DE2542710A1

DE2542710A1 - Verfahren zur verbesserung der druckfestigkeit von tonwaren

Info

Publication number: DE2542710A1
Application number: DE19752542710
Authority: DE
Inventors: Hans Jaklin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-09-25
Filing date: 1975-09-25
Publication date: 1977-03-31
Also published as: AT363379B; ES450981A1; CH605462A5; DK154134C; NL184107B; GB1496103A; DK431476A; NL184107C; FR2325618B1; NL7610546A; ATA710476A; IT1066326B; DE2542710B2; DK154134B; BE846105A; DE2542710C3; FR2325618A1; LU75868A1

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT₁ DIPLOMCHEMIKER

5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90 O K / O 7 1 Π

Köln, den 15. September 1975 Eg/Fi/167

Hans Jaklin, 55oo Trier,. Devorastraße 4 Verfahren zur Verbesserung der Druckfestigkeit von Tonwaren

Die Erfindung betrifft die Verbesserung der Herstellung und der Gebrauchseigenschaften von Tonwaren, insbesondere Irdengut oder Tongut mit porösen Scherben wie Ziegel und Klinker, Töpferwaren einschließlich Terrakotta, Fayencen, Majolika, Ofenkacheln und Feuertonwaren, sowie Steingut, Sintergut oder Tonzeug mit dichten Scherben wie Kanalisationssteinzeug, Spaltplatten oder Bodenfließen (siehe Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 17. Band, Stichwort Tonindustrie). Die genannten verschiedenen keramischen Erzeugnisse auf Basis von Ton benötigen Rohstoffe, die hinsichtlich Korngröße, Schwindung und Plastizität der feuchten Massen bestimmten Anforderungen genügen müssen. Die Ziegelerden und Tone müssen sich nach Mineralinhalt, Kornaufbau und Struktur rationell verarbeiten lassen. Wegen ungünstiger Zusammensetzung der Tonminerale oder des Gehalts von Verunreinigungen eignen sich viele Vorkommen von Ziegelerden und Tonen nicht als Rohstoffe bestimmter Tonwaren, beispielsweise nicht als Klinkertone oder Steinzeugtone.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß Tone und Lehm minderer Qualität als Rohstoffe für die Herstellung von insbesondere Ziegelklinker, Kacheln oder Tonrohren verwendet werden können, wenn man in die Rohmasse mindestens

o,o5 Gew.-% kolloider Kieselsäuren oder Silikate des Magnesiums, Calciums,-Bariums oder Aluminiums mit einer spezifischen Oberfläche über 15 qm/g, gemessen nach BET, bis zur gleichmäßigen Verteilung einarbeitet. Bei den üblichen als Rohstoff ohne weiteres geeigneten Rohstoffen, insbesondere Tonmineralen,bewlrktder erfindungsgemäße Zusatz der aktiven kolloiden Kieselsäuren oder Silikate eine ganz überraschende Erhöhung der Druckfestigkeit der gebrannten keramischen Erzeugnisse.Bereits mit Zusätzen in der Größenordnung von o,5 bis 1 Gew.-% läßt sich bei sonst gleicher Zusammensetzung der Rohmasse und identischen Bedingungen der Aufbereitung, der Formgebung und des Brennens eine Verdoppelung der Druckfestigkeit der gebrannten Erzeugnisse erreichen. Bestimmte angestrebte Druckfestigkeiten können mit niedrigeren Brenntemperaturen oder kürzeren Brennzeiten erzielt werden. Dementsprechend kann an Tonmasse gespart werden, beispielsweise kann bei Tonrohren die Wandstärke etwa um die Hälfte reduziert werden. Das ermöglichst einen besseren Durchbrand und damit eine weitere Erhöhung der Festigkeit in der Praxis. Gleiche Festigkeiten von Steinzeugartikeln lassen sich also bei halbem Gewicht und entsprechender Rohstoffeinsparung verwirklichen.

Es ist bekannt, keramischen Massen Kieselsäure in Form von Quarz oder Quarzit zuzusetzen, der auch sehr fein gemahlen sein kann, ohne daß auch nur annähernd vergleichbare Ergebnisse wie durch den erfindungsgemäßen Zusatz der aktiven kolloiden Kieselsäuren oder Silikate erreicht werden.

Unter"kolloider Kieselsäure" bzw. "kolloiden Silikaten" werden gemäß der Erfindung folgende Stoffgruppen verstanden:

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I. wässrige Kieselsäure-Sole mit einem Feststoffgehalt bis zu 3o Gew%, insbesondere 5 - 2o Gew%. Die im Sol vorliegenden kolloiden Kieselsäuren zeigen nach ihrer schonenden Isolierung BET-Oberflachen von mindestens

2
loo m /g.

