DE2145752B2 - Storage-stable preparations based on aqueous silica solutions - Google Patents
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Description
Diese Erfindung betrifft lagerungsstabile Zubereitungen auf der Basis wäßriger Kieselsäurelösungen, enthaltend ein wasserlösliches organisches Polymerisat und Silicium in einer einem SiO2-Gehalt voa mindestens 0,2 Gewichtsprozent entsprechenden Menge.This invention relates to storage-stable preparations based on aqueous silica solutions containing a water-soluble organic polymer and silicon in an amount corresponding to an SiO 2 content of at least 0.2 percent by weight.
Kieselsäure enthaltende Zubereitungen können unter anderem an Stelle der allgemein bekannten Silikasol- und Alkylsilikatbindemittel als Bindemittel zur Herstellung keramischer Gußformen verwendet werden.Preparations containing silica can, inter alia, instead of the generally known Silica sol and alkyl silicate binders used as binders for making ceramic molds will.
Die Kieselsäure geliert jedoch in den bislang bekannten Zubereitungen ziemlich schnell, weshalb bisher derartige Zubereitungen keine nennenswerte praktisch-technische Verwendung, z. B. als Bindemittel, finden konnten. Da Zubereitungen auf der Basis wäßriger Kieselsäurelösungen, abgesehen von ihrer ungenügenden Lagerungsbeständigkeit, Produkte darstellen, die sich sowohl als Bindemittel, insbesondere für keramische Zwecke, als auch für andere Zwecke, z. B. bei der Papierherstellung oder zum schmutzfesten Ausrüsten vor. Tcppichen, an sich mit gutem Erfolg anwenden lassen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Zubereitungen der eingangs bezeichneten Art zur Verfügung zu stellen, die sich gegenüber bekannten Zubereitungen durch eine bessere Lagerungsbeständigkeit auszeichnen.However, the silica gels fairly quickly in the preparations known up to now, which is why so far Such preparations have no noteworthy practical-technical use, e.g. B. as a binder, could find. Since preparations based on aqueous silica solutions, apart from theirs Inadequate storage stability, represent products that act both as binders, in particular for ceramic purposes, as well as for other purposes, e.g. B. in papermaking or dirt-proof Equip before. Tcppichen, in itself with good Applying success, the invention is based on the object of preparing preparations of the types specified at the outset Kind to make available, which is compared to known preparations by better Excellent storage stability.
Es wurde nunmehr gefunden, daß die Stabilität von Kieselsäurelösungen überraschenderweise durch bestimmte wasserlösliche organische Polymerisate verbessert werden kann.It has now been found that, surprisingly, the stability of silica solutions by certain water-soluble organic polymers can be improved.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß es bekannt ist, wasserlösliche organische Polymere, z. B. Polyvinylalkohole als organische Bindemittel bzw. Bestandteil solcher Bindemittel bei der Herstellung keramischer Formkörper zu verwenden (»Ceramic Age« 34, Feb. 1960, S. 25 bis 26).In this context it should be noted that it is known to use water-soluble organic polymers, z. B. polyvinyl alcohols as organic binders or components of such binders in the To use production of ceramic moldings ("Ceramic Age" 34, Feb. 1960, pp. 25 to 26).
Gegenstand der Erfindung sind somit Zubereitungen der eingangs bezeichneten Art, die dadurch gekennzeichnet sind, daß das wasserlösliche organische Polymerisat ein Molekulargewicht von mehr als 4400 hat.The invention thus relates to preparations of the type indicated at the outset, which are characterized in that are that the water-soluble organic polymer has a molecular weight of more than 4400 has.
Die Grundlage lagerungsstabiler Zubereitungen der Erfindung bildende Kieselsäurelösungen werden vorzugsweise dadurch hergestellt, daß man eine verdünnte Alkalimetallsilikatlosung, gewöhnlich eine Natriumsilikatlösung, mit einem Kationenaustauscherharz in der Wasserstofform, wie beispielsweise in der britischen Patentschrift 645 703 beschrieben, in Kontakt bringt. Dabei wird ein ausreichend hoher Anteil der Alkalimetallionen entfernt, so daß das Produkt einen pH-Wert von weniger als 7 und vorzugsweiseSilica solutions forming the basis of storage-stable preparations of the invention become preferably prepared by using a dilute alkali metal silicate solution, usually a sodium silicate solution, with a cation exchange resin in the hydrogen form, such as in the British Patent 645,703 described brings in contact. A sufficiently high proportion will be used the alkali metal ions are removed so that the product has a pH of less than 7 and preferably
ίο weniger als 6 bei 15° C aufweist. Weitere dem Fachmann bekannte Verfahren zur Herstellung von Kieselsäurelösungen, beispielsweise die Ansäuerung einer Alkalimetallsilikatlösung mit nachfolgender Entfernung des als Nebenprodukt gebildeten Salzes, Elektro-ίο less than 6 at 15 ° C. More to the expert known processes for the preparation of silica solutions, for example the acidification of a Alkali metal silicate solution with subsequent removal of the salt formed as a by-product, electrical
osmose einer Alkalimetallsilikatlösung oder Hydrolyse von Siliciumtetrachlorid, können ebenfalls angewandt werden. Wegen der ihnen innewohnenden Instabilität ist es schwierig, Kieselsäurelösunger. zu erhalten, die mehr als ungefähr 5 Gewichtsprozentosmosis of an alkali metal silicate solution or hydrolysis of silicon tetrachloride can also be used will. Because of their inherent instability, it is difficult to make silica solutions. to obtained that is greater than about 5 percent by weight
μ SiO2 enthalten, jedoch können mit Hilfe von Spezialverfahren SiO2-Konzentraticnen bis zu 8 oder sogar 12 Gewichtsprozent erreichi werden. Vorzugsweise wird zur Herstellung erfindungsgemäßer Zubereitun-μ SiO 2 contain, but with the help of special processes SiO 2 concentrations of up to 8 or even 12 percent by weight can be achieved. For the production of preparations according to the invention, preference is given to
' gen frisch hergestellte Kieselsäurelösung verwendet,'' used freshly prepared silica solution,
jedoch kann auch eine Kieselsäurelösung verwendet werden, die bereits eine gewisse Zeit, beispielsweise 1,
2 oder 3 oder sogar bis zu 5 Tagen bei Raumtemperatur gelagert wurde.
Zu wasserlöslichen organischen Polymerisaten, diehowever, it is also possible to use a silica solution which has already been stored for a certain time, for example 1, 2 or 3 or even up to 5 days at room temperature.
To water-soluble organic polymers that
ja nach der Erfindung als Stabilisatoren verwendet werden können, gehören die Polymerisate von vinylsubstituierten heterocyclischen Stickstoff enthaltenden Verbindungen, beispielsweise N-Vinylpyrrolidon, N-Vinyl-C-alkylpyrrolidone, Vinylpyridin-N-oxide,can be used as stabilizers according to the invention may include the polymers of vinyl-substituted heterocyclic nitrogen-containing Compounds, for example N-vinylpyrrolidone, N-vinyl-C-alkylpyrrolidones, vinylpyridine-N-oxides,
Vinylalkylpyridin-N-oxide und Mischpolymerisate solcher Verbindungen miteinander oder mit anderen, vorzugsweise polaren Monomeren, wie Vinylacetat, Alk\!acr>late und -methacrylate und Acrylnitril. Spezielle Beispiele geeigneter wasserlöslicher organischer Polymerisate sindVinyl alkyl pyridine N-oxides and copolymers such compounds with each other or with other, preferably polar monomers, such as vinyl acetate, Alk \! Acr> late and methacrylate and acrylonitrile. Specific Examples of suitable water-soluble organic polymers are
Polyvinylpyrrolidon,Polyvinylpyrrolidone,
Vinylpyrrolidon-VinylaceUtmischpolymerisiMe,
Polyvinyl-3-methylpyrrolidon,
Vinyl-S-methylpyrrolidon-Vinylacetatmisch-Vinylpyrrolidone-VinylaceUtmischpolymerisiMe, Polyvinyl-3-methylpyrrolidon,
Vinyl-S-methylpyrrolidone-vinyl acetate mixture
pulymerisate,pulymerisate,
Poly-2-vinylpyridin-N-oxid,
Poly-4-vinylpyridin-N-oxid,
4-Vinylpyridin-N-oxid-Vinylacetatmischpoly-Poly-2-vinylpyridine-N-oxide,
Poly-4-vinylpyridine-N-oxide,
4-vinylpyridine-N-oxide-vinyl acetate copoly-
merisate,merisate,
Poly-3-methyl-2-vinylpyridin-N-oxid,
Poly-6-methyl-2-vinylpyridin-N-oxid,
Poly-3-äthyl-6-vinylpyridin-N-oxid und
Poly-ö-methyl^vinylpyridin-N-oxid-Poly-3-methyl-2-vinylpyridine-N-oxide,
Poly-6-methyl-2-vinylpyridine-N-oxide,
Poly-3-ethyl-6-vinylpyridine-N-oxide and
Poly-ö-methyl ^ vinylpyridine-N-oxide
Methylmethacrylatmischpolymerisate.Methyl methacrylate copolymers.
Weitere wasserlösliche organische Polymerisate, die verwendet werden können, sind Polyalkylenglykole, z. B. Polyäthylenglykole, Polypropylenglykole und gemischte polymere Glykole, die sowohl Äthylen- als auch Propyleneinheiten enthalten, sowie wasserlösliche Polyvinylalkohole und wasserlöslich« Cellulosederivate, wie Methylcellulose.Other water-soluble organic polymers that can be used are polyalkylene glycols, z. B. polyethylene glycols, polypropylene glycols and mixed polymeric glycols, which include both Contains ethylene and propylene units, as well as water-soluble polyvinyl alcohols and water-soluble « Cellulose derivatives such as methyl cellulose.
Die bevorzugten wasserlöslichen organischen Poly merisate sind Polyvinylpyrrolidon, Poly-2-vinylpyri din-N-oxid und Polyäthylenglykole.The preferred water-soluble organic poly merisate are polyvinylpyrrolidone, poly-2-vinylpyri Din-N-oxide and polyethylene glycols.
Das Molekulargewicht des wasserlöslichen orga nischen Polymerisats muß, wie bereits erwähnt, höhe als 4400 sein und kann beispielsweise im Bereich voiThe molecular weight of the water-soluble organic polymer must, as already mentioned, be high than 4400 and can for example be in the range voi
4500 bis 1000000 liegen. Vorzugsweise liegt das Molekulargewicht im Bereich von 5000 bis 200000 und insbesondere zwischen 9000 und 80 000. Besonders brauchbare Polyätbylenglykole haben ein Molekulargewicht im Bereich von 10000 bis 25000 und besonders brauchbare Polymerisate und Mischpolymerisate von heterocyclischen Stickstoff enthaltenden Vinylverbindungen haben Molekulargewichte im Bereich von 35 000 bis 50 000.4500 to 1000000. Preferably that is Molecular weight in the range from 5,000 to 200,000 and especially between 9,000 and 80,000. Particularly useful polyethylene glycols have a molecular weight in the range of 10,000 to 25,000 and particularly useful polymers and copolymers of heterocyclic nitrogen containing Vinyl compounds have molecular weights in the range of 35,000 to 50,000.
