U «Mg(OH)pxH,/) bis zum Einsetzen der Gelierung haben gezeigt, dass die Neutralisierung der Alkalisilikatlösung nicht allein für die Polymerisation entscheidend ist. So wurde ein das Freiwerden von 0H~Ionen anzeigender Anstieg des pH-Werts beobachtet, der wahrscheinlich auf der Ersetzung von die Silikationen unmittelbar umgebenden Alkaliionen durch Ma^iesiumionen und der beginnenden Polymerisation beruht. Der spätere Abfall des pH-Werts kann der durch die Hydrolyse des Salzes bewirkten Neutralisierungswirkunn; zugeschrieben werden.A series of measurements of pH as a function of time from the first addition of 4MgO (U «Mg (OH) pxH, /) to the onset of gelation have shown that the neutralization of the alkali silicate solution is not solely for the polymerization is crucial. An increase in the pH value indicating the release of OH ions was observed, which probably on the replacement of the alkali ions immediately surrounding the silicate ions by magnesium ions and the beginning Polymerization is based. The subsequent drop in pH can reduce the neutralization effect brought about by the hydrolysis of the salt; can be attributed.

Es wird angenommen, dass dan Fieselsäuregitter in zwei Stufen entsteht. Zunächst entstehen kolloide Kieselsäurepartikel,It is believed that then the silicic acid grid in two stages arises. First of all, colloidal silica particles are formed,

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die von einer inneren Schicht Hydroxyl ionen ixnd einer gestreuteren äusseren Schicht Alkaliionen umgeben x^erden, so dass das Kolloid eine negative Gesamtladung "besitzt und das Sol stabilisiert wird. Bei teilweiser Ersetzung der Alkaliionen durch Magnesiumionen wird aber die negative Gesamtladung des Kolloids abgeschwächt, da einmal Magnesiumionen kleiner als Alkaliionen sind, in der Aussenschicht also zahlreichere Mg+ Ionen Platz finden, und zum anderen die Magnesiumionen doppelt positiv geladen sind. Durch die Neutralisierung der negativen Ladung des Kolloids wird die Kieselsäure unstabil. Erfolgte diese Neutralisierung plötzlich, z. B. durch Zugabe von Wasserstoffionen in Form einer leicht löslichen Säure oder eines sauren Salzes, so würde die Kieselsäure zu einem Gel koagulieren, in dem die verschiedenen Partikel nur lose durch einige wenige Si-O-Si Brücken verbunden sind. Im Gegensatz hierzu geht ein schwer lösliches Salz wie 4MgOO,»Mg(OH)ρ so langsam in Lösung, dass die Kieselsäure recht gleichmässig pqlymerigi^rli· Die Kolloidteil-} chen können koaleszieren und ergeben ein' gleichmässig polymerisiertea Kiegelsäuregitter, in das Alkali- und Magnesiumionen in regelmässiger Anordnung eingebaut sind.which are surrounded by an inner layer of hydroxyl ions and a more scattered outer layer of alkali ions, so that the colloid has an overall negative charge and the sol is stabilized on the one hand magnesium ions are smaller than alkali ions, so there is room for more Mg + ions in the outer layer, and on the other hand the magnesium ions are doubly positively charged. By neutralizing the negative charge of the colloid, the silica becomes unstable. If this neutralization occurred suddenly, e.g. By adding hydrogen ions in the form of a readily soluble acid or an acidic salt, the silica would coagulate to form a gel in which the various particles are only loosely connected by a few Si-O-Si bridges Salt like 4MgOO, »Mg (OH) ρ so slowly in solution that the pebbles Acid quite uniformly polymerized. The colloid particles can coalesce and result in a uniformly polymerized silica lattice in which alkali and magnesium ions are built in a regular arrangement.

Die gleichmässige und vollständige Auflösung der 4MgCO3.Mg(0H)2-Kristalle in einer Alkalisilikatlösung wurde durch Röntgenstrahlendiffraktionsanalyse des luftgetrockne-The uniform and complete dissolution of the 4MgCO 3 .Mg (0H) 2 crystals in an alkali silicate solution was determined by X-ray diffraction analysis of the air-dried

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ten Gels nachgewiesen. Das Gel war nichtkristallin, die Alkalisilikatlösung war also zu einem homogenen Alkali-Magensium-Kieselsäure Polymer umgesetzt.ten gels detected. The gel was non-crystalline, the alkali silicate solution was thus a homogeneous alkali-magnesium-silica Polymer implemented.

Somit ergibt die Umsetzung von 4MgOO,-Mg(OH)g mit Alkalisilikatlösungen überraschenderweise nicht die beim Lufttrocknen von Alkalisilikatlösungen gewöhnlich anfallenden glasigen. Stoffe, sondern kontinuierlich poröse Körper. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die glasigen Stoffe beim Erhitzen auf über 100° schäumen, da das eingeschlossene Wasser dann verdampft.Thus, the reaction of 4MgOO, -Mg (OH) g with alkali silicate solutions results Surprisingly, not the glassy ones usually obtained when alkali silicate solutions are air-dried. Substances, but continuously porous bodies. Another difference is that the glassy substances when heated Foam to over 100 °, as the enclosed water then evaporates.

Beispiel IExample I.

Es wurde eine Kolloidlösung bereitet, indem 50 ecm der erwähnten, im Handel erhältlichen Kaliumsilikatlösung mit 50 ecm der erwähnten, im Handel erhältlichen kolloiden Kieselsäurelösung gemischt und mit 4- ecm Methylazetat Versetzt wurden. Das Sol wurde 1 Min. lang heftig gerührt und dann bis zu einer Höhe von etwa 5 nun in Behälter aus chemisch trägem, plastischem Material gefüllt. Die Behälter wurden verschlossen und die Lösung durch Erhitzen auf 50° während 15 Min. zu einem harten, durchsichtigen Körper verfestigt. Bei weiterem Erhitzen auf 50° für eine Stunde schrumpfte der Körper um etwa 1%. Nach Abkühlen auf Zimmertemperatur wurde der Behälter geöffnet und der Inhalt trocknete an der Luft in etwa 4- Tagen.A colloid solution was prepared by adding 50 ecm of the mentioned, commercially available potassium silicate solution with 50 ecm of the mentioned, commercially available colloidal silica solution mixed and mixed with 4 ecm methyl acetate. The sol was stirred vigorously for 1 minute and then up to a height of about 5 now in containers made of chemically inert, plastic material filled. The containers were closed and the solution was closed by heating to 50 ° for 15 min solidified into a hard, transparent body. With further When heated to 50 ° for an hour, the body shrank about 1%. After cooling to room temperature, the container was opened and the contents allowed to air dry 4 days.

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Die an der Luft getrockneten, selbsttragenden, porösen, plattenähnlichen Körper wurden sodann auf feuerfeste Ziegel gelegt, die zuvor mit gebranntem Al^O, Pulver überzogen worden waren, um bei der Konsolidierung eine gleichmässige Schrumpfung zu ermöglichen. Die Gegenstände wurden mit einer Geschwindigkeit von 5O°/Std. auf 450° erhitzt, auf dieser Temperatur vier Stunden gehalten und dann mit der gleichen Geschwindigkeit weiter auf 6^0° erhitzt. Die Konsolidierung fe der Gegenstände zu einem durchsichtigen Glas erfolgte bei dieser Temperatur in etwa 20 Min. Die Gesamtschrumpfung in einer Dimension vom ursprünglichen nassen Gel zum endgültigen Glasgegenstand betrug etwa 4-0%; die geometrischen Abmessungen blieben jedoch getreu erhalten.The air-dried, self-supporting, porous, plate-like bodies were then placed on refractory bricks laid, which had previously been coated with calcined Al ^ O, powder to allow even shrinkage during consolidation. The items were with a Speed of 50 ° / h heated to 450 ° on this Maintained temperature for four hours and then further heated to 6 ^ 0 ° at the same rate. The consolidation Fe of the objects to a transparent glass took place at this temperature in about 20 minutes. The total shrinkage in one dimension from the original wet gel to the final glass article was about 4-0%; the geometric dimensions however remained true to life.

Beispiel IIExample II

50 ecm der Kaliumsilikat- und 50 ecm der kolloiden Kieselsäurelösungen wurden zu einer Kolloidlösung gemischt und in diese während 1 Min. 20 ecm Methylazetat kräftig eingerührt. Das Sol wurde in einen Plastikbehälter entsprechend Beispiel I geschüttet, der Behälter verschlossen und die Lösung bei 50° während 1 Std. zu einem harten, durchsichtigen Körper gehärtet. Nach Abkühlen auf Zimmertemperatur trocknete der Körper an der Luft in etwa 4 Tagen.50 ecm of the potassium silicate and 50 ecm of the colloidal silica solutions were mixed to form a colloid solution and 20 ecm of methyl acetate were vigorously stirred into this for 1 min. The sol was poured into a plastic container according to Example I, the container was sealed and the solution was added Hardened at 50 ° for 1 hour to a hard, transparent body. After cooling to room temperature, the body air dried in about 4 days.

Das luftgetrocknete Material wurde entsprechend dem Brennfahrplan des Beispiels I zu einem durchsichtigen Glasge^enstnndThe air-dried material was made according to the firing schedule of example I to a transparent glass article

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konsolidiert. Wegen des hohen Methylazetatgehalt3 in dem Ausgangssol schrumpfte der konsolidierte Glasgegenstand im Vergleich zum nassen Gel um mehr als 50% und mehrere Proben zeigten "beim Trocknen und Brennen eine Neigung zur Rissebildung. Ein Esterzusatz von 20 Vol.% erscheint daher für die praktische Verwendung als ein Maximum.consolidated. Because of the high methyl acetate content3 in the The consolidated glass object shrank in the starting sol Compared to the wet gel by more than 50% and several samples showed "a tendency to crack formation during drying and firing. An ester addition of 20% by volume therefore appears for the practical use as a maximum.

Beispiel IIIExample III

Das Beispiel I wurde wiederholt, ,jedoch wurden nur 2 ecm Methylazetat zugesetzt. Die Aushärtung bei 50 während 10 Stunden erzeugte ein nidifc so hartes Gel wie in den vorigen Beispielen. 2 Vol.% des Esterzusatzes erscheint daher als ein praktischer Mindestzusatz. Nach Lufttrocknung wurde der poröse Körper entsprechend dem Beispiel I zu einem Glasgegenstand konsolidiert.Example I was repeated, but only 2 ecm Methyl acetate added. The curing at 50 during 10 Hours produced a gel that was not as hard as in the previous one Examples. 2% by volume of the ester addition therefore appears to be a practical minimum addition. After air drying, the porous body consolidated into a glass object according to Example I.

Beispiel IVExample IV

In 100 ecm eines Kieselsäuresols entsprechend dem Beispiel I wurden 4 ecm Methylformiat gründlich eingemischt. Die Lösung verfestigte in etwa 15 Sek. bei Zimmertemperatur zu einem horten Gel, wobei bereits nach 2-3 Sek. die Viskosität merklich zunahm. Die folgende Behandlung entsprach dem Beispiel I.In 100 ecm of a silica sol according to Example I. 4 ecm of methyl formate were mixed in thoroughly. The solution solidified to one in about 15 seconds at room temperature hoard gel, the viscosity increasing noticeably after 2-3 seconds. The following treatment was the same as the example I.

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Die Verwendung von Methylformiat als Ester fördert die äusserst rasche Gelierung der Kieselsäurelösungen und ist für den technischen Betrieb daher "besonders günstig. Durch Mischungen verschiedener Ester lässt sich die Umsetzungsdauer sehr genau regeln.The use of methyl formate as an ester promotes that extremely rapid gelation of the silica solutions and is therefore particularly favorable for technical operation Mixtures of different esters allow the conversion time to be regulated very precisely.

Beispiel VExample V

Äthylazetat ist zwar grundsätzlich brauchbar, jedoch ist die P Herstellung wegen seiner niedrigen Löslichkeit in wässeriger Lösung und seiner verhältnismässig langsamen Hydrolyse ziemlich langwierig. So wurden 4- ecm Ithylazetat als Emulsion in einer Mischung von 50 ecm der Natriumsilikatlösung und 50 ecm der kolloiden Kieselsäurelösung dispergiert. In geschlossenen Behältern entstanden nach 15 Std. bei 85° harte Gele.Ethyl acetate is basically usable, but the P production is due to its low solubility in water Solution and its comparatively slow hydrolysis take a long time. Thus 4 ecm of ethyl acetate were used as an emulsion in a mixture of 50 ecm of the sodium silicate solution and 50 ecm of the colloidal silica solution dispersed. In closed Containers formed hard gels after 15 hours at 85 °.

Die weitere Behandlung zur Entstehung monolithischer, poröser Körper entspricht dem Beispiel I.The further treatment for the creation of monolithic, porous bodies corresponds to Example I.

Beispiel YIExample YI

Einer Mischung aus 50 ecm der erwähnten, im Handel erhältlichen quaternären Ammoniumsilikatlösung und 50 ecm der erwähnten Kaliumsilikatlösung wurden 4 ecm Ithylformiat ziigesetzt. Die Gelierung zu einem harten Gegenstand erfolgte bei Zimmertemperatur in etwa 2 Minuten. Die weitere Behandlung Ms zur Konsolidierung zu einem Glasgegenstand entsprach dem BeispielA mixture of 50 ecm of the mentioned, commercially available quaternary ammonium silicate solution and 50 ecm of the mentioned Potassium silicate solution was added 4 ecm of ethyl formate. Gelation to a hard object occurred in about 2 minutes at room temperature. The further treatment Ms for Consolidation to a glass object corresponded to the example

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Beispiel VIIExample VII

IJif» im Handel erhältliche kolloide Kieselsäurelösung; ist im ρ.Π gemeinen nicht genügend stark alkalisch, um den zugesetzten Ester in praktisch brauchbaren Zeiten zu hydrolisieren. Immerhin verkürzt ein Zusatz von bis zu etwa 10 Vol.% Ammoniak die Gelierungsdauer des Kieselsäuresole nach dem Esterzusatz. Durch den Ammoniakzusatz härtet das G-el auch viel schneller, was für den technischen Betrieb wichtig ist.IJif »commercially available colloidal silica solution; is in the ρ.Π mean not strong enough alkaline to remove the added To hydrolyze esters in practically useful times. After all, an addition of up to about 10% by volume shortens Ammonia the gelation time of the silica brine after the ester has been added. The addition of ammonia also hardens the G-EL much faster, which is important for technical operation.

10 ecm konzentriertes NILOH mit Reagenzqualität wurden in 100 ecm der kolloiden Kieselsäurelösung eingerührt und die Mischung mit 4- ecm Methylformiat versetzt. Bei Zimmertemperatur setzt in drei Minuten die Gelbildung ein, und das Gel wnr nach 15 Min. gut gehärtet. Nach Behandlung entsprechend dem Beispiel I entstand ein poröser Körper, der zu einem abmessungsgetreuen, wenn auch um 50% geschrumpften Opalglaskörper konsolidiert wurde.10 ecm of concentrated NILOH with reagent quality were in Stir in 100 ecm of the colloidal silica solution and add 4 ecm of methyl formate to the mixture. At room temperature Gel formation begins in three minutes and the gel has hardened well after 15 minutes. After treatment accordingly Example I resulted in a porous body which resulted in an opal glass body true to size, albeit shrunk by 50% was consolidated.

Ein durchsichtiger Glasgegenstand wurde durch Behandlung des umgesetzten Gels mit Salpetersäure zur Entfernung von Alkaliresten und anschliessendem Trocknen an der Luft und Brennen erhalten.A clear glass article was made by treating the reacted gel with nitric acid to remove residual alkali and then air drying and firing.

Beispiel VIIIExample VIII

Die Erfindung ermöglicht auch die Herstellung von Gegenständen, die ein Füllmaterial enthalten. Durch Verwendung vonThe invention also enables the manufacture of articles that contain a filler material. Using

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Füllmitteln wird die mechanische Festigkeit verbessert und es können die elektrischen und thermischen Merkmale beeinflusst" werden· Auch Katalysatoren lassen sich in das Kieselsäuregitter einbauen. Weitere Vorteile der Verwendung von Füllmitteln sind dem Fachmann bekannt.Fillers, the mechanical strength is improved and the electrical and thermal characteristics can be influenced. · Catalysts can also be placed in the silica grid build in. Further advantages of using fillers are known to the person skilled in the art.

