DE2331137C2

DE2331137C2 - Feuerfeste Isolierformmasse

Info

Publication number: DE2331137C2
Application number: DE2331137A
Authority: DE
Inventors: Thomas Aquinas Tonawanda N.Y. Myles
Original assignee: Carborundum Co 14302 Niagara Falls Ny Us
Current assignee: Carborundum Co 14302 Niagara Falls Ny Us
Priority date: 1972-06-23
Filing date: 1973-06-19
Publication date: 1983-04-21
Also published as: GB1440265A; JPS4962512A; JPS5614637B2; DE2331137A1; IN140849B; CA1014290A

Description

dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierformmasse noch 2 bis 7%, bezogen auf Feststoffgehalt, hochmolekulares Acrylpolymerisat enthält.

2. Isolierformmasse, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff neben 40 bis 42% feuerfesten Fasern und 54 bis 56% feinteiliger Kieselsäure noch 3 bis 4% hochmolekulares Acrylpolymer enthält.

3. Isolierformmasse nach Anspruch 1 oder 2, 2-> dadurch gekennzeichnet, daß sie noch Hohlkugeln aus der Gruppe Aluminiumoxid, Aluminiumsilicat. Siliciumdioxid, Glas enthält.

4. Isolierformmasse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie noch Hohlkugeln «ι aus Polyurethan, Polyamid, Polyäthylen, Polypropylen enthält.

Die Erfindung betrifft eine feuerfeste Isolierformmasse zur Verwendung bei Temperaturen bis 1300°C. Sie besteht aus 31 bis 55% Feststoff und als Rest 69 bis 45% Trägerflüssigkeit. Der Feststoffanteil besteht aus feuerfesten Fasern aus Aluminiumoxid, Aliitniniumsiücat, Boroxid, Borcarbid. Bornitrid, Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Calciumaluminiumsilicat, Glas- oder Mineralwolle in einer Menge von 40 bis 87% und aus 56 bis 6% feinteiligem Siliciumdioxid. Die Triigerflüssigkeii besteht aus Wasser, Methanol, Äthanol, Äthylenglykol oder Diäthylenglykol. Alle Gehaltsprozentangaben sind Gewichtsprozente.

Aus DE-AS 12 52 570 und der US-PS 32 53 936 sind feuerfeste Isolierformmassen bekannt, die aus anorganibchen Fasern, feinteiligem Siliciumdioxid und einer Trägerflüssigkeit, meist Wasser, bestehen. Diese Formmassen lassen sich zwar leicht in die gewünschte Form bringen, beim Trocknen schrumpfen sie aber um etwa 1 bis 5% des ursprünglichen Volumens. Dadurch bilden sich in dem Endprodukt unerwünschte Risse und auch die Haftung auf dem Untergrund, auf dem die Formmasse aufgetragen wird, kann durch die Schrumpfung beeinträchtigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine t>o feuerfeste Isolierformmasse der eingangs angegebenen Zusammensetzung zu schaffen, die nach dem Auftragen und Trocknen eine rißfreie feuerfeste Isolierschicht ergibt, die auch beim Erhitzen bis zu 1300⁰C ihre Festigkeit behält und am Untergrund haften bleibt. b5

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einer feuerfesten Isolierformmasse der eingangs angegebenen Zusammensetzung 2 bis 7% bezogen auf den Feststoffgehalt hochmolekulares Acrylpolyrnerisat zuzusetzen.

Die Verwendung des als Dickungsmittel dienenden hochmolekularen Acrylpolymers ist zur Hemmung der Schrumpfung bei der Isolierformmasse gemäß der Erfindung wesentlich. Ähnliche Dickungsmittel, wie Poiysaccharidgummis, Polysilicatgemische aus Kieselsäure und Lithiumoxid sowie aus Kieselsäure und Tonerde, Hydroxypropylcellulose, Hydroxyäthylcellulose und Calciumaluminat, sind als Schrumpfungsinhibitoren unwirksam. Die unerwartete Wirksamkeit des Acrylpolymeren in der Isolierformmasse gemäß der Erfindung kann teilweise auf seine Isolierformmasse gemäß der Erfindung kann teilweise auf auf seine Fähigkeit zurückzuführen sein, klare, gleichmäßige nicht-Newtonsche Lösungen von hoher Viskosität und Zähigkeit zu bilden. Zwar ist das bevorzugte Acrylpolymer im wesentlichen nichtionisch, doch sind auch andere wasserlösliche Acrylpolymere — sowohl solche vom kationischen als auch solche vom anionischen Typ— hinsichtlich der Schrumpfungshemmung bei der Isolierformmasse gemäß der Erfindung gleich wirksam. Anscheinend bilden die Acrylpolymere mit den Kolloiden und suspendierten Teilchen der Masse Komplexe. Danach könnte es dann zwischen den Kieselsäureteilchen und den keramischen Fasern zur Bildung langer Ketten kommen, die die zusätzliche Festigkeit liefern, die zur Verhinderung der Schrumpfung bei den getrockneten feuerfesten Formkörpern erforderlich ist.