Vorzugsweise hegt das Gewichtsverhältnis von SiO2 zu wasserlöslichem organischem Polymerisat in Zubereitungen der Erfindung in einem Bereich von 150:1 bis 2:1, besser 30:1 bis 3:1 und insbesondere 15:1 bis 4:1. Die Wahl des Verhältnisses hängt in erster Linie von der gewünschten Lagerbeständigkeit ab, weil sich die Stabilität der Zubereitungen, d. h. die zur Geibüdung während der Lagerung erforderliche Zeit mit dem Anteil des Polymerisats erhöht. Es wurde gefunden, daß erfindungsgemäße Zubereitungen bzw. Kieselsäurelösungen, die Verhältnisse von 30:1 M bis ?: 1, vorzugsweise von 20:1 bis 8:1, beispielsweise 15:1 bis 10:1 haben, besonders brauchbar sind und einen ausreichenden Stabilisierungsgrad aufweisen, während man die Verwendung einer unnötig hohen Menge Polymerisat vermeidet. 2S The weight ratio of SiO 2 to water-soluble organic polymer in preparations of the invention is preferably in a range from 150: 1 to 2: 1, better 30: 1 to 3: 1 and in particular 15: 1 to 4: 1. The choice of the ratio depends primarily on the desired shelf life, because the stability of the preparations, ie the time required for formation during storage, increases with the proportion of the polymer. It has been found that preparations or silica solutions according to the invention which have ratios from 30: 1 M to?: 1, preferably from 20: 1 to 8: 1, for example 15: 1 to 10: 1, are particularly useful and have a sufficient degree of stabilization have, while avoiding the use of an unnecessarily large amount of polymer. 2S
Die obere Grenze der Konzentration von Kieselsäure in einer Zubereitung der Erfindung, wie sie anfangs gebildet wird, wird durch die oben angegebene Schwierigkeit bestimmt, konzentrierte Kieselsäurelösungen herzustellen. Eine typische stabilisierte Zubereitung der Erfindung, wie sie anfangs gebildet wird, kann von 2 bis 8 Gewichtsprozent Siliciumdioxid oder weniger, gewöhnlich von 2 bis 10% Siliciumdioxid enthalten. Nach Stabilisierung ist eine gewisse Konzentration möglich, beispielsweise durch Vei dampfen unter reduziertem Druck oder durch umgekehrte Osmose, wodurch man Gehalte bis zu möglicherweise 10 oder 12 Gewichtsprozent oder sogar höher erhält. Für praktische Zwecke ist es erwünscht, eine so hohe Kieselsäurekonzentration zu erhalten, wie sie bei vernünftiger Lagerstabilität beständig ist, so daß bevorzugte Lösungen wenigstens 3, beispielsweise 3 bis 8 und vorzugsweise wenigstens 3,5, beispielsweise 3,5 bis 7 Gewichtsprozent Siliciumdioxid enthalten.The upper limit of the concentration of silica in a preparation of the invention such as this initially formed is given by the above Difficulty determined, concentrated silica solutions to manufacture. A typical stabilized formulation of the invention as initially formed may contain from 2 to 8 weight percent silica or less, usually from 2 to 10% Contain silicon dioxide. After stabilization, a certain concentration is possible, for example through Vei steam under reduced pressure or by reverse osmosis, whereby one contents up to possibly 10 or 12 percent by weight or even higher. For practical purposes it is it is desirable to obtain a silica concentration as high as that which is stable with reasonable storage stability is, so that preferred solutions at least 3, for example 3 to 8 and preferably at least 3.5, contain, for example, 3.5 to 7 percent by weight silicon dioxide.
Der pH-Wert der Lösung sollte geringer als 7,0, vorzugsweise geringer als 6,0 und insbesondere geringer als 4,0 sein und beispielsweise zwischen 1,5 und 3,5 liegen.The pH of the solution should be less than 7.0, preferably less than 6.0 and in particular less be than 4.0, for example between 1.5 and 3.5.
Die Stabilität der Kieselsäurelösungen wird durch Anionen nachteilig beeinflußt, weshalb ein weiteres Merkmal bevorzugter stabilisierter Zubereitungen der Erfindung darin besteht, daß der Aniongehalt nicht höher als 25 ppm ist, obgleich in manchen Fällen bis zu 50 ppm geduldet werden können. Die Entanionisierung kann dadurch bewirkt werden, daß "lan die Kieselsäurelösung mit einem Anionenaustauscherharz in der Hydroxylform entweder vor oder nach der Stabilisierung in Kontakt bringt.The stability of the silica solutions is adversely affected by anions, which is why another A feature of preferred stabilized preparations of the invention is that the anion content is not is greater than 25 ppm, although in some cases up to 50 ppm can be tolerated. Deanionization can be effected by laning the silica solution with an anion exchange resin in the hydroxyl form either before or after stabilization.
Die Zubereitungen der Erfindung können durch Zugabe des wasserlöslichen organischen Polymerisats oder einer Lösung des Polymerisats in Wasser oder einem wassermischbaren Lösungsmittel zu der wäßrigen Kieselsäurelösung oder umgekehrt vorzugsweise unter solchen Bedingungen hergestellt werden, daß ein schnelles Einmischen erfolgt. Wenn das wasserlösliche organische Polymerisat als solches zugegeben wird, wird Sa gewöhnlich als feinzerteiltes Pulver zugegeben. Geeignete wassermischbare Lösungsmittel sind niedere Alkanole, z. B. Äthanol oder Methanol, niedere Ketone, z. B. Aceton, und Äther, z. B. Tetrahydrofuran und ÄthoxyäthanoL Lösungen des verwendeten wasserlöslichen organischen Polymerisats zur Herstellungder erfindungsgemäßen Zubereitungen können Gewichtskonzentrationen von beispielsweise 0,5 bis 50% haben. Die Polyalkylenglykole werden zweckmäßig fest oder als Lösung, beispielsweise mit einem Gehalt von 5 bis 50 Gewichtsprozent Polymerisat zugesetzt, während Stickstoff enthaltende wasserlösliche organische Polymerisate vorzugsweise als Lösung mit einem Gehalt von 0,5 bis 8 Gewichtsprozent Polymerisat zugegeben werden.The preparations of the invention can by adding the water-soluble organic polymer or a solution of the polymer in water or a water-miscible solvent to the aqueous Silica solution or vice versa are preferably prepared under such conditions that rapid mixing takes place. When the water-soluble organic polymer is added as such Sa is usually added as a finely divided powder. Suitable water-miscible solvents are lower alkanols, e.g. B. ethanol or methanol, lower ketones, e.g. B. acetone, and ether, e.g. B. tetrahydrofuran and ethoxyethanol solutions of the water-soluble organic polymer used for the production of the preparations according to the invention, weight concentrations of, for example Have 0.5 to 50%. The polyalkylene glycols are expediently solid or as a solution, for example with a content of 5 to 50 percent by weight polymer added, while containing nitrogen water-soluble organic polymers, preferably as a solution with a content of 0.5 to 8 percent by weight Polymer are added.
Eine bevorzugte Ausführungsfonn erfindungsgemäßer Zubereitungen kann als Bindemittel verwendet werden. Diese Zubereitungen sind Gemische aus (a) einer crfindungsseraäß stabilisierten Kieselsäurelösung und (b) einem siliciumhaltigen Bindemittel als wesentlichen Bestandteilen.A preferred embodiment of preparations according to the invention can be used as a binder will. These preparations are mixtures of (a) a silicic acid solution stabilized according to the invention and (b) a silicon-containing binder as essential ingredients.
Das siliciumhaltige Bindemittel kann beispielsweise ein Aquasol mit einem SiO2-Gehalt von 1 bis 65 Gewichtsprozent, insbesondere 30 bis 50 Gewichtsprozent, oder ein Organosol mit einem SiO2-Gehalt von 1 bis 50 Gewichtsprozent, sein. Das siliciumhaltige Bindemittel kann durch teilweise oder vollständige Hydrolyse eines organischen Silikats, wie eines Alkylsilikats cder eines Alkylpolysüikats, das Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, z. B. Äthyl- oder Propylreste, enthält, in einem wäßrigen alkoholischen Medium in Gegenwart einer starken Säure, wie Salzsäure oder Schwefelsäure, entsprechend den britischen Patentschriften 926967 und 1 154 376 und der britischen Patentanmeldung 38 527/69 hergestellt werden. Das siliciumhaltige Bindemittel kann auch ein Gemisch eines Silika&quasols und eines hydrolysierten organischen Silikats sein. Vorzugsweise hat das siliciumhaltige Bindemittel einen SiOrGehalt von 5 bis 55 Gewichtsprozent.The silicon-containing binder can, for example, be an Aquasol with an SiO 2 content of 1 to 65 percent by weight, in particular 30 to 50 percent by weight, or an organosol with an SiO 2 content of 1 to 50 percent by weight. The silicon-containing binder can be prepared by partial or complete hydrolysis of an organic silicate such as an alkyl silicate or an alkyl polysilicate containing alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, e.g. B. ethyl or propyl radicals, are prepared in an aqueous alcoholic medium in the presence of a strong acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid, according to British patents 926967 and 1 154 376 and British patent application 38 527/69. The silicon-containing binder can also be a mixture of a silica sol and a hydrolyzed organic silicate. The silicon-containing binder preferably has an SiO r content of 5 to 55 percent by weight.
Die die Komponenten (a) und (b) enthaltenden Zubereitungen haben vorzugsweise einen SiO2-Gehalt von 2 bis 45 und insbesondere von 5 bis 32 Gewichtsprozent. The preparations containing components (a) and (b) preferably have an SiO 2 content of 2 to 45 and in particular 5 to 32 percent by weight.
Die bevorzugten Zubereitungen haben ein Gewichtsverhältnis der Komponenten (a) und (b) von 20:80 bis 80:20, vorzugsweise 30:70 bis 70:30 und insbesondere 40:60 bis 60:40.The preferred preparations have a weight ratio of components (a) and (b) from 20:80 to 80:20, preferably 30:70 to 70:30 and especially 40:60 to 60:40.
Wenn eine stabilisierte Kieselsäurelösung der Erfindung oder eine Zubereitung, die die Komponenten (a) und (b), wie oben beschrieben, enthält, als Bindemittel zur Herstellung eines keramischen Materials oder Gegenstands, beispielsweise einer keramischen Gußformschale für den Metallguß, verwendet wird, entspricht die Verwendungsweise im wesentlichen der bei herkömmlichen siliciumhaltigen Bindemitteln, der vorstehend unter (b) angegebenen Art, angewandten. So werden zur Herstellung einer keramischen Gußformschale abwechselnd Aufschlämmungs- und Stuckbzw. Verputzschichten auf ein Modell aufgebracht, wobei als Aufschlämmungen Gemische aus einem partikelförmigen feuerfesten Material und einem, zweckmäßigerweise siliciumhaltigen Bindemittel, z. B. einem Silikasol oder einem hydrolysierten Alkylsilikat oder — nach der Erfindung — einer stabilisierten Kieselsäurelösung oder Bindemittelzubereitung der vorstehend beschriebenen Art, verwendet werden. Die Festigkeit des keramischen Produkts nach Trocknen und Brennen hängt von dem Verhältnis Binde-When a stabilized silica solution of the invention or a preparation containing the components (a) and (b), as described above, contains as a binder for the production of a ceramic material or Object, for example a ceramic mold shell for metal casting, is used, corresponds the manner of use is essentially that of conventional silicon-containing binders, the above under (b) specified type, applied. So are used to manufacture a ceramic mold shell alternately slurry and stucco or Layers of plaster applied to a model, wherein the slurries are mixtures of a particulate refractory material and a, expediently silicon-containing binders, e.g. B. a silica sol or a hydrolyzed alkyl silicate or - according to the invention - a stabilized silica solution or binder preparation of the type described above can be used. The strength of the ceramic product after drying and burning depends on the ratio of connective
mittel {als SiO2) zu feuerfestem Material in der Aufschlämmung ab. Das optimale Verhältnis ändert sich dabei zwar mit der Art und Beschaffenheit des feuerfesten Materials sowie in Abhängigkeit davon, ob die Aufschlämmung als primäre oder sekundäre Beschichtung verwendet wird, liegt aber, bezogen auf das Gewicht, normalerweise in einem Bereich von 1:7 bis 1:35. Bei der Herstellung eins" keramischen Gußformschale läßt man jede Aufschlämmungs- und Stuckschicht gelieren und gewöhnlich teilweise trocknen, bevor man die nächste aufbringt, wobei das Gelieren gewünschtenfaüs dadurch beschleunigt werden kam, daß man eine als Bindemittel eine Zubereitung der Erfindung enthaltende Beschichtung einer alkalischen Atmosphäre, wie Ammoniak, aussetzt.medium {as SiO 2 ) to refractory material in the slurry. While the optimal ratio will vary with the type and nature of the refractory material and whether the slurry is used as the primary or secondary coating, it will normally be in the range of 1: 7 to 1: by weight. 35. In the manufacture of a "ceramic mold shell, each slurry and stucco layer is allowed to gel and usually partially dry before applying the next, the gelation being accelerated, if desired, by applying a coating in an alkaline atmosphere containing a formulation of the invention as a binder, like ammonia.
Aufschlämmungen von partikelförmigen feuerfesten Materialien in einer stabilisierten Kieselsäurelösung oder Bindemittelzubereitung der Erfindung können auch zur Gießgespannbeschichtung zur Herstellung von Metallbarren verwendet werden. Metallbarren werden in Formen gegossen, die flache Schalen aus Metall, normalerweise Gußeisen, sind, in ihren Grundflächen erhalten bleiben und allgemein als Gespanne bezeichnet werden. Wenn nun die Oberfläche des Gespanns nicht in irgendeiner Weise geschützt wird, leidet sie unter schneller Erosion, die ihrerseits wegen der dadurch gebildeten irregulären Oberflächen das Haften des Barrens an dem Gespann zur Folge hat. Es ist demgemäß üblich, das Gespann mit einem Schutzbelag zu versehen, wofür sich, wie oben angegeben, die vorstehend beschriebenen Aufschlämmungen hervorragend eignen.Slurries of particulate refractories in a stabilized silica solution or binder preparation of the invention can also be used for cast coating for manufacture used by metal ingots. Metal ingots are poured into molds that are made from shallow shells Metal, usually cast iron, are preserved in their bases and generally as harnesses are designated. If the surface of the team is not protected in any way, it suffers from rapid erosion, which in turn due to the irregular surfaces formed by it Sticking of the ingot to the team. It is therefore common to use the team with a To provide protective covering, for which, as indicated above, the slurries described above excellent.
Es wurde weiterhin gefunden, daß mit einer stabilisierten Kieselsäurelösung der Erfindung behandeltes Papier bessere Griffigkeit (Antislipeigenschaften) als unbehandeltes Papier aufweist.It has also been found that treated with a stabilized silica solution of the invention Paper has better grip (anti-slip properties) than untreated paper.
Ferner wurde festgestellt, daß mit einer erfindungsgemäßen, stabilisierten, gegebenenfalls ein oberflächenaktives Mittel enthaltenden Kieselsäurelösung behandelte Teppiche bessere schmutzabweisende Eigenschäften als nicht behandelte Teppiche aufweisen.It was also found that with a stabilized according to the invention, optionally a surface-active Agent-containing silica solution treated carpets have better dirt-repellent properties than untreated carpets.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele erläutert.The invention is illustrated by the following examples.
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung von erfindungsgemäßen Zubereitungen bzw. Kieselsäure-Bei einigen Versuchen wurde die Kieselsäurelösung zuerst mit Salzsäure behandelt.This example describes the production of preparations or silica compounds according to the invention In some experiments the silica solution was first treated with hydrochloric acid.
Mit Ausnahme der drei Versuche 19, 20 und 21 wurde die Polyvinylpyrrolidonlösung jeweils der Kieselsäurelösung zugesetzt. Bei den Versuchen 19 Ws 21 wurde umgekehrt verfahren, d.h. die Kieselsäurelösung der Polyvinylpyrrolidonlösung zugesetzt.With the exception of the three experiments 19, 20 and 21, the polyvinylpyrrolidone solution was added to the silica solution in each case. In the tests 19 Ws 21 the procedure was reversed, i.e. the silica solution added to the polyvinylpyrrolidone solution.
Weitere Einzelheiten der Versuche sind der Tabelle I zu entnehmen.Further details of the experiments can be found in Table I.
4545
lösungen.solutions.
4 1 wäßrige Natriumsilikatlösung (spezifisches Gewicht 15,5C/15,5°C = 1,042; SiO2:Na2O = 3,3:1; so 4,0 Gewichtsprozent SiO2) wurden durch eine mit einem Anionenaustauscherharz in der H+-Form gefüllte Kolonne und die dabei erhaltene Kieselsäurelösung (SiO2-Gehalt = 3,6 Gewichtsprozent) unter Druck aus einem Watson-Marlow-Fließregler durch eine mit einem Kationenaustauscherharz in der OH -Form gefüllte Kolonne perkoliert, wodurch man eine chloridfreie Kieselsäurelösung erhielt, deren pH-Wert 3,0 betrug.4 1 aqueous sodium silicate solution (specific weight 15.5C / 15.5 ° C = 1.042; SiO 2 : Na 2 O = 3.3: 1; so 4.0 percent by weight SiO 2 ) were with an anion exchange resin in the H + -Form-filled column and the resulting silica solution (SiO 2 content = 3.6 percent by weight) percolated under pressure from a Watson-Marlow flow regulator through a column filled with a cation exchange resin in the OH form, whereby a chloride-free silica solution was obtained, whose pH was 3.0.
Lösungen von Polyvinylpyrrolidon (Molekulargewicht ungefähr 44 000) in Wasser, die einen pH-Wert von 3,0 bis 4,0 hatten, wurden mit getrennten (100 ml) Teilen der chloridfreien Kieselsäurelösung bei Raumtemperatur gemischt. Die Reaktionsgemische wurden kräftig mit einem Magnetrührer gerührt. Der pH-Wert der Kieselsäurelösungen änderte sich beim Vermischen mit den Polyvinylpyrrolidonlösungen nicht. Beim Mischen trat sofort eine Trübung auf.Solutions of polyvinylpyrrolidone (molecular weight approximately 44,000) in water that have a pH from 3.0 to 4.0 were mixed with separate (100 ml) portions of the chloride-free silica solution at room temperature mixed. The reaction mixtures were stirred vigorously with a magnetic stirrer. The pH the silica solutions did not change when mixed with the polyvinylpyrrolidone solutions. Turbidity occurred immediately upon mixing.
Außer bei den Versuchen 3 und 13 wurde die Kieselsäurelösung innerhalb von 8 Stunden nach ihrer Herstellung aus Natriumsilikatlösung verwendet. Die Versuche 3 und 13 wurden unter Verwendung von Kieselsäurelösung durchgeführt, die bereits 2 Tage vorher aus Natriumsilikatlösung hergestellt worden war.Except for Runs 3 and 13, the silica solution was used within 8 hours of their preparation from sodium silicate solution. the Experiments 3 and 13 were performed using silica solution that had been in place for 2 days was previously made from sodium silicate solution.
Die spezifischen Oberflächen der frischen Kieselsäure und der aus den Versuchen 18 und 19 erhaltenen Produkte wurden unter Verwendung eines von Sears, Anal. Chem. 1< >56, 28, 1981, beschriebenen Titrierungsverfahrens bestimmt. Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:The specific surfaces of the fresh silica and that obtained from Experiments 18 and 19 Products were made using one of Sears, Anal. Chem. 1 < > 56, 28, 1981, described titration method determined. It became the following Get results:
Kieselsäure Silica
Produkt aus Versuch 18
Produkt aus Versuch 19Product from experiment 18
Product from experiment 19
1312 1291 12711312 1291 1271
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Zubereitung.This example describes the production of a further preparation according to the invention.
Versuch 18 von Beispiel 1 wurde in größerem Maßstab unter Bildung Von 3 1 Zubereitung wiederholt. Das Produkt hatte die folgenden Eigenschaften:Experiment 18 of Example 1 was repeated on a larger scale to produce 3 liters of preparation. The product had the following properties:
Aussehen trübAppearance cloudy
SiO2-Gehalt (Gewichtsprozent). 3,4 Si02/Polyvinylpyrrolidon-SiO 2 content (percent by weight). 3.4 Si0 2 / polyvinylpyrrolidone
Gewichtsverhältnis 20/1Weight ratio 20/1
pH bei 200C 3,0pH at 20 ° C. 3.0
Spez. Oberfläche (Titrieren) .... 1271 m2/gSi02 Spez. Oberfläche nach 8 WochenSpecific surface (titration) .... 1271 m 2 / gSi0 2 specific surface after 8 weeks
bei Raumtemperatur 1271 m ZgSiO2 at room temperature 1271 m ZgSiO 2
Gelierungszeit (Lagerung beiGel time (storage at
Raumtemperatur) 20 WochenRoom temperature) 20 weeks
Partikelgrößenbestimmung mittels StreulichtverfahrenParticle size determination using the scattered light method
Gew.-Durchschnittsdurch-Weight average
messer (90° Streuung) ... 47 Nanometer (nm) Gew.-Durchschnittsdurch-diameter (90 ° scatter) ... 47 nanometers (nm) weight average
messer (durch Dissy-knife (by Dissy-
metrie) 130 nmmetry) 130 nm
Gew.-Durchschnittsdurch-Weight average
messer (nach dem Zimm-knife (according to the room
plot-Verfahren) 184 nmplot method) 184 nm
Diese Ergebnisse zeigen, daß die Partikeln nicht kugelförmig sind.These results indicate that the particles are not spherical.
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung einer keramischen Gußformschale unter Verwendung der Zubereitung von Beispiel 2.This example describes the manufacture of a ceramic mold shell using the Preparation of example 2.
Eine keramische Gußformschale wurde unter Verwendung einer Aufschlämmung aus 4 ml eines nichtionischen Netzmittels (Kondensationsprodukt aus Octylphenol und Athylenoxid), 8 ml n-OctanoU 2375 g Zirkonsandpulver mit einer Teilchengröße von 15 bis 70 μΐη und 800 ml der Zubereitung von Beispiel 2 hergestellt. Ein Wachsmodell (11,43 · 2,54 · 0,32 cm) wurde dazu in die Aufschlämmung getaucht, dann mit feinem calciniertem Kaolintonpulver mit einer Körnung von 0,19 bis 0,55 mm beschichtet und die Beschichtung in Luft 1 Stunde trocknen gelassen. Dann wurden auf analoge Weise vier weitere Schichten aus grobem calciniertem Kaolinton (Körnung 0,55 bis 1,17 mm) nacheinander aufgebracht. Die 5schichtige Hülle wurde dann an der Luft 24 Stunden trocknen gelassen und hierauf bei 10000C 1 Stunde gebrannt.A ceramic mold shell was produced using a slurry of 4 ml of a nonionic wetting agent (condensation product of octylphenol and ethylene oxide), 8 ml of n-OctanoU, 2375 g of zirconium sand powder with a particle size of 15 to 70 μm and 800 ml of the preparation of Example 2. A wax model (11.43 x 2.54 x 0.32 cm) was dipped into the slurry, then coated with fine calcined kaolin clay powder with a grain size of 0.19 to 0.55 mm and the coating allowed to dry in air for 1 hour . Then four further layers of coarse calcined kaolin clay (grain size 0.55 to 1.17 mm) were applied one after the other in an analogous manner. The casing was then 5schichtige to air dry for 24 hours and then allowed to baked for 1 hour at 1000 0 C.
Die im Beispiel 2 beschriebene Zubereitung (1500 ml) wurde mit Silikaaquasol (1500 ml), das einen SiO2-Gehalt von 30 Gewichtsprozent, eine Dichte von 1,204 und eine spezifische Oberfläche von 25OmVgSiO2 aufwies, unter Bildung einer Zubereitung gemischt, die einen SiO2-Gehalt von 17,7 Gewichtsprozent hatte.The preparation (1500 ml) described in Example 2 was mixed with silica aquasol (1500 ml), which had an SiO 2 content of 30 percent by weight, a density of 1.204 and a specific surface area of 250 mVgSiO 2 , to form a preparation which had an SiO 2 content of 17.7 percent by weight.
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung einer keramischen Gußformschale unter Verwendung der Zubereitung von Beispiel 4.This example describes the manufacture of a ceramic mold shell using the Preparation of Example 4.