II. Aus Wasserglas mit Säuren oder sauren Salzen gefällte aktive Kieselsäuren, sogenannte Füllstoffe,mit BET-

2 ' 2

Oberflächen über 15 m /g, insbesondere über 3o m /g.

III. Aus gefällter aktiver Kieselsäure gewonnene Hydrogele und die daraus durch Trocknung unter Erhaltung des Hydratcharakters erhaltene Kieselsäurexerogele mit

2 2

BET-Oberflachen über 15 m /g, insbesondere über 3o m /g,

in der Regel mit mehreren loo m /g.

IV. Insbesondere durch flammenhydrolytische Spaltung von Sxliciumtetrachlorid gewonnene aktive Kieselsäuren

2 mit BET-Oberflächen von 5o bis 45o m /g (Aerosil).

V. Aus Wasserglas und den entsprechenden Metallsalzen und eventuell Mineralsäuren gefällte aktive Silikate des Magnesiums, Calciums, Bariums oder Aluminiums oder von Mischungen dieser Metalle mit BET-Oberflächen über

2 2

15 m /g, vorzugsweise über 3o m /g, in Form ihrer Hydrogele oder Xerogele. Die Fällung der Silikate kann z.B. mit CaCl₂ allein oder mit CaCl₂ und HCl erfolgen. Andere Systeme der Praxis sind Al₂(SO₄J₃ und H₃SO₄.

Die vorstehend und im folgenden verwendete BET-Methode zur Oberflächenbestimmung durch Berechnung der Monoschichtkapazität von Brunauer, Emmet und Teller ist u.a. in Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, Band II/l, S.758/59 beschrieben. Die Wirkung des erfindungsgemäßen Zusatzes der kolloiden Kieselsäuren oder Silikate zeigt sich bereits in der Größenordnung von o,o5 Gew%_f bezogen auf die Trockensubstanz der Rohmasse. Vorzugsweise beträgt

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der Zusatz etwa o,o5 - 3 Gew%. Während sich, wie im einzelnen aus den folgenden Beispielen ersichtlich, durch einen Zusatz von o,5 Gew% gegenüber der Blindprobe noch eine loo %-ige Steigerung der Druckfestigkeit erzielen läßt, beträgt sie bei Zugabe von weiteren o,5 Gew%, d.h. insgesamt 1 Gew%, nur noch 33 %. Die Druckfestigkeit liegt bei Zugabe von 1,5 Gew% eines Silikats verglichen mit dem Zusatz von 1 Gew% dann nur noch um 12 % höher, d.h. der Effekt wird mit höheren Zusätzen ständig geringer. Höhere Zusätze als 3 %, beispielsweise von 5 oder Io % sind in Ausnahmefällen möglich, bringen in der Regel aber keine Vorteile und sind wirtschaftlich kaum vertretbar. Der Fachmann wird also jeweils die im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit, die Brennbedingungen und die Gebrauchseigenschaften des fertigen Tonerzeugnisses optimale Menge des zuzusetzenden kolloiden Silikats bzw. der kolloiden Kieselsäure wählen. Bei den Kieselsäuresolen stellt der SiO -Gehalt die Berechnungsbasis dar. Von einem Sol mit einem SiO₂~Gehalt von Io Gew% sind demzufolge o,o5 χ Io = o,5 Gew% als Mindestmenge zuzusetzen.

Die erwähnten kolloiden Kieselsäuren oder Silikate müssen bis zur gleichmäßigen Verteilung in die Rohmasse eingearbeitet werden. Wenn sie in Form ihrer Sole oder wässrigen Suspension zugemischt werden, geschieht das zweckmäßig bei der Zugabe des Wassers zu den Rohstoffen, d.h. beim Walken zur Homogenisierung und Plastifizierung der Massen. Die Produkte der Gruppen II, IV und V sind üblicherweise so feinteilig und die Kornfestigkeit ist so gering, daß beim Walkvorgang ein Kornabbau bis in den Millimikronbereich erfolgt. Dies gilt auch für Hydrogele der Gruppe III. Kxeselsaurexerogele (III) sind nur ausreichend wirksam, wenn sie auch eine feine Sekundärstruktur haben und so fein vermählen sind, daß mindestens 75 % der Sekundärteilchen kleiner als 4o um, vorzugsweise kleiner als 2o um sind. Sofern sie als Pulver vorliegen, können die kolloiden Kieselsäuren und Silikate außer als Suspension auch trocken zudosiert werden, wobei sie am besten schon mit den trockenen Rohstoffen, d.h. mit

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dem Ton und den Zuschlagen innig vermischt und unter Wasserzusatz plastifiziert werden. In allen Fällen kann,wie ansich bekannt, die feuchte Masse gelagert werden, um die Plastizität zu verbessern. Die feuchte Masse kann dann in üblicher Weise ggf. verflüssigt, verformt, getrocknet und gebrannt werden, wobei man beim Brennen aus den eingangs genannten Gründen in der Regel mit geringeren Temperaturen auskommt, als sie sonst zur Herstellung von Tonwaren der gleichen Qualität erforderlich sind.

Anhand der Beispiele sei die Erfindung näher beschrieben: Die zur Prüfung verwendeten Tone wurden durch ein Kontrollsieb auf Beimengungen geprüft und von gelegentlichen Einschlüssen befreit. Die Tone bestanden zu 60 bis 7o % aus reiner abschlämmbarer Tonsubstanz, deren Feinheit unter o,o63 mm lag. 3o bis 4o % des übrigen Anteils der Rohmischung bestand aus keramischer Substanz (Schamotte). Nach dem Sieben wurde der Ton bei den folgenden Beispielen 1 und 2 mit der feinpulverigen Kieselsäure bzw. dem aktiven Silikat innig vermischt, mit Wasser angefeuchtet und ausgiebig gewalkt. Im Fall des Beispiels 3 wurde das Kieselsäuresol mit dem Anfeuchtewasser zugesetzt. Von dem so vorbereiteten Ton wurden Prüfkörper mit den Abmessungen 4 χ 4 χ 16 cm hergestellt, diese getrocknet und anschließend im Ofen innerhalb von 2 h auf die angegebene Brenntemperatur gebracht und 3 h bei konstanter Temperatur gebrannt. Alle Proben einschließlich der Nullprobe wurden in der gleichen Weise aufbereitet, verformt, getrocknet und gebrannt. Nach dem Abkühlen wurden die Probekörper 3 Tage im normalklimatisierten Raum zur Aufnahme der Luftfeuchtigkeit gelagert, zum Ausgleich der Tragflächen für Druckfestigkeitsprüfungen mit einer hauchdünnen Kunststoffschicht abgeglichen und anschließend wurden die Druckfestigkeiten auf einer Prüfmaschine der Güteklasse I nach DIN Io48 ermittelt.

Beispiel 1

Rohstoff: 60 % Ton und 4o % Schamotte

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Zusatz von o,o5 bis 3 Gew.-% eines Mg-Al-Silikats mit einer

Oberfläche nach BET von 8o m /g. Die Teilchengröße lag zu 98 % unter 4o um. Die Brenntemperatur betrug 9oo Tabelle).

(siehe

Beispiel 2 Wie Beispiel, aber 11oo Brenntemperatur.

Beispiel 3

Rohstoff: 7o % Ton plus 3o % Schamotte. Zugabe von kolloider Kieselsäure in Mengen von o,o5 bis 2,5 Gew.-% als Kieselsäuresol (13q m /g nach BET), 95o Brenntemperatur.

Die in der folgenden Tabelle für die angegebenen Rohstoffe und Temperaturen in Abhängigkeit von der zugesetzten Menge der kolloiden Kieselsäure bzw. des kolloiden Silikats festgestellten Druckfestigkeiten sind jeweils Mittelwerte aus 5 Probekörpern. Die Festigkeitswerte innerhalb einer Serie schwankten nur um + 5 %.

	Druckfestigkeiten	Beispiel 2 C Ton A lloo	/0495	kg/cm
Zusatz Gew.-%	Beispiel 1 Ton A 9oo	28o	Beispiel 3 C Ton B 95o C
O, OO	16o	3lo	2o6
o,o5	184	328	218
o,l	2o4	38o	24o
o,2	237	436	279
o,4	285	472	316
o,6	331	49o	36o
o,8	367	5o6	378
l,o	396	54o	4o6
1,5	456	571	46o
2_/O	499	6o3	498
3,o		524
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Die Tabelle zeigt deutlich die Verdoppelung der Festigkeitswerte gegenüber der Blindprobe bei Zusätzen von o,5, 1,5 bzw. 1 Gew.-%.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Verbesserung der Druckfestigkeit von
Tonwaren, dadurch gekennzeichnet, daß man in die Rohmasse mindestens o,o5 Gew.-% kolloider Kieselsäuren
oder Silikate des Magnesiums, Calciums, Bariums oder

Aluminiums mit einer spezifischen Oberfläche über

15 Hi /g, gemessen nach BE.T, bis zur gleichmäßigen Verteilung einarbeitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz der kolloidalen Kieselsäuren oder Silikate o,o5 bis 3 Gew.-% beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß trockene kolloidale Kieselsäuren oder Silikate als feines Pulver zugesetzt werden, