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Kunststeine und Werkstoffgemische für ihre Herstellung.
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Die ungeheure Zahl möglicher Anwendungen von Magnesiumoxychloridteilen
als Werkstoffe für schwere Konstruktionen, Möbel, Hausrat, Ausrüstungen und Schmuckwaren
ist seit langem erkannt worden, jedoch wurden auf Grund gewisser unerwünschter Eigenschaften
des Grundmaterials nur einige wenige mögliche Anwendungen verwirklicht. Zu den Zusätzen
zur Grundmischung, die bisher vorgeschlagen wurden, um das Material zu verbessern,
gehören Asphalt, Albumin und Casein, die in der US-PS 482 367 vorgeschlagen werden,
und Schellack und Calciumsulfat als Verunreinigung, die in der US-PS 1 078 100 vorgeschlagen
wurden. In der US-PS 1 626 577 wird der Zusatz von Essigsäure, Zinksulfat und Wachs
und in der US-PS 2 321 522 der Zusatz von Wachs vorgeschlagen. Keiner dieser vorgeschlagenen
Zusätze löst alle Probleme in Bezug auf Kosten, Verarbeitbarkeit, Festigkeit, Prorosität
und thermischen Abbau. Das Standardmaterial wirkt außerdem äußerst korrodierend
auf Eisenmetalle und wirft hierdurch ein ernstes Problem bei Verstärkungen, Bewehrungen
und
Befestigungen auf.
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Diese und andere Schwierigkeiten, die bei den bekannten Massen auf
Basis von Magnesiumoxychlorid auftreten, werden durch die Erfindung in neuartiger
Weise ausgeschaltet.
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Die Erfindung stellt sich demgemäß die Aufgabe, eine Masse verfügbar
zu machen, die a) leicht und schnell in die gewünschten Formen für einen weiten
Bereich von Anwendungen von schweren Konstruktionen bis zu Schmuckwaren gebracht
werden kann, b) deren physikalische Eigenschaften einschließlich Festigkeit, Härte,
Zähigkeit, Hitzebeständigkeit und Feuerfestigkeit, Porosität, Oberflächenreibung,
keimtötende Wirkung (pH anticeptic action) und Elastizität auf die speziellen Anwendungen
zugeschnitten werden können, c) die mit verhältnismäßig geringen Kosten herstellbar
ist, die durch vorteilhaftes Strecken durch Zusatz billiger und überreichlich verfügbarer
Füllstoffe weiter gesenkt werden können, d) die hervorragende thermische Stabilität
im Vergleich zu anderen Magnesiumoxydzementen aufweist, e) Magnesiumoxydzemente
enthält, die Eisenverbindungen nicht korrodierend angreifen, wie es normalerweise
der Fall ist, f) nach vollständiger Erhärtung eine Druckfestigkeit von 1400 kg/cm2
aufweisen kann und g) Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts bis zu 7600C ohne
nachteilige Veränderung widersteht.
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Die Erfindung ist auf Magnesiumoxychlorid- und Magnesium oxysulfatzemente
und -beton gerichtet. In Abhängigkeit von den gewünschten physikalischen Eigenschaften
wird Magnesiumoxyd mit Lösungen von Magnesiumchlorid, Magne- ' siumsulfat, Eisen(II)-chlorid,
Eisen(II)-sulfat, Zinkchlorid und Zinksulfat gemischt. Weitere vorteilhafte und
nützliche Bestandteile werden zugesetzt, um die physikalischen Eigenschaften weiter
auf den speziellen Verwendungszweck zuzuschneiden. Füllstoffe werden zugesetzt,
um das Material je nach seinen Eigenschaften zu strecken und nützliche und bequeme
Verwertungen für die verschiedensten überreichlich vorhandenen Materialien, deren
Beseitigung gewünscht wird, zu schaffen.