Aus der Zubereitung von Beispiel 4 (nachfolgend A bezeichnet) wurden eine erste und eine zweite Aufschlämmung hergestellt, deren Zusammensetzung in Tabelle II angegeben ist. Zu Vergleichszwecken wurde Silikaaquasol, wie es im Beispiel 4 verwendet wurde, mit Wasser zu einem Silikaaquasol (nachfolgend B bezeichnet) mit einem SiO2-Gehalt von 17,7 Gewichtsprozent verdünnt, aus dem eine erste und eine zweite Aufschlämmung mit der ebenfalls aus Tabelle II zu ersehenden Zusammensetzung hergestellt wurden.A first and a second slurry, the composition of which is given in Table II, were prepared from the preparation of Example 4 (hereinafter referred to as A). For comparison purposes, silica aquasol, as used in Example 4, was diluted with water to give a silica aquasol (hereinafter referred to as B) with an SiO 2 content of 17.7 percent by weight, from which a first and a second slurry with the same from Table II can be seen composition were prepared.
·) Wie im Beispiel 3.
*·) Wie im Beispiel 3.·) As in example 3.
* ·) As in example 3.
·**) Calcimertes Kaolintonpulver mit einer Körnung von etwa 50 bis 75 μτη.· **) Calcined kaolin clay powder with a grain size of approx 50 to 75 μm.
Die aus A hergestellten Aufschlämmungen hatten eine Lagerbeständigkeit von ungefähr 2 Wochen.The slurries made from A had a shelf life of approximately 2 weeks.
Unter Verwendung der Aufschlämmungen von Tabelle II wurden Wachsmodelle (11,43 - 2,54 · 0,32 cm) beschichtet, indem man das Modell jeweils in eine der Aufschlämmungen eintauchte und dann entweder feinen oder groben gebrannten Kaolinton vvgl. Beispiel 3)Using the slurries from Table II, wax models (11.43 - 2.54 x 0.32 cm) coated by dipping the model in one of the slurries and then either fine or coarse burnt kaolin clay cf. Example 3)
aufbrachte. Dann ließ man die Beschichtung jeweils an der Luft 2 Stunden trocknen, bevor die nächste Beschichtung aufgebracht wurde. Die 5schichtigen Schalen wurden danach an der Luft 24 Stunden trockner gelassen.applied. The coating was then allowed to air dry for 2 hours before the next coating was applied. The 5-layer trays were then air dried for 24 hours calmly.
Hierauf wurde das Wachs aus den Schalen entfern und die Biegefestigkeit von daraus hergestelltei keramischen Streifen nach einem Verfahren bestimm! bei dem sich erhöhender Druck auf das Zentrum eine 7,62 cm langen Feldes des 2,54 cm breiten keraThe wax was then removed from the shells and the flexural strength of egg made from it ceramic strips according to a process determined! with increasing pressure on the center 7.62 cm long field of the 2.54 cm wide kera
mischen Streifens aufgebracht wird, bis der StreifeMix the strip is applied until the strip
bricht. Die so auf ihre Biegefestigkeit zu prüfendebreaks. The one to be tested for its flexural strength
keramischen Streifen wurden vorher bei 1000r< gebrannt und hatten eine Stärke von 0,5 bis 0,75 ccceramic strips were previously fired at 1000 r <and had a thickness of 0.5 to 0.75 cc
Einzelheiten der geprüften Gußformschalen unDetails of the tested mold shells un
der erhaltenen Biegefestigkeit sind in Tabelle Γ angegeben. Die angegebenen Biegefestigkeiten sir jeweils Durchschnittswerte aus Messungen an secl Prüfstreifen.the flexural strength obtained are given in Table Γ. The given flexural strengths are sir average values from measurements on secl test strips.
409523/3409523/3
Zubereitungen,
die zur Herstellung der
Aufschi iimmungen verwendet wurdenPreparations,
those used to manufacture the
Notices were used
Zur Herstellung der Schale
verwendete BeschichtungenFor making the shell
coatings used
vor dem Brennenbefore burning
kp, cm-kp, cm-
24,524.5
12,612.6
37,137.1
B 1 Beschichtung erste 7,3B 1 coating first 7.3
Aufschlämmung/feiner
Kaolinton +
4 Schichten zweite
Aufschlämmung/feiner
KaolintonSlurry / finer
Kaolin clay +
4 layers second
Slurry / finer
Kaolin clay
B 1 Beschichtung erste 3,3B 1 coating first 3.3
Aufschlämmung/feiner
Kaolinton +
4 Schichten zweite
Aufschlämmung/grober KaolintonSlurry / finer
Kaolin clay +
4 layers second
Slurry / coarse kaolin clay
1 Beschichtung erste 12,1 Aufschlämmung/feiner
Kaolinton +
4 Schichten zweite
Aufschlämmung/feiner
Kaolinton1 coating first 12.1 slurry / finer
Kaolin clay +
4 layers second
Slurry / finer
Kaolin clay
1 Beschichtung erste 7.7 Aufschlämmung/feiner
Kaolinton +
4 Schichten zweite
Aufschlämmung/grober Kaolinton1 coating first 7.7 slurry / finer
Kaolin clay +
4 layers second
Slurry / coarse kaolin clay
Diese Ergebnisse zeigen, daß die Zubereitung A der Zubereitung B bei der Herstellung von keramischen Gußformschalen überlegen ist.These results show that preparation A of preparation B in the manufacture of ceramic Mold shells is superior.
BiegefestigkeitFlexural strength
michme
dem Brennenthe burning
bei 1000"Cat 1000 "C
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung einer keramischen Gußformschale unter Verwendung der ersten und zweiten Aufschlämmung von Beispiel 5, die die Zubereitung A enthalten, und die Herstellung eines Metallgusses unter Verwendung dieser Gußformen. This example describes the manufacture of a ceramic mold shell using the first and second slurries of Example 5 containing Preparation A and the preparation a metal casting using these molds.