Als Beispiel wurden 50 g v°n im Handel erhältlicher Kieselsäure, HgSiO,-nHgO allmählich in eine Lösung von 100 ecm derAs an example of commercially available silica, HgSiO, -nHgO 50 g v n ° ecm gradually into a solution of 100

^ kolloiden Kieselsäure und 10 ecm konzentrierter KH^OH mit Reagenz quäl it ät eingerührt. Nach 4 Std. Rühren wurde der Suspension 4 ecm Methylformiat zugesetzt. In etwa 2 Min. begann die Viskosität anzusteigen. Sobald die Viskosität hoch genug war, um eine Sedimentbildung der suspendierten Kieselsäure zu vermeiden (etwa 5 Min.), wurde die Suspension in plastische Formen gegossen und begann in etwa 15 Min. zu einem harten, weissen Gel auszuhärten. Die Proben wurden auf Zimmertemperatur kühlen gelassen und an der Luft zu einem zusammenhängenden porösen Gegenstand getrocknet, und sodann^ colloidal silica and 10 ecm of concentrated KH ^ OH with The reagent is stirred in. After stirring for 4 hours, the Suspension 4 ecm of methyl formate added. Started in about 2 minutes increase the viscosity. Once the viscosity was high enough to cause sedimentation of the suspended silica To avoid this (about 5 min.), the suspension was poured into plastic molds and began to close in about 15 min a hard, white gel to harden. The samples were allowed to cool to room temperature and in air coherent porous article dried, and then

durch Brennen auf 15OO0 mit 100°/Std. zu einem die Silisiumverbindung enthaltenden Opalglas konsolidiert. Die eindimensionale Schrumpfung betrug etwa 20%, jedoch blieb auch hier die ursprüngliche geometrische Form erhalten.by firing to 1500 0 at 100 ° / hour. consolidated to form an opal glass containing the silicon compound. The one-dimensional shrinkage was around 20%, but here too the original geometric shape was retained.

Die folgenden Beispiele erläutern die Wirksamkeit verschiedener anorganischer Salze zur Polymerisation von Alkalisilikat, The following examples illustrate the effectiveness of various inorganic salts for the polymerization of alkali silicate,

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quaternärem Ammoniumsilikat und kolloiden Kieselsäurelösungen zu einem zusammenhängenden, porösen Körper, der durch ennchliessende Wärmebehandlung zu einem festen Glasgegenstand konsolidiert werden kann. Da die Verfahrensschritte für alle Salze im wesentlichen die gleichen sind, seien diese vorab erörtert.quaternary ammonium silicate and colloidal silica solutions to a coherent, porous body, which by subsequent heat treatment to a solid glass object can be consolidated. As the procedural steps for everyone Salts are essentially the same, these are discussed in advance.

Die anorgarischen Salze sollen in Form feinkörnigen Pulvers verwendet werden, da sonst wegen ihrer schweren Löslichkeit ein vollständig gleichmässiges Umsetzungsprodukt nur schwer zu erreichen ist. Das Pulver wird langsam in die Silikatlösung eingerührt, und zwar ^ nach der jeweiligen Silikatlösung und der Umsetzungsbereitschaft des anorganischen Salzes bei einer zwischen Zimmertemperatur und dem Siedepunkt der Silikatlösung liegenden Temperatur. Ferner wird der Mischvorgang in geschlossenen Behältern vorgenommen, um eine Verdunstung von V/asser und eine Umsetzung mit dem in der Luft vorhandenen COp zu vermeiden· Die Viskosität der Suspension nimmt hierbei zu. Sobald auch ohne Rühren keine Absetzung mehr zu befürchten iet, wird die Mischung in Plastikbehälter oder geeignete Formen gegeben.The inorganic salts should be used in the form of fine-grained powder, since otherwise a completely uniform reaction product is difficult to achieve because of their poor solubility. The powder is slowly stirred into the silicate solution, namely ^ after the respective silicate solution and the readiness of the inorganic salt to react at a temperature lying between room temperature and the boiling point of the silicate solution. In addition, the mixing process is carried out in closed containers in order to avoid evaporation of water and a reaction with the COp present in the air. The viscosity of the suspension increases. As soon as there is no longer any risk of sedimentation even without stirring, the mixture is poured into plastic containers or suitable molds.

Der Hartungsvorgang ist praktisch eine Fortsetzung der Umsetzunc: des anorganischen Salzes und der Silikatlösung. Nach Einf>:0>e <\er Suspension Ln die Plastikbehälter tritt (je nachThe hardening process is practically a continuation of the conversion of the inorganic salt and the silicate solution. After inserting: 0> e <\ er suspension Ln enters the plastic container ( depending on

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der Art des vorliegenden Sols die Gelierung der Suspension . bei Zimmertemperatur oder bei etwas höherer Temperatur (bis zu etwa 100 ) ein. Das nasse Gel wird zu einem festen, durchscheinenden Gel und zeigt damit die Vollständigkeit der Umsetzung des anorganischen Salzes und seine Assimilation in das Kieselsäuregitter an. Die Aushärtung dauert meist 1-20 Std. Längere Zeiten sind unschädlich aber auch ohne offenbaren Nutzen.the nature of the sol present, the gelation of the suspension. at room temperature or at a slightly higher temperature (up to to about 100) a. The wet gel will turn into a firm, translucent one Gel and thus shows the completeness of the implementation of the inorganic salt and its assimilation into the silica grid on. The curing usually takes 1-20 hours. Longer times are harmless but also without revealing To use.

Nach dem Aushärten wird das Gel soweit erforderlich auf Zimmertemperatur kühlen gelassen, danach der Plastikbehälter geöffnet und das Gel an der Luft getrocknet. In einigen Fällen kann das Trocknen an der Luft aber zu Hissebildungen führen, so dass in diesen Fällen die Trocknung in bekannter V/eise in Dampf oder sonstiger, geregelter Atmosphäre, oder mit Hilfe von organischen Lösern vorgenommen wird· Die Dauer der Lufttrocknung hängt in der Regel von der Gestalt, den Abmessungen und insbesondere der Dicke des Gegenstands ab und liegt meist im Bereich von 2-5 Tagen.After hardening, the gel is, if necessary, at room temperature left to cool, then opened the plastic container and allowed the gel to air dry. In some cases However, drying in the air can lead to hoisting, so that in these cases drying is carried out in a known manner Steam or other regulated atmosphere, or with the help of organic solvents is made · The duration of air drying usually depends on the shape, dimensions and in particular the thickness of the object and lies usually in the range of 2-5 days.

Der luftgetrocknete poröse Körper kann anschliessend zu einem festen porösen Gegenstand gebrannt nder zu einem porenfreien Glasgegenstand konsolidiert werden. Beim Brennen ist zunächst darauf zu achten, dass das in dem Kieselsäuregitter absorbierte Wasser ohne Blasen entweicht. Bei Verwendung von quater-The air-dried porous body can then become a solid porous object fired or consolidated into a non-porous glass object. When burning is first make sure that the water absorbed in the silica grid escapes without bubbles. When using quater-

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närem Ammoniumsilikat als Ausgangsmaterial muss ausserdem die vollständige Zersetzung und Oxidation der organischen Kohlenstoffbestandteile sichergestellt werden. Der Brennfahrplan kann so eingestellt werden, dass sich die Porengrösse kontinuierlich von der Grosse des JLuftgetrockneten Materials his zum fertig konsolidierten, nichtporösen Glas abwandeln lässt. Der Brennvorgang beeinflusst auch die Aktivität des porösen Materials, so dass sich auch dieses Merkmal abwandeln lässt.ner ammonium silicate as the starting material must also complete the decomposition and oxidation of the organic Carbon components are ensured. The burning schedule can be adjusted in such a way that the pore size continuously changes from the size of the air-dried Materials up to the finished, consolidated, non-porous glass can be modified. The burning process also influences the activity of the porous material, so that this too Feature can be modified.

Zur Bestimmung der Konsolidationstemperatur ist die Differentialwärmeanalyse geeignet. Empirisch wurde die bevorzugte KonBolidationstemperatur mit annähernd 10 - 100° unter der Entglasungstemperatur des jeweiligen Glases bestimmt. Die zur Verdichtung des porösen Materials zu einem festen Glas erforderliche Zeitdauer ist dabei der im Konsolidationsbereich aufrechterhaltenen !Temperatur umgekehrt proportional. Meist sind Zeiten von 5-60 Min. im Konsolidationstemperaturbereich sehr befriedigend. Da die in Frage kommenden Gläser entglasungsfähig sind, wird die Behandlungsdauer am besten nicht überschritten.The differential heat analysis is used to determine the consolidation temperature suitable. Empirically, the preferred consolidation temperature was approximately 10-100 ° below the The devitrification temperature of the respective glass is determined. the to compress the porous material into a solid glass The time required is inversely proportional to the temperature maintained in the consolidation area. Usually times of 5-60 minutes in the consolidation temperature range are very satisfactory. As the glasses in question are capable of devitrification, the duration of the treatment is best not exceeded.

Es wurde aber gefunden, dass Glaszusammensetzungen mit hohem Kieselsäuregehalt und geringem Alkali- oder Oxidanteil weniger leicht entglasen und daher mit weniger genau geregeltenHowever, it has been found that glass compositions with a high silica content and a low alkali or oxide content are less easily devitrified and therefore less precisely regulated

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Konsolidationsbedingungen auskommen. Da diese Glaszusammensetzungen gleichzeitig mit herkömmlichen Glasfertigungsverfahren nur schwer herstellbar sind, ergibt sich hier ein besonders überraschender und günstiger Anwendungsbereich der Erfindung.Get along with consolidation conditions. As these glass compositions are difficult to manufacture at the same time as conventional glass manufacturing processes, this results in a special feature surprising and favorable field of application of the invention.

Die folgenden, nicht beschränkenden Beispiele erläutern die Erfindung weiter. Grundsätzlich steigt die Umsetzungsdauer zunehmend mit den aufgeführten Kieselsäurelösungen der Reihenfolge: kolloide Kieselsäure, quaternäres·Ammoniumsilikat, Lithiumsilikat, Kaliumsilikat, Natriumsilikat. Zur Verhütung von Rissen und Sprüngen des fertigen Glasgegenstands wurde in geregelter Atmosphäre gebrannt, nämlich zunächst in einer Atmosphäre mit 100% Feuchtigkeit, die dann allmählich linear bis auf die Umgebungsbedingungen verringert wurde. In den folgenden Beispielen wurde die erforderliche Feuchtigkeit durch Wasserdampf geliefert. Geeignet sind aber auch Atmo-Sphären aus Methanol, Äthanol oder anderen Lösungsmitteln.The following non-limiting examples further illustrate the invention. In principle, the implementation time increases increasingly with the listed silica solutions in the order: colloidal silica, quaternary ammonium silicate, Lithium silicate, potassium silicate, sodium silicate. To prevent cracks and cracks in the finished glass object, in Fired in a controlled atmosphere, initially in an atmosphere with 100% humidity, which then gradually becomes linear was reduced to the ambient conditions. In the following examples, the required moisture Delivered by steam. Atmospheres are also suitable, however from methanol, ethanol or other solvents.

Beispiel IXExample IX

Eine Lösung aus 50 ecm des oben erwähnten Kaliumsilikats ιινΛ 50 ecm des quaternären Ammoniumsilikats wurde in einem geschlossenen Plastikbehälter bereitet und in die Lösung: 10 g 4MgOO5.Mg(OH)2·ηΗ20 (40 Gew.% MgO Gehalt) gerührt. Die entstehende Suspension wurde 30 Min. in einem Bad von siedendemA solution of 50 cc of the above-mentioned potassium silicate ιινΛ 50 cc of the quaternary ammonium silicate was prepared in a closed plastic container and into the solution: stirred 10 g 4MgOO 5 .MG (OH) 2 · ηΗ 2 0 (40 wt% MgO content.). The resulting suspension was 30 min. In a bath of boiling

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Wasser gerührt; die Viskosität hatte dann so zugenommen, dass ein Absetzen des Salzes auch ohne Rühren nicht mehr zu befürchten war. Die Suspension wurde dann in Plastikformen gegeben, abgedeckt und während 16 Std. bei 80° gehärtet. Der Formkörper bestand aus einem durchscheinenden Gel, in dem das Salz gelöst war.Water stirred; the viscosity had then increased so that settling of the salt was no longer to be feared even without stirring. The suspension was then placed in plastic molds, covered and cured for 16 hours at 80 °. The molded body consisted of a translucent gel in which the Salt was dissolved.

Das Gel wurde in der geschlossenen Form vier Tage lang mit absolutem Methanol bei 50° in Kontakt gebracht, und dadurch der grösste Teil Wasser in dem Körpergefüge mit Methanol ersetzt. Fach Abkühlen auf Zimmertemperatur wurde das Gel in geregelter Atmosphäre während 5 Tagen getrocknet und ergab einen zusammenhängenden, selbsttragenden, luftgetrockneten porösen Körper.The gel in the closed mold was brought into contact with absolute methanol at 50 ° for four days, and thereby Most of the water in the body's structure is replaced with methanol. Compartment cooling to room temperature was the gel in Controlled atmosphere dried for 5 days and resulted in a cohesive, self-supporting, air-dried porous body.

Wird ein konsolidierter Glasgegenstand gewünscht, so wird der luftgetrocknete Körper nach Entnahme aus der Plastikform zunächst mit einer Geschwindigkeit von 25°/Std. auf 450° erhitzt und auf dieser Temperatur 8ßtd. gehalten, um die vollständige Oxidation des organischen Ammoniumkomplexes sicherzustellen. Sodann wird er auf 870° - 930° für etwa 1/4 1/2 Std, bis zur Konsolidierung erhitzt. Die Erhitzungsgesohwindigkeit für diese zweite Stufe ist beliebig, weil die flüchtigen Bestandteile bereits auf der ersten Stufe entweichen. Tm allgemeinen wird eine Erh.it zungsge3chwindigkeit von 50 - 100°/ßtd. gewählt.If a consolidated glass object is desired, the air-dried body is first removed from the plastic mold at a speed of 25 ° / hour. heated to 450 ° and at this temperature 8 ° t. held to ensure complete oxidation of the organic ammonium complex. Then it is heated to 870 ° - 930 ° for about 1/4 1/2 hour until it has consolidated. The heating rate for this second stage is arbitrary, because the volatile constituents escape already on the first stage. In general, a heating rate of 50-100 ° / ßtd. chosen.

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Der konsolidierte Gegenstand war ein durchsichtiges . K^O-MgO-SiO^, Glas, das eine isotropisch geschrumpfte formtreue Gestalt entsprechend dem geformten Körper besass.The consolidated object was a see-through one . K ^ O-MgO-SiO ^, glass that has an isotropically shrunk true to shape Possessed shape corresponding to the molded body.

Beispiel XExample X

5 g PbGO, wurden in 100 ecm der Natriumsilikatlösung gerührt. Die Umsetzung des PbCO7, mit der Natriumsilikatlösung schritt so rasch fort, dass nach 5 Min. Rührzeit die Viskosität "bereits eine die Ausfällung von FbOO-, auch ohne Rühren ausschliessende Höhe erreicht hatte. Die Suspension wurde dann in eine Plstikförm gegeben, abgedeckt und bei 80 während 16 Std. gehärtet. Sodann wurde das entstandene Gel auf Zimmertemperatur gekühlt, entsprechend dem vorigen Beispiel mit absolutem Methanol behandelt und während 5 Tagen in einer geregelten Atmosphäre luft ge trocknet. Es entstand ein zusammenhängender, monolithischer poröser Körper.5 g of PbGO were stirred in 100 ecm of the sodium silicate solution. The reaction of the PbCO 7 with the sodium silicate solution proceeded so rapidly that after 5 minutes of stirring the viscosity "had already reached a level excluding the precipitation of FbOO- even without stirring. The suspension was then placed in a plastic mold, covered and cured for 16 hours at 80. The resulting gel was then cooled to room temperature, treated with absolute methanol as in the previous example and air-dried for 5 days in a regulated atmosphere to form a coherent, monolithic, porous body.

Da der Ansatz kein quaternäres Ammoniumsilikat enthielt, erübrigte sich die Wärmebehandlung zur Entfernung des organischen Komplexes entsprechend deipfvorigen Beispiel· Der poröse Körper wurde daher lediglich mit massiger Geschwindigkeit (meist etwa 50 - 100°/Std.) auf den Konsolidationsbereich von 600 - 700° erhitzt und während 10 Min. gehalten.Since the batch did not contain any quaternary ammonium silicate, it was unnecessary the heat treatment to remove the organic complex according to the previous example · The porous The body was therefore only at moderate speed (usually around 50 - 100 ° / hour) on the consolidation area of 600 - 700 ° heated and held for 10 minutes.

Das Endprodukt war ein NagO-FbO-SiO^ Glasgegenstand, der von der ursprünglichen Form isotropisch geschrumpft war.The final product was a NagO-FbO-SiO ^ glass article manufactured by the original shape had shrunk isotropically.

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Beispiel XIExample XI

10 g ZnOO,, wurden in 100 ecm der erwähnten Kaliumsilikatlösung eingerührt« !lach etwa 15 Min. Rühriseit hatte die Viskosität die ein Absetzen von ZnOO, verhindernde Höhe erreicht· Das Gel wurde dann wie im Beispiel X gehärtet und lüftgetrocknet. Der poröse Körper wurde durch Erhitzen auf 700° während 1 Std· zu einem isotrop geschrumpften, also formtreuen Abbild der porösen Form konsolidiert. Das Glas bestand aus K2O10 g of ZnOO "were stirred into 100 ecm of the above-mentioned potassium silicate solution"! After stirring for about 15 minutes, the viscosity had reached the level that prevented ZnOO from settling. The gel was then hardened as in Example X and air-dried. The porous body was consolidated by heating to 700 ° for 1 hour to form an isotropically shrunk, that is to say true-to-shape, image of the porous shape. The glass consisted of K 2 O

Beispiel XIIExample XII

5 g basisches Chromkarbonat wurden in 100 ecm Kolloidsilikatlösuns, stabilisiert durch Beigabe von Ammoniak, gerührt. Die langsame Reaktion des Chromkarbonats mit der Lösung erforderte ein kontinuierliches Rühren während 30 Min. im Wasserbad, um eine ausreichende Zunahme der Viskosität herbeizuführen und die Sedimentierung des Salzes zu vermeiden.5 g of basic chromium carbonate were dissolved in 100 ecm colloidal silicate solution, stabilized by adding ammonia, stirred. The slow reaction of the chromium carbonate with the solution required continuous stirring for 30 minutes in a water bath, to bring about a sufficient increase in viscosity and avoid sedimentation of the salt.

Während der anschliessenden Aushärtung in einem abgedeckten Plastikbehälter bei 80° und während 16 Std. löste sich das Chromsalz in der Silikatstruktur auf. Das Gel wurde dann zur Bildung eines zusammenhängenden, selbsttragenden, porösen Körpers in einer kontrollierten Atmosphäre während 4- Tagen an der Luft getrocknet. Da der Ammoniakgehalt gering war, (etwa 5 Gew.%), war eine Hitzebehandlung bei einer Zwischentemperatur, wie im Beispiel IX, nicht erforderlich.During the subsequent curing in a covered plastic container at 80 ° and for 16 hours, this came off Chromium salt in the silicate structure. The gel was then used to Formation of a coherent, self-supporting, porous body in a controlled atmosphere for 4 days air dried. Since the ammonia content was low (about 5% by weight), a heat treatment at an intermediate temperature as in Example IX, not required.

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Opake CroO^-SiCL· Körper, die von der ursprünglichen Form isotropisch geschrumpft waren, erhielt man durch Konsolidierung der porösen Körper bei 1500° während 1/2 Std. Durch das beschriebene Verfahren können durchsichtige Cr^O^-SiO^ Glasgegenstände hergestellt werden, wenn der GTpO7, Gehalt unter 3 Gew.% gehalten wird.Opaque CroO ^ -SiCL bodies, which had shrunk isotropically from their original shape, were obtained by consolidating the porous bodies at 1500 ° for 1/2 hour. when the GTpO 7 content is kept below 3% by weight.

Beispiel XIII
Durch Ausfällen einer Lanthannitrat lösung mit einem Über-
Example XIII
By precipitating a lanthanum nitrate solution with an excess

W schuss Ammoniumkarbonat wurde ein basisches Lanthankarbonat bereitet. Die Ausfällung wurde filtriert, wiederholt mit heissem Wasser gewaschen und bei 110° getrocknet. 10 g dieses Lanthankarbonats wurden in 100 ecm des quaternären Ammoniumsilikats suspendiert und die Mischung bei Wasserbadtemperaturen gerührt, bis die· Viskosität hoch genug war, um die Übertragung in Plastikformen zu gestatten (meist etwa 1 Std.). Die Formen wurden abgedeckt und das Gel 16 Std. lang bei 80° gehärtet, auf Zimmertemperatur gekühlt und während 5 Tagen W shot ammonium carbonate was prepared a basic lanthanum carbonate. The precipitate was filtered, washed repeatedly with hot water and dried at 110 °. 10 g of this lanthanum carbonate were suspended in 100 ecm of the quaternary ammonium silicate and the mixture stirred at water bath temperatures until the viscosity was high enough to allow transfer to plastic molds (usually about 1 hour). The molds were covered and the gel cured for 16 hours at 80 °, cooled to room temperature and for 5 days

^ in einer geregelten Atmosphäre zu einem zusammenhängenden, porösen Körper luftgetrocknet.^ in a regulated atmosphere to a cohesive, porous body air-dried.

Der luftgetrocknete Körper wurde mit 25°/ßtd. auf 450° erhitzt und 8 Std. gehalten, um den Kohlenstoff be standteil des quaternären Ammoniumsilikats zu oxidieren. Der anfallende poröse Gegenstand des Systems La^O^-SiOp ist besonders günstigThe air-dried body was at 25 ° / ßtd. heated to 450 ° and 8 hours to remove the carbon constituent of the to oxidize quaternary ammonium silicate. The resulting porous object of the La ^ O ^ -SiOp system is particularly favorable

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als Katalysator verwendbar, weil in dem Kieselsäuregitter das seltene Erdion sehr gleichmässig verteilt ist.Can be used as a catalyst because it is in the silica lattice the rare earth ion is very evenly distributed.

Beispiel XIVExample XIV

Eine Aufschlämmung von 5 S 3ZnO-2BpO, mit 20 ecm HpO wurde in 100 ecm der Kaliumsililcatlosung eingerührt. Nach 10 Min. Rührzeit war die Viskosität hoch genug, um ein Absetzen des Zinkborats zu verhindern. Das Material wurde in Plastikformen übertragen, abgedeckt und 1 Std. bei 85° gehärtet. Das entstandene Gel wurde auf Zimmertemperatur gekühlt und in geregelter Atmosphäre zu einem zusammenhängenden porösen Körper luftgetrocknet. Lange Härtezeiten beeinträchtigen die Festigkeit des Körpers, aber ermöglichen andererseits die Abwandlung der Porengrössen des luftgetrockneten Materials. Der poröse Körper kann egegebenenfalls zu einem Glas des Systems ΚρΟ-ΖηΟ-ΒρΟ-,-SiOp konsolidiert werden. Dies ist ein formtreues, isotrop geschrumpftes Abbild des ursprünglichen Formkörpers. Die Konsolidierung erfolgt durch Erhitzen auf 700° - 800° während 1/2 - 1 Std.A slurry of 5 S 3ZnO-2BpO, with 20 ecm HpO was made stirred into 100 ecm of the potassium silicate solution. After 10 min. With stirring time, the viscosity was high enough to prevent the zinc borate from settling. The material was in plastic molds transferred, covered and cured for 1 hour at 85 °. The resulting gel was cooled to room temperature and in air-dried in a controlled atmosphere to form a cohesive porous body. Long curing times affect the Strength of the body, but on the other hand allow the pore sizes of the air-dried material to be modified. The porous body can optionally be consolidated into a glass of the system ΚρΟ-ΖηΟ-ΒρΟ -, - SiOp. This is a True-to-shape, isotropically shrunk image of the original molding. The consolidation takes place by heating up 700 ° - 800 ° for 1/2 - 1 hour

Beispiel XVExample XV

10 g Fb(BOg^HpO wurden 30 ecm HpQ zugegeben und die entstehende Aufsdläamung in 100 ecm der Natriumsilikatlösung eingemischt. Nach nur 3 Min. während dem Rühren setzte bereits starke Gelbildung ein. Das Gel wurde in eine Plastik-10 g Fb (BOg ^ HpO were added 30 ecm HpQ and the resulting Thickening in 100 ecm of the sodium silicate solution mixed in. After only 3 minutes of stirring, strong gel formation began. The gel was placed in a plastic

- 26 209808/166A original inspected- 26 209808 / 166A originally inspected

form übertragen, abgedeckt, 15 Min. bei 70° gehärtet und in 2 Tagen in geregelter Atmosphäre bei Zimmertemperatur luftgekühlt. Der so gebildete, monolithische, poröse Körper konnte zu einem Glasgegenstand der Zusammensetzung NaoO-FbO-BpO^-SiO durch Erhitzen auf 700° während 1/2 Std. konsolidiert werden.shape transferred, covered, cured for 15 min. at 70 ° and in 2nd Air-cooled for days in a regulated atmosphere at room temperature. The monolithic, porous body thus formed could to a glass object of the composition NaoO-FbO-BpO ^ -SiO be consolidated by heating to 700 ° for 1/2 hour.

Beispiel XTIExample XTI

Eine Aufschlämmung von 10 g Aluminiumborat in 20 ecm HpO und w 10 ecm konzentrierter NH^OH wurde in einer Mischung aus 50 ecm der Kaliumsilikat lösung und 50 ecm der quaternär en Ammoniums ilikat lösung suspendiert. Nach etwa 4· Std. Rühren in einem Wasserbad erfolgte die Gelbildung. Das Material wurde in Plastikformen übertragen, abgedeckt und 16 Std. bei 85° gehärtet. Nach Abkühlen auf Zimmertemperatur wurde das Gel in geregelter Atmosphäre in vier Tagen zu, einem zusammenhängenden, porösen Körper luftgetrocknet.A slurry of 10 g of aluminum borate in 20 ecm HpO and w 10 ecm concentrated NH ^ OH was suspended in a mixture of 50 ecm of the potassium silicate solution and 50 ecm of the quaternary ammonium silicate solution. After about 4 hours of stirring in a water bath, gelation occurred. The material was transferred to plastic molds, covered and cured for 16 hours at 85 °. After cooling to room temperature, the gel was air-dried in a controlled atmosphere in four days to form a cohesive, porous body.

Infolge der Verwendung von quaternärem Ammoniumsilikat im Ansatz musste vor der Konsolidierung zunächst die organische Kohlenstoffkomponente ausgebrannt werden, entsprechend dem Beispiel XIII. Sodann wurde der Gegenstand zu einem isotropen formtreuen Körper durch Erhitzen auf 7°O° während 45 Min. konsolidiert·As a result of the use of quaternary ammonium silicate in the Approach the organic carbon component had to be burned out before the consolidation, according to the Example XIII. The article was then turned into an isotropic conformal body by heating to 7 ° O ° for 45 min. consolidated·

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209808/1664209808/1664

Beispiel XVIIExample XVII

Eine Suspension aus 10 g Fb(OH)2 in 100 ecm Kaliumsilikatlösung wurde in ein Wasserbad eingerührt, bis die Viskosität erheblich anstieg, was meist nach etwa 1 Std. der Fall ist. Das Material wurde in eine Plastikfo.rm gegeben, abgedeckt und 2 Std. bei 85° gehärtet. Das entstandene Gel wurde auf Zimmertemperatur gekühlt, und in geregelter Atmosphäre'in vier Tagen luftgetrocknet. Der selbsttragende, poröse Körper kann wahlweise durch Erhitzen auf 700° während 15 Min. zu einem festen Glas der Zusammensetzung KpO-PbO-SiOp konsolidiert werden.A suspension of 10 g Fb (OH) 2 in 100 ecm potassium silicate solution was stirred into a water bath until the viscosity increased considerably, which is usually the case after about 1 hour. The material was placed in a plastic foil, covered and cured for 2 hours at 85 °. The resulting gel was cooled to room temperature and air-dried in a controlled atmosphere for four days. The self-supporting, porous body can optionally be consolidated into a solid glass with the composition KpO-PbO-SiOp by heating to 700 ° for 15 minutes.

Beispiel XVTIIExample XVTII

Das vorige Beispiel wurde wiederholt, aber statt Pb(0H)2 10 g Zn(OH)2 verwendet. Auch hier konnte ein poröser Körper und gewünschtenfalls auch ein festes Glas hergestellt werden,The previous example was repeated, but 10 g of Zn (OH) 2 were used instead of Pb (OH) 2. Here, too, a porous body and, if desired, a solid glass could be produced,

Beispiel XIXExample XIX

Eine Suspension aus 10 g Mg(OH)ρ in 60 ecm der Kaliumsilikatlösung und 40 ecm der quaternären Ammoniumsilikatlösung wurde während 3 Std. in ein Wasserbad eingerührt, bis die Viskosität die Absetzung von Mg(OH)2 verhinderte. Die Suspension wurde anschließsend in Plastikformen übertragen, abgedeckt und 16 Std. bei 85° gehärtet. Das gehärtete Gel wurde auf Zimmertemperatur gekühlt und in geregelter Atmosphäre in 3 Tagen zu einem zusammenhängenden, porösen Körper luftgetrocknet. A suspension of 10 g of Mg (OH) ρ in 60 ecm of the potassium silicate solution and 40 ecm of the quaternary ammonium silicate solution was stirred into a water bath for 3 hours until the viscosity prevented the Mg (OH) 2 from settling. The suspension was then transferred to plastic molds, covered and cured for 16 hours at 85 °. The hardened gel was cooled to room temperature and air-dried in a controlled atmosphere in 3 days to form a coherent, porous body.

- 28 209808/166A - 28 209808 / 166A

Nach einer Zwischenerhitzung zur Austreibung der organischen Kohlenstoffkomponente des quaternären Ammoniumsilikat!? entsprechend dem Beispiel XIII vmrde das poröse Material durch Erhitzen auf 700 - 800° während etwa 1/4 - 1 Std. zu. einem isotrop geschrumpften formtreuen Abbild der ursprünglichen Form konsolidiert. Das Glas hatte die ZusammensetzungAfter reheating to expel the organic Carbon component of the quaternary ammonium silicate !? corresponding the porous material was added to example XIII by heating to 700-800 ° for about 1/4 to 1 hour. one Consolidated isotropically shrunk true to shape image of the original shape. The glass had the composition

Beispiel XXExample XX

10 g Zn-,(PO^)2 wurden in eine Mischung aus 50 ecm der kolloiden Kieselsäure und 50 ecm der Kaliumsilikatlösung eingerührt. Erhebliche Gelbildung erfolgte nach 4- Min. Rührzeit. Das Gel wurde in 10 Std. bei 85° in einem abgedeckten Plastikbehälter gehärtet und in vier Tagen bei Zimmertemperatur in geregelter Atmosphäre zu einem zusammenhangenden, porÖsen Körper luftgetrocknet. Durch Erhitzen auf etwa 4-50° entstand ein fester Körper mit offenem Gefüge, der z. B. als Filter oder Katalysator sehr gut geeignet ist.10 g of Zn -, (PO ^) 2 were in a mixture of 50 ecm of the colloid Stir in silica and 50 ecm of the potassium silicate solution. Considerable gel formation occurred after a stirring time of 4 minutes. The gel was in 10 hours at 85 ° in a covered plastic container cured and in four days at room temperature in a controlled atmosphere to a cohesive, porous Body air dried. By heating to about 4-50 ° a solid body with an open structure was created, which z. B. as Filter or catalyst is very suitable.

Beispiel XXIExample XXI

Eine Aufschlämmung von 10 g AlPO^ in 20 ecm HpO und 10 ecm konzentrierter NH^OH wurde in 100 ecm der Kaliumsilikatlösung suspendiert. Die Suspension wurde auf einem Wasserbad zur Einleitung nennenswerter Gelbildung 3 Std. lang gerührt. Nach Übertragung in abgedeckte Plastikformen wurde das Material inA slurry of 10 g AlPO ^ in 20 ecm HpO and 10 ecm concentrated NH ^ OH was in 100 ecm of the potassium silicate solution suspended. The suspension was stirred on a water bath for 3 hours to induce appreciable gel formation. To The material was transferred into covered plastic molds

- 29 -- 29 -

16 Std. "bei 85° gehärtet. Das gehärtete Gel wurde in vier Tagen in geregelter Atmosphäre bei Zimmertemperatur luftgetrocknet, wobei ein zusammenhängender poröser Körper entstand. Durch Brennen des porösen Körpers bei 800° während 15 Min. wurde ein fester Glasgegenstand der Zusammensetzung16 hours "cured at 85 °. The cured gel was in four Air-dried for days in a regulated atmosphere at room temperature, whereby a coherent porous body was created. By burning the porous body at 800 ° during For 15 minutes, a solid glass article of the composition became

erzeugt.generated.

Die Beispiele zeigen deutlich, dass bestimmte anorganische Salze bei Zusatz zu Silikatlösungen, Kolloidlösungen oder Suspensionen hydrolysieren und Produkte bilden, die den pH-Wert der betreffenden Lösung senken und die Kieselsäure polymerisieren. Einer der Hauptvorzüge der Verwendung von anorganischen Salzen anstatt organischen Estern zur Polymerisierung liegt darin, dass spezifische, aua einer Reihe von Gründen wertvolle Metalloxide als Produkt der Hydrolyse nach der Gelbildung in der festen Phase verbleiben können. Diese Oxide sind z. B. günstig als Glasbildner, als Opalisierungsmittel, zur Änderung bestimmter physikalischer Eigenschaften des Endprodukts usw. Diese Oxide verbleiben in dem Glasgegenstand beim Brennen des umgesetzten oder porösen Körpers, so dass sich ein Glas mib bestimmten Eigenschaften herstellen lässt.The examples clearly show that certain inorganic salts when added to silicate solutions, colloid solutions or Hydrolyze suspensions and form products that lower the pH of the solution in question and polymerize the silica. One of the main advantages of using inorganic salts instead of organic esters for polymerisation is that specific, including a number of reasons valuable metal oxides can remain in the solid phase as a product of hydrolysis after gel formation. These oxides are z. B. cheap as a glass-forming agent, as an opalizing agent, to change certain physical properties of the Final product, etc. These oxides remain in the glass article when the reacted or porous body is fired, so that a glass with certain properties can be produced.

Bei der Auswahl der geeigneten unorganischen Salze ist in erster Linie darauf %u achten, dass die Kiene!säure polymerislept und keine hiermit in W«htbewerb tretende Stoffe, wieIn the selection of suitable inorganic salts that Kiene acid! Is the eighth% u primarily on polymerislept and no herewith in W "htbewerb kicking substances, such as

209808/166 4 bad ORIGINAL209808/166 4 bath ORIGINAL

ζ. B. kristalline Silikate entstehen. Für die Silikatlösun- ßen gilt das gleiche wie bei der Umsetzung mit organischen Estern, d. h. es muss eine Mindestkonzentration der Kieselsäure von 1 Mol/l und ein pH-Wert grosser als 10 gegeben sein.ζ. B. crystalline silicates arise. The same applies to the silicate solutions as to the reaction with organic esters, ie the silica must have a minimum concentration of 1 mol / l and a pH greater than 10.

Zur besseren Regelung des Umsetzungsablaufs soll das Salz keine sofortige Gelbildung verursachen, da diese nicht gleichmässig in der Lösung vonstatten gehen würde. Zusammenfassend soll das Salz den folgenden Anforderungen genügen: einmal kann die Lösung, Kolloidlösung oder Suspension desTo better regulate the implementation process, the salt do not cause immediate gel formation, as this would not take place evenly in the solution. In summary the salt should meet the following requirements: once the solution, colloid solution or suspension of the

/auf/on

Salzes'einem etwas unter dem die Polymerisation verursachenden pH-Wert liegen, so dass eine gleichmässige und genügend langsame Umsetzung erfolgt. Andererseits ist auch ein Salz mit sehr geringer Löslichkeit aber mit der Fähigkeit zu einem erheblich unter 10 liegenden pH-Wert zu hydrolysieren brauchbar, weil seine langsame Lösungsgeschwindigkeit die Umsetzungsgeschwindigkeit bestimmt. Zweitens ist das anorganische Salz vorzugeweise auch ein funktioneller Bestandteil der endgültigen Glaazusammensetzung und soll daher in der Lage sein, bei einer niedrigen Temperatur glasbildend umsetzbar zu sein. Günstig sind im allgemeinen daher zwei- oder dreiwertige Oxide ergebende und als ifetzwerkmodifikatoren im Glas wirkende Salze. Die Beispiele IX - XXI zeigen die günstige Anwendung der Karbonate, Borate, Hydroxide und Phosphate verschiedener zwei- und dreivrertiger Metallionen.Salts' a little below that causing the polymerization pH value so that a uniform and sufficiently slow conversion takes place. On the other hand, there is also a salt with very low solubility but with the ability to become one Can be used to hydrolyze pH values significantly below 10, because its slow speed of resolution determines the speed of implementation. Second is the inorganic Salt is also said to be a functional part of the final Glass composition and should therefore be able to be converted to form glass at a low temperature. In general, divalent or trivalent oxides and those acting as network modifiers in the glass are therefore favorable Salts. Examples IX-XXI show the beneficial use of the carbonates, borates, hydroxides and phosphates of various types two- and three-terminal metal ions.

- 31 2098 08/1664 - 31 2098 08/1664

" 51 ". 21288Λ5" 51 ". 21288Λ5

Somit ergeben die einsatzfähigen anorganischen Salze Lösungen, Kolloidlösungen oder Suspensionen mit einem pH unter 10, die keine Neigung zur Bildung kristalliner Ausfällungen anstelle der gewünschten Polymerisation zeigen·Thus, the usable inorganic salts result in solutions, colloid solutions or suspensions with a pH below 10, which show no tendency to form crystalline precipitates instead of the desired polymerization

Wie die Beispiele ΙΣ - 3XE zeigen, können dem polymerisierten Gel zunächst Wasser und flüchtige Bestandteile entzogen werden. Inschliessend wird es dann zu einem Glas gebrannt. Hierbei verbleiben die verschiedenen nicht flüchtigen Oxide, wie zwei- und dreiwertige Oxide und Alkalimetalloxide in dem erzeugten porösen Körper oder dem Glasgegenstand und beeinflussen dessen Eigenschaften. Falls gewünscht, kann das gehärtete Gel aber auch mit einem geeigneten Lösungsmittel ausgelaugt oder selektiv verflüchtigt werden, so dass ein poröser Kieselsäurekörper zurückbleibt. Je nach dem verwendeten Lösungsmittel enthält der poröse Körper dann die zwei- und dreiwertigen Oxide oder Alkalimetalloxide oder ist frei von diesen. Die Gesaratporösität und die Porengrösse dieser Gegenstände ist ahnlich den mit Estern umgesetzten Produkten. Der poröse Glaskörper kann bu einem festen Glas gesintert werden, freilich bei weitaus höheren Temperaturen, als bei dem günstigeren Brennen des nicht ausgelaugten Körpers.As the examples ΙΣ - 3XE show, the polymerized First of all, water and volatile components are removed from the gel. It is then burned into a glass. The various non-volatile oxides, such as di- and trivalent oxides and alkali metal oxides, remain in the produced porous body or the glass object and affect its properties. If desired, the hardened Gel can also be leached or selectively volatilized with a suitable solvent, so that a porous Silica body remains. Depending on the solvent used, the porous body then contains the two and trivalent oxides or alkali metal oxides or is free from these. The total porosity and pore size of these objects is similar to the products reacted with esters. The porous glass body can be sintered into a solid glass are, of course, at much higher temperatures than with the more favorable burning of the body that has not been exhausted.

Zur Sicherstellung der Senkung des pH-Werts unter 10 und zur Polymerisation des SiO£ zu einem Gel muss der Anteil desTo ensure the lowering of the pH value below 10 and to polymerize the SiO £ to form a gel, the proportion of

- 52 -209808/1664- 52 -209808/1664

anorganischen Salzes wenigstens 2 Gew.% "betragen. Die bevorzugte Menge ist 5 - 10%· Zusätze von mehr als 20% sind für die angestrebte Umsetzung an sich nicht nötig, können aber günstig sein, wenn das Salz in dem Endprodukt die Aufgabe eines Füllstoffes erfüllen soll.inorganic salt are at least 2 wt.% ". The preferred Amount is 5 - 10% · Additives of more than 20% are for the desired implementation is not necessary per se, but can be beneficial if the salt in the end product does the job a filler should meet.

In weiterer Abwandlung des erzeugten Endprodukts können dem Ausgangsansatz die mechanischen oder elektrischen oder chemischen Eigenschaften beeinflussende Füllstoffe beigegeben werden, wie z. B. anorganische Fasern, vrie SiG oder AIpO-zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit oder Metallpartikel zur Verbesserung der elektrischen oder thermischen Merkmale.In a further modification of the end product produced, the starting approach can be mechanical or electrical or chemical Properties influencing fillers are added, such as. B. inorganic fibers, vrie SiG or AIpO-zur Improving mechanical strength or metal particles to improve electrical or thermal Characteristics.

209808/T 664209808 / T 664

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung fester ölskörper oder selbsttragender, monolithischer, poröser Silikatgegenstände, in dem echte Lösungen und/oder Kolloidlösungen und/oder Suspensionen mit pH 10 - 15 und 1-12 Mol SiO2Zl Lösung aus den Silikatlösungen von Alkalimetallsilikaten, organischen Ammoniumsilikaten, Kolloidsilikate oder Mischungen derselben bereitet und mit Formaldehyd, Faraformaldehyd, Glyoxal, Formamid oder Mischungen derselben bei einer Temperatur zwischen dem Gefrier- und Siedepunkt der Lösung solange umgesetzt wer- ( den, dass der pH-Wert unter 10 fällt und das SiO^ zum Gel polymerisiert, gemäss dem Patent (PatentanmeldungP%1ZΫ'βStV,£}> dadurch gekennzeichnet, dass das Formaldehyd, Paraformaldehyd, Glyoxal oder Formamid ganz oder teilweise ersetzt wird durch einen Estjsr mit höchstens 5 "und vorzugsweise höchstens 4 Kohlenstoffatomen, wie Methylformiat, Ithylformiat, Methylazetat oder Äthylazetat oder Mischungen derselben oder durch ein anorganisches Salz, wie ein Karbonat und/oder Hydroxid und/oder Borat und/oder Phosphat eines Kations mit einer Wer- d tigkeit von wenigstens 2, und dass das Gel an der Luft zu einem selbsttragenden, monolithischen, porösen Gegenstand getrocknet oder bei einer nahe dem Erweichungspunkt der jeweiligen Zusammensetzung liegenden Temperatur solange gebrannt wird, bis es zu einem festen Sililcatglaskörper konsoliiiortr ist.Process for the production of solid oil bodies or self-supporting, monolithic, porous silicate objects in which real solutions and / or colloid solutions and / or suspensions with pH 10-15 and 1-12 mol SiO 2 Zl solution from the silicate solutions of alkali metal silicates, organic ammonium silicates, colloid silicates or Mixtures of the same are prepared and reacted with formaldehyde, faraformaldehyde, glyoxal, formamide or mixtures thereof at a temperature between the freezing and boiling point of the solution (the pH value falls below 10 and the SiO ^ polymerizes to the gel, according to the patent (patent application P% 1ZΫ'βStV, £}> characterized in that the formaldehyde, paraformaldehyde, glyoxal or formamide is completely or partially replaced by an ester with a maximum of 5 "and preferably a maximum of 4 carbon atoms, such as methyl formate, ethyl formate, methyl acetate or Ethyl acetate or mixtures thereof or by an inorganic salt such as a carbonate and / or hydroxide and / or borate and / or phosphate of a cation with an advertising d humidity of at least 2, and that the gel in air at a self-supporting, monolithic, porous article dried or at a temperature near the softening point of the respective composition temperature It is fired until it is consolidated into a solid Sililcat glass body. Hf H f }.-fii,} .- fii, ORfGfNAL INSPECTEDORfGfNAL INSPECTED 209Ö08/.1664209Ö08 / .1664 2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Ester 2-20 Vol.% und vorzugsweise 3-10 VoI,%
der Lösung ausmacht.
2. The method according to claim 1, characterized in that
that the ester is 2-20 % by volume and preferably 3-10 % by volume
of the solution.
3· Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gelSinzelehnet,
dass die echten Losungen, Kolloidlösungen und/oder Suspensionen 3-12 Mol SiO^/l Lösung enthalten.
3 · The method according to claim 1, characterized in that gel single leaning,
that the real solutions, colloid solutions and / or suspensions contain 3-12 mol SiO ^ / l solution.
4·. Verfahren gemäss Anspruch I1 dadureh gekennzeichnet, dass die Alkalimetallsilikate Lithium-, Kalium-, Natriumsilikat
oder Mischungen derselben sind.
4 ·. Process according to claim I 1, characterized in that the alkali metal silicates are lithium, potassium, sodium silicate
or mixtures thereof.
5. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Ammoniumsilikat ein quaternäres Ammoniumsilikat ist.5. The method according to claim 1, characterized in that the organic ammonium silicate is a quaternary ammonium silicate is. 6. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass * die Umsetzungstemperatur zwischen Zimmertemperatur und 100°
liegt.
6. The method according to claim 1, characterized in that * the reaction temperature between room temperature and 100 °
lies.
7. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Senkung des pH-Werts unter 10 und zur Polymerisation des SiOp ausreichende Zeit 5 Sek. - 24 Std. beträgt.7. The method according to claim 1, characterized in that the lowering of the pH value below 10 and for the polymerization of the SiOp sufficient time is 5 seconds - 24 hours. ÖBK»NAL INSPECTED 2 O <) 8 O 8/1664 ÖBK »NAL INSPECTED 2 O <) 8 O 8/1664 8. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens zweiwertige Kation Magnesium, Blei, Zink, Ohrom, Lanthan oder Aluminium ist.8. The method according to claim 1, characterized in that the at least divalent cation is magnesium, lead, zinc, ohrom, lanthanum or aluminum. 9· Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufttrocknung zwischen Zimmertemperatur und der Deformationstemperatur des Gegenstands vorgenommen,oder dass bei 500 - 1500° gebrannt wird.9 · The method according to claim 1, characterized in that the air drying is carried out between room temperature and the deformation temperature of the object, or that at 500 - 1500 ° is burned. 10. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Konsolidierung ausreichende Zeit 5-60 Min. beträgt.10. The method according to claim 1, characterized in that the time sufficient for consolidation is 5-60 minutes. 209808/1664209808/1664 ORKSlNAL INSPECTEDORKSINAL INSPECTED
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3001792A1 (en) * 1979-01-19 1980-07-24 Hitachi Ltd METHOD FOR PRODUCING A NUT BAR FOR THE PRODUCTION OF OPTICAL FIBERS
DE3133541A1 (en) * 1980-08-25 1982-05-27 Nippon Telegraph & Telephone Public Corp., Tokyo METHOD FOR PRODUCING AN OPTICAL GLASS PRODUCT

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4499197A (en) * 1982-03-24 1985-02-12 W. R. Grace & Co. Co-gel catalyst manufacture

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE665099C (en) * 1934-12-22 1938-09-21 Prod Silgelac Soc Process for the production of a silica gel or hydrogel
GB729194A (en) * 1952-07-17 1955-05-04 Bayer Ag Colloidal silica products
GB786738A (en) * 1954-05-17 1957-11-27 Ernst Seifert Improvements in or relating to silicic gels
US3059997A (en) * 1958-12-18 1962-10-23 Socony Mobil Oil Co Inc Method for preparing siliceous aerogels
FR1502645A (en) * 1966-03-24 1967-11-24 Progil Gelling mixtures for soluble silicates

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3001792A1 (en) * 1979-01-19 1980-07-24 Hitachi Ltd METHOD FOR PRODUCING A NUT BAR FOR THE PRODUCTION OF OPTICAL FIBERS
DE3133541A1 (en) * 1980-08-25 1982-05-27 Nippon Telegraph & Telephone Public Corp., Tokyo METHOD FOR PRODUCING AN OPTICAL GLASS PRODUCT

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