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Es wurde gefunden, daß verschiedene Zusätze und Modifikationen der
Standardrezeptur die physikalischen und chemie schen Eigenschaften von Magnesiumoxydzementen
und Magnesiumoxychloridzementen verbessern. Zur Herstellung der Grundmasse werden
Magnesiumoxyd und eine gesättigte Magnesiumchloridlösung gemischt.
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In modifizierter Form eignet sich das Material für alle Zwecke, bei
denen ein fester, steinartiger, gießbarer Keramikzement verwendet werden kann, und
zwar als Ersatz für Portlandzement bei Schwerkonstruktionen bis zum Er-Gatz von
Halbedelsteinen in Schmuckwaren. Dazwischen liegen Anwendungen wie Möbel, Hausrat,
technische Ausrüstungen, Wandplatten, Auskleidungen von Feuerungsanlagen, Gartendekorationen,
Statuen, Standbilder, dekorative Gebäudeoberflächen, keramische Anstrichstoffe,
Elektroisolierungen, Särge, Grabsteine und Konstruktionsteile.
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Bei einer Modifikation werden Chemikalien verwendet, die zur Bildung
des Zements mit dem Magnesiumchlorid zusammenwirken oder es ersetzen. Als solche
Chemikalien kommen Eisen(II)-chlorid, Zinkchlorid, Calciumchlorid,
Magnesiumsulfat,
Eisen(II)-sulfat und Zinksulfat sowie Kombinationen dieser Chemikalien in Frage.
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Die Zemente gemäß der Erfindung können als solche verwendet werden,
jedoch werden normalerweise verschiedene Füllstoffe und Zuschlagstoffe zugesetzt,
um sie zu strecken und ihre Eigenschaften zu modifizieren. Auf Grund der erheblichen
Bindefähigkeit der Zemente gemäß der Erfindung können inerte Füllstoffe einen großen
Teil der Masse einer gegebenen Mischung ausmachen und hierdurch einen großen Einfluß
auf Eigenschaften wie Druckfestigkeit, Porosität, Wärmeausdehnung und -kontraktion,
Elastizität, Bruchfestigkeit, Zugfestigkeit, dielektrische Festigkeit, thermische
Stabilität, kei;ntötende Wirkung, Widerstandsfähigkeit gegen Schädlinge, Abriebfestigkeit,
Wärmeleitfähigkeit, Schalleitfähigkeit und Schalldämmvermögen, Beständigkeit gegen
Chemikalien, Haftfestigkeit, Gefüge und Beständigkeit gegen Zersetzung durch Licht
ausüben. Als inerte Füllstoffe kommen Sand, Gestein, Kies, Marmorsplitter, Siliciumdioxydpulver,
Schmirgelpulver, Glaspulver, Calciumsulfat, Asche, feuerfeste Materialien, Bentonit,
Bauxit, Vermiculit, Perlit, Bimsstein, Sägemehl, Holzmehl, Nußschalen, Holzspäne,
Korkmehl, Korkabfälle, Korallensplitter und Rückstände von Müllverbrennungsanlagen
in Frage.
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Bei einem gegebenen Füllstoff hängt die Maximierung der Festigkeit
von der Größe der Füllstoffteilchen ab. Beispielsweise wird maximale Festigkeit
bei einem Füllstoff einer Korngröße von 74/u erzielt, wenn 0,25 Gew.-Teile Füllstoff
pro Gew.-Teil Magnesiumoxyd verwendet werden.
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Andererseits wird bei einem Füllstoff einer Korngröße von 0,25 bis
0,59 mm maximale Festigkeit bei Verwendung von 4 Gew.-Teilen Füllstoff pro Gew.-Teil
Magnesiumoxyd erreicht.