Auf ein Wachsmodell wurden insgesamt 6 Schichten aufgebracht, und zwar eine erste Schicht aus erster Aufschlämmung und feinem Kaolinton und fünf weitere Schichten aus zweiter Aufschlämmung und grobem Kaolinton. Jede Beschichtung wurde 2 Stunden trocknen gelassen, bevor die nächste aufgebracht wurde. Die 5schichtige Hülle wurde zuletzt in einem Windkanal 4 Tage getrocknet.A total of 6 layers were applied to a wax model, a first layer from the first Slurry and fine kaolin clay and five more layers of second slurry and coarse kaolin clay. Each coating was allowed to dry for 2 hours before the next applied became. The 5-layer casing was last dried in a wind tunnel for 4 days.
Dann wurde das Wachs in einem Dampfautoklav aus der Gußform entfernt und die Form bei 1000°C Stunde gebrannt.Then the wax was removed from the casting mold in a steam autoclave and the mold was heated at 1000 ° C Hour burned.
Ein Guß aus rostfreiem Stahl wurde unter Anwendung einer Formtemperatur von 1000° C und einer Temperatur des flüssigen Metalls von 16000C durchgeführt. Der Guß war zufriedenstellend und frei von Formeneinla,gerungen, Rißbildungen und Deformationen. A casting of stainless steel was carried out using a mold temperature of 1000 ° C and a temperature of the molten metal of 1,600 0 C. The casting was satisfactory and free of mold deposits, wrinkles, cracks and deformations.
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung einer Zubereitung nach der Erfindung.This example describes the production of a preparation according to the invention.
Eine wäßrige Natriumsilikatlösung (spez. Gewicht 15,5715.5s = 1,073; SiO2 :Na2O = 3,3:1; SiO2-Gehalt = 6,6 Gewichtsprozent) wurde durch eine mit einem Kationenaustauscherharz in der H+-Form gefüllte Kolonne und die dabei erhaltene Kieselsäurelösung (spez. Gewicht 1,038) dann unter Druck durch eine mit einem Anionenaustauscherharz (in der OH"-Form) gefüllte Kolonne perkoliert, wobei eine chloridfreie Kieselsäurelösung mit einem pH-Wert von 3,1 und einem spezifischen Gewicht von 1,037An aqueous sodium silicate solution (specific weight 15.5715.5 s = 1.073; SiO 2 : Na 2 O = 3.3: 1; SiO 2 content = 6.6 percent by weight) was filled with a cation exchange resin in the H + form Column and the resulting silica solution (specific weight 1.038) then percolated under pressure through a column filled with an anion exchange resin (in the OH "form), a chloride-free silica solution with a pH of 3.1 and a specific weight of 1.037
erhalten wurde. 62/3 1 der so erhaltenen Kieselsäurelösung wurden mit IV31 einer wäßrigen Lösung von Polyäthylenglykol (10 Gewichtsprozent; Molgewicht 20 000) bei Raumtemperatur unter kräftigem Rühren versetzt. Die dabei erhaltene stabilisierte Kieselsäurelösung halte einen SiO2-Gehalt von 5,9 Gewichtsprozent und eine Lagerzeit von mehr als einem Jahr.was obtained. 6 2/3 of 1 of the silicic acid solution thus obtained with IV 3 1 of an aqueous solution of polyethylene glycol (10 percent by weight; molecular weight 20,000) was added at room temperature under vigorous stirring. The stabilized silica solution obtained in this way has an SiO 2 content of 5.9 percent by weight and a storage time of more than a year.
28,5 30 Dieses Beispiel beschreibt die Verwendung einer erfindungsjiemäßen Zubereitung zur Herstellung von Papier mit verbesserter Griffigkeit.28.5 30 This example describes the use of a preparation according to the invention for the production of Paper with improved grip.
Es wurde eine wäßrige, mit Polyäthylenglykol (Molgewicht 20000) stabilisierte Kieselsäurelösun^; mit einem SiO2-Gehalt von 4 Gewichtsprozent hergestellt, in der das Gewichtsverhältnis von SiO2 zu Polyäthylenglykol 20:1 betrug. Diese Lösung (0,5 ml) wurde mit Wasser (1 ml) gemischt und das Gemisch auf ein Stück Kraftpapier (22.8 · 7,6 cm) gesprüht. Das Aufbringverhältnis betrug 0.012 g Gemisch/dm2. Der Gleitwinkel des behandelten Papiers betrug 31 . während der des nicht behandelten Papiers im Durchschnitt 19 betrug.It was an aqueous, with polyethylene glycol (molecular weight 20,000) stabilized Kieselsäurelösun ^; with an SiO 2 content of 4 percent by weight, in which the weight ratio of SiO 2 to polyethylene glycol was 20: 1. This solution (0.5 ml) was mixed with water (1 ml) and the mixture sprayed onto a piece of kraft paper (22.8 x 7.6 cm). The application ratio was 0.012 g mixture / dm 2 . The slip angle of the treated paper was 31. while that of the untreated paper averaged 19.
Dieses Beispiel beschreibt die Verwendung einer erfindungsgemäßen Zubereitung zum Verbessern der schmutzabweisenden Eigenschaften von Teppichen.This example describes the use of a preparation according to the invention to improve the dirt-repellent properties of carpets.
Es wurde eine wäßrige Kieselsäurelösung gemäß Beispiel 8 hergestellt. Diese Lösung (33 g) wurde mit einem Benetzungsmittel (0,2 ml) gemischt und das Gemisch auf Teppichproben gesprüht. Dann wurde ein Gemisch aus gesiebtem Staubsaugerschmutz(350 g) und Ruß (50 g) in einer Menge von 0,27 g/dm2 in die Teppichproben eingerieben. Hierauf wurden die Teppichproben geschüttelt und gereinigt. Die mit der erfindungsgemäßen Zubereitung vorbehandelten Teile des Teppichs waren danach viel sauberer als andere, zum Vergleich dienende Teile, die nicht vorbehandelt worden waren.An aqueous silica solution according to Example 8 was prepared. This solution (33 g) was mixed with a wetting agent (0.2 ml) and the mixture sprayed onto carpet samples. A mixture of sieved vacuum cleaner dirt (350 g) and carbon black (50 g) was then rubbed into the carpet samples in an amount of 0.27 g / dm 2. The carpet samples were then shaken and cleaned. The parts of the carpet pretreated with the preparation according to the invention were then much cleaner than other parts used for comparison that had not been pretreated.
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