Isolierformmassen gemäß der Erfindung mit — bezogen auf die lösungsmittelfreie Substanz — 2 bis 7% Acrylpolymer zeigen beim Trocknen eine lineare Schrumpfung von weniger als 0,3%, wenn man die Isolierformmasse direkt an der Formwand haften läßt.

Das Acrylpolymer ergibt eine ausgezeichnete Haftung der Formmasse an Formoberflächen und verleiht der Masse eine gute Verarbeitbarkeit, wenn Lösungsmittel zugesetzt wird. Die Isolierformmasse kann — je nach der zugesetzten Menge Lösungsmittel — gepumpt, gespritzt oder mit der Kelle aufgetragen werden. Die Masse kann in geeigneten Gefäßen in Form einer fertig gemischten Paste geliefert werden, die am Verwendungsort nur noch mit Lösungsmittel gemischt zu werden braucht. Die Masse kann aber auch in Form gebrauchsfertiger nasser Matten, die in Kunststoffolien eingeschlossen sind, geliefert werden.

Die erhaltene Mischung kann leicht durch Gießen, Spritzen oder auf andere Weise in jede gewünschte Form gebracht werden. Die Dichte dc ^ Endproduktes der Masse kann durch Menge und Art des verwendeten Lösungsmittels beeinflußt werden und kann von etwa 1,1 bis 1,5 g/cm³ reichen.

Eine kolloidale amorphe Kieselsäure wird als Bindemittel verwendet, da deren Teilchen außerordentlich klein sind, etwa in der Größenordnung von 12 bis 15 nm. Eine zur Herstellung einer Isolierformmasse gemäß der Erfindung verwendete kolloidale Kieselsäure war ein im Handel erhältliches Produkt, das aus einer wäßrigen Dispersion von 40% kolloidaler amorpher Kieselsäure bestand, deren Teilchen eine mittlere Größe von 13 bis 14 nm hatten. Die Dichte der Lösung betrug 1,25 g/cm³. Andere Kieselsäuredispersionen, die ebenfalls verwendet wurden, hatten einen Gehalt von 30,20 und 10% kolloidaler amorpher Kieselsäure.

Die bei den Isolierformmassen der Erfindung verwendeten Füllstoffe sind keramische Fasern aus Aluminiumoxid, Aluminiumsilicat, Boroxid, Borcarbid,

Bornitrid, Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Calciumaluminiumsilicat Glas oder Mineralwolle. Die Fasern sollen ein Längen/Durchmesser-Verhältnis von mindestens 1000:1 und vorzugsweise eine mittlere Länge von etwa 12,5 bis 25 mm und Durchmesser von etwa 1 bis etwa 20 μΐη haben. Von den obengenannten Faserarten werden Aiuminiumsilicatfasern bevorzugt

Zusätzlich zu den als Füllstoffe genannten keramischen Fasern können als weitere Füllstoffe kleine Hohlkugeln aus keramischem Material oder Kunststoff verwendet werden, um die Dichte des feuerfesten Endproduktes zu verringern und seine Isoliereigenschaften zu verbessern. Die keramischen Kugeln bestehen aus Aluminiumoxid, Aluminiumsulfat, Siliciumdioxid oder Glas. Falls keramische Kugeln benutzt werden, werden sie der Masse zusammen mit den Fasern zugesetzt, wobei der Anteil der Kugeln etwa die Hälfte bis das Doppelte des Gewichts der eingesetzten Fasern beträgt Die Kunststoffkuseln bestehen aus Polyurethanen, Polyamiden, Polyäthylenen oder PoIypropylenen. Da sie erheblich leichter als keramische Kugeln sind und eine gleiche Gewichtsmenge infolgedessen einen größeren Raum einnimmt, können sie nur in einer Menge von 1/4 bis zur Hälfte des Gewichtes der Fasern der Masse zu gesetzt werden. Wenn das aus der Masse hergestellte Formgebilde hohen Temperaturen ausgesetzt wird, brennen die Kunststoffkugeln aus und hinterlassen eine vorbestimmte Zahl von Hohlräumen, die die Isoliereigenschaften des feuerfesten Materials verbessern.

Eine bevorzugte Zusammensetzung besteht — ohne Lösungsmittel — aus 54 bis 56% feinteiliger Kieselsäure, 40 bis 42% Faserfüllstoff und 3 bis 4% hochmolekularem Acrylpolymer.

Das zugesetzte Lösungsmittel kann Wasser oder ein Gemisch von Wasser und verträglichen Alkoholen, wie Methanol, Äthanol, Äthylenglykol, Diäthylenglykol u. dgl., sein. Die Feststoffe können, bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension, aus 23 bis 27% Füllstoffen, 1 bis 31% feinverteiher Kieselsäure und etwa 1 bis etwa 3% hochmolekularem Acrylpolymer bestehen. Eine bevorzugte Mischung enthält 44 bis 46% Lösungsmittel, in dem 56 bis 54% Feststoffe suspendiert sind. Die Feststoffe können, bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension, aus 22 bis 23% Faserfüllstoffen, 29 bis 31% feinteiliger Kieselsäure und 1 bis 3% hochmolekularem Acrylpolymer bestehen.

Tabelle

Obwohl das bei der Isolierformmasse gemäß der Erfindung bevorzugte Lösungsmittel Wasser ist, kann es auch in Verbindung mit anderen verträglichen Lösungsmitteln, wie Äthanol, Äthylenglykol, Diäthylenglykol u. dgl., verwendet werden. Die Masse kann unter Verwendung von Äthylenglyko! und der begrenzten Menge Wasser, die in der kolloidalen Kieselsäurelösung vorhanden ist als Lösungsmittel zu einer dicken Paste vorgemischt werden, die dann nach Bedarf in geeigneten Gefäßen gelagert wird. Am Verwendungsort kann dann später das zusätzlich benötigte Wasser zugesetzt werden, dessen Menge von der Dichte und Viskosität abhängt die für den ordnungsgemäßen Auftrag der Masse erforderlich sind. Nach dem Auftrag kann die feuchte Masse an der Luft oder, falls die Zeit knapp ist, bei 90 bis 110° C getrocknet werden.

Die Mischungen für die Isoliermassen gemäß der Erfindung können leicht nach Standardmethoden bereitet werden. Das Beispiel gibt einen Ansatz für die Herstellung von 544 kg Isolierformmasse wieder.

Beispiel

Komponenten

Nichtionisches Acrylpolymer 10,9 kg

Äthylenglykol 26,51

Kolloidale Kieselsäure-Dispersion 340 I

Lose Fasern 130,7 kg

Unter Rühren wird das Äthylenglykol mit dem Acrylpolymeren vermischt. Unter fortgesetztem Rühren wird das Äthylenglykol mit dem Acrylpolymeren vermischt. Unter fortgesetztem Rühren wird sodann die Kieselsäure-Dispersion und anschließend die Fasermenge zugefügt. Das Rühren wird fortgesetzt, bis eine gleichmäßige Mischung entstanden ist.

Die Zusammensetzung der Isoliermasse gemäß der Erfindung kann durch Abänderung des Feststoffgehaltes variiert werden; Mischungen mit niedrigem Feststoffgehalt werden zum Auftragen durch Spritzen bevorzugt. Beispiele von Mischungen in diesen Bereichen, bei denen der Feststoffgehalt der Masse durch Verwendung kolloidaler Kieselsäure-Dispersionen verschiedener Konzentration bei gleichbleibenden Mengen Aluminiumsilikatfaser-Füllstoff und Acrylpolymer verändert wurde, sind in der Tabelle aufgeführt.

Aluminiumsilicatfaser

Kieselsäure

Wasser

Acrylpolymer

Kieselsäure-Lösung

Zugesetztes Wasser

Feststoffe in der Masse

40%	30%	20%	10%
Kieselsäure	Kieselsäure	Kieselsäure	Kieselsäure
1026 g	1026 g	1026 g	1026 g
3428 g	2385 g	1480 g	696 g
-	795 g	1480 g	2088 g
86,3 g	86,3 g	86,3 g	86,3 g
2617 ml	1821 ml	1130 ml	531 ml
-	795 ml	1480 ml	2088 ml
54,6%	42,6%	34,6%	30,4%

Obgleich in der vorstehenden Rezeptur Aluminiumsi-bs likatfaser als Füllstoff aufgeführt ist, können auch andere hitzebeständige Stoffe verwendet werden. Isoliermassen von geringerer Dichte können durch Ersatz eines Teils der Fasern durch Hohlkugeln aus keramischem Material oder Kunststoff erhalten werden.

Die Zusammensetzung der Isoliermassen gemäß der

Erfindung kann so gewählt werden, daß die hergestell-

ten feuerfesten Formkörper bei Temperaturen bis 1300⁰C beständig sind. Sie können beispielsweise bei öfen zur Isolierung von Verbindungsrohren und anderen freiliegenden Metallteilen, zur Isolierung von Brennerblöcken oder zum Verschließen von Rissen in den Verbindungen zwischen Isolierblöcken verwendet werden. Die Masse ist ferner zum Beschichten und Isolieren vieler anderer Arten von Hochtemperaturanlagen brauchbar, insbesondere in Fällen, wo eine direkte Haftung der Masse von Bedeutung ist und wo das -, Schrumpfen beim Trocknen so gering wie möglicii gehalten oder ganz vermieden werden muß.

Claims

Patentansprüche:

1. Feuerfeste Isolierformmasse zur Verwendung bei Temperaturen bis 1300° C, bestehend aus

31 bis 55% Feststoff aus 40 bis 87% feuerfesten Fasern aus Aluminiumoxid, Aluminiumsilicat, Boroxid, Borcarbid, Bornitrid, Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Silici- ι ο umcarbid, Calciumaluminiumsilikat, Glas- oder Mineralwolle und 56 bis 6% feinteiligem Siliciumdioxid sowie

69 bis 45% Trägerflüssigkeit aus der Gruppe

Wasser, Methanol, Äthanol, Äthylen- r, glykol, Diäthylenglykol,