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Bei Verwendung von Füllstoffen, die Wasser absorbieren
und
aufsaugen, oder porösen Füllstoffen sollte der Füllstoff mit einer verdünnten Lösung
von Magnesiumchlorid oder dessen Ersatz getränkt werden. Diese Maßnahme gestattet
es dem Zement nicht nur, seine Feuchtigkeit während des Abbindens und Erstarrens
zurückzuhalten, sondern vermindert auch die bei Verwendung von klarem Wasser zum
Benetzen des Füllstoffs stattfindende Schwindung des Füllstoffs beim Trocknen. Außerdem
wird die Entflammbarkeit von als Füllstoff verwendetem Holz durch die restlichen
Salze herabgesetzt.
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Schließlich können gewisse nützliche und vorteilhafte Mittel den vorstehend
beschriebenen verschiedenen Zementen zugesetzt werden, um die physikalischen und
chemischen Eigenschaften auf spezielle Anwendungen zuzuschneiden. Durch Zusatz von
Siliconen, Latex, Alaun, Siliciumdioxydpulver, Melamin mit Ammoniumchlorid, Bariumsulfat
oder von Aluminiumoxyd mit Kupfersulfat werden Porosität und Angriff durch Wasser
vermindert. Durch Zusatz von Talkum oder Kreide wird die Oberflächenreibung verringert.
Durch Zusatz von Leinöl oder Ölsäure wird der pH-Wert erniedrigt. Zusatz von Porzellanpulver
oder feuerfestem Granulat schwächt die Wirkung von Temperatur und Elektrizität ab.
Durch Zusatz von Eisenoxyden oder anderen Pigmenten, die in basischer Umgebung beständig
sind, wird die Farbe verändert.
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Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.
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Beispiel 1 Magnesiumoxyd 3 Teile Magnesiumchloridlösung 4 Teile Dieses
Gemisch wird als "Standard"-Magnesiumoxychloridzement angesehen. Falls nicht anders
angegeben, sind alle Zusammensetzungen in Gewichtsteilen ausgedrückt.
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Das Magnesiumoxyd hat eine Reinheit von etwa 95%, enthält keine organischen
Verunreinigungen und ist auf eine Korngröße von 74ji gemahlen. Die Magnesiumchloridlösung
wird hergestellt durch Auflösen von kristallinem Magnesiumchlorid (MgCl2.6 H20)
in Wasser bis zu einem 0 , 0 spezifischen Gewicht von 1,22 (25 Be) bei 21 C. Die
Materialien können mit etwa 12 Teilen Füllstoff, z.B.
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Sand, gemischt werden. Wenn die Ausgangsmaterialien eine Temperatur
von 21°C haben, erhärtet das Gemisch bis zur Berührungsfestigkeit in 3 Stunden.
Es kann in 8 Stunden entformt werden und hat nach 7 Tagen eine Druck-2 festigkeit
von 210 bis 490 kg/cm und eine Zugfestigkeit 2 von 70 kg/cm . Die Abbinde- und Erhärtungszeiten
hängen von der Temperatur ab. Wenn die Bestandteile beispielsweise eine Temperatur
von 27 0C haben, erhärtet die Paste fast augenblicklich bis zur Berührungsfestigkeit.
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Diese Standardmischung hat zwar hervorragende Festigkeit, weist jedoch
zahlreiche unerwünschte Eigenschaften auf.
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Die Einwirkung von Temperaturen oberhalb von 177°C kann sehr nachteilig
sein. Ferner hat die Standardmischung eine äußerst starke korrodierende Wirkung,
so daß die Verwendung von Eisenmetallen als Verstärkungen und Bewehrungen oder Befestigungsmittel
ausgeschlossen ist.
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Auf Methoden zur Ausschaltung dieser und anderer Nachteile der Standardmischung
wird nachstehend ausführlicher eingegangen.
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Beispiel 2 Magnesiumoxyd 3 Teile Wasser (3,785 1) Magnesiumchlorid
(3,17 kg) ) 4 Teile Magnesiumsulfat (425 g) ) Zur Herstellung der Magnesiumchlorid-
und Magnesiumsulfat lösung sollte zuerst das Sulfat und dann das Chlorid gelöst
werden, und die Lösung sollte über Nacht stehen
gelassen werden,
um vollständige Auflösung sicherzu stellen. Das Gemisch wird wie in Beispiel 1 hergestellt,
und der erhaltene Zement widersteht der Einwirkung einer Temperatur von 1500 0C
ohne Dehydratisierung oder Rißbildung. Die Standardmischung ist nur bis zu Temperaturen
von etwa 350°C beständig.
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Beispiel 3 Magnesiumoxyd 3 Teile Magnesiumsulfatlösung 4 Teile Eine
gesättigte Magnesiumsulfatlösung wird zur Bildung eines Zements verwendet, der hohe
Hitzebeständigkeit im Vergleich zur Standardmischllng aufweist.
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Beispiel 4 Magnesiumoxyd 3 Teile Wasser (3,785 1) Magnesiumchlorid
(3,175 kg) # 4 Teile Alaun (Kaliumaluminiumsulfat) (425 g) Dieser Zement hat hohe
Temperaturbeständigkeit.
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Beispiel 5 Magnesiumoxyd 3 Teile Sand 12 Teile Magnesiumchloridlösung
4 Teile Asbest 5 Teile Dieses Gemisch hat verhältnismäßig hohe Temperaturbeständigkeit.
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Beispiel 6 Magnesiumoxyd 100 Teile Eisen(II ) -chlorid 45 Teile Wasser
60 Teile
Das Eisen(II)-chlorid wird iin Wasser gelöst und das Gemisch
in üblicher Weise gebildet. Der Vorteil dieses Gemisches liegt darin, daß es Eisenmetalle
nicht angreift, während das Standardgemisch eine äußerst starke korrodierende Wirkung
auf Bewehrungen oder Befestigungen aus Eisenmetallen hat.
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Beispiel 7 Magnesiumoxyd 100 Teile Eisen(II)-sulfat 45 Teile Wasser
60 Teile Dieser Zement vereinigt in sich den Vorteil, daß er ebenso wie das Gemisch
gemäß Beispiel 6 nicht korrodierend wirkt, mit hoher Temperaturbeständigkeit. Er
ist in Wasser leicht löslich.
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Beispiel 8 Magnes iumoxyd 100 Teile Magnesiumchlorid 23 Teile Eisen(II)-sulfat
23 Teile Wasser 60 Teile Dieser Zement hat die'vorteilhaften Eigenschaften des Gemisches
von Beispiel 7, ist jedoch beständiger gegen Wasser.
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Beispiel 9 Magnesiumoxyd 3 Teile Magnesiumchloridlösung 4 Teile Sand
(Körnung 0,25-0,59 mm) 12 Teile Durch diesen Anteil von Sand oder eines anderen
Füllstoffs mit einer Körnung von 0,25 bis 0,59 mm wird maximale Festigkeit für diese
Teilchengröße erzielt.
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Beispiel 10 Magnesiumoxyd 12 Teile Magnesiumchloridlösung 16 Teile
Siliciumdioxydpulver (74 zur 3 Teile Dieser Anteil an sehr feinem Sand oder eines
anderen Füllstoffs einer Korngröße von 74/u ergibt maximale Festigkeit für diese
Teilchengröße.
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Beispiel 11 Magnesiumoxyd 3 Teile Magnesiumchloridlösung 4 Teile
Sand (0,25-0,59 mm) 12 Teile Siliciumdioxyd (74 /u) 15 Teile Dieses Gemisch ist
verhältnismäßig unporös und hat eine besonders hohe Festigkeit in Wasser.
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Beispiel 12 Magnesiumoxyd 3 Teile Magnesiumchloridlösung 4 Teile
Sand 12 Teile Silicon 0,4 Teile Silicon in Lösung kann unmittelbar der Magnesiumchloridlösung
zugemischt werden. Der endgültige Zement hat geringe Porosität und hohe Festigkeit
in Wasser.
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Beispiel 13 Magnesiumoxyd 3 Teile Magnesiumchloridlösung 4 Teile
Sand 12 Teile Bariumsulfat 1 Teil Das Bariumsulfat wird unmittelbar in der Magnesiumchloridlösung
gelöst. Das Gemisch wird wie üblich hergestellt. Das erhaltene Material hat eine
härtere und weniger poröse Oberfläche als das Standardgemisch.
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Beispiel 14 Magnesiumoxyd 30 Teile Magnesiumchloridlösung 40 Teile
Sand 120 Teile Melaminharz 6 Teile Ammoniumchlorid 1,5 Teile Dieses Gemisch hat
eine geringe Porosität.
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Beispiel 15 Magnesiumoxyd 3 Teile Magnesiumchlorid 4 Teile Sand 12
Teile Schmirgel pulver (74 ) 15 Teile Dieses Gemisch hat hohe Abriebfestigkeit.
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Beispiel 16 Magnesiumoxyd 3 Teile Magnesiumchlorid 4 Teile Sand 12
Teile Porzellanpulver (74,u) 15 Teile Dieses Gemisch hat eine äußerst hohe Temperaturwechselfestigkeit
und geringe Wärmeleitfähigkeit und ist ein gutes Elektroisoliermaterial.
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Beispiel 17 Magnesiumoxyd 3 Teile Magnesiumchlorid 4 Teile Sand 12
Teile Talkumpulver 1 Teil Dieses Gemisch ergibt ein Produkt mit einer Oberfläche
mit geringer Reibung.
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Beispiel 18 Magnesiumoxyd 3 Teile Magnesiumchlorid 4 Teile Sand 12
Teile Kreidepulver 1 Teil Dieses Produkt hat ähnliche Eigenschaften wie das Produkt
von Beispiel 17.
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Beispiel 19 Magnesiumoxyd 3 Teile Magnesiumchloridlösung 4 Teile
Sand 12 Teile Ölsäure 0,4 Teile Das Standardgemisch ist ein basisches Material mit
einem pH-Wert von etwa 9. Diese Tatsache kann für die keimtötende Wirkung der Oberfläche
des Materials verantwortlich sein. Für dieses Gemisch müssen ferner Zusätze wie
Farbstoffe und Pigmente, die in basischer Umgebung beständig sind, verwendet werden.
Der pH-Wert dieses Gemisches kann durch Zusatz einer geeigneten Säure erniedrigt
werden.
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Beispiel 20 Magnesiumoxyd 3 Teile Magnesiumchloridlösung 4 Teile
Sand 12 Teile Leinöl 0,4 Teile Der pH-Wert dieses Gemisches ist ebenfalls erniedrigt.
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Beispiel 21 Magnesiumoxyd 3 Teile Magnesiumchloridlösung 4 Teile
Sand 12 Teile Bariumcarbonat 0,4 Teile Auch bei diesem Gemisch ist der pH-Wert erniedrigt.
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Beispiel 22 Magnesiumoxyd 13 Teile Magnesiumchlorid 2 Teile Sand
58 Teile Aluminiumoxyd 2 Teile Kupfersulfat 1 Teil wasser 24 Teile Die trockenen
Bestandteile werden sämtlich gut gemischt, worauf das Wasser zugesetzt wird. Dieses
Gemisch ist besonders beständig gegen Auflösung oder Angriff durch Wasser.
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Beispiel 23 Magnesiumoxyd 3 Teile Zinkchloridlösung (gesättigt) 4
Teile Dieses Gemisch und die Gemische der beiden folgenden Beispiele enthalten weitere
wirksame Ersatzstoffe für Magnesiumchlorid.
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Beispiel 24 Magnesiumchlorid 3 Teile Calciumchloridlösung (gesättigt)
4 Teile Beispiel 25 Magnesiumoxyd 3 Teile Zinksulfatlösung (gesättigt) 4 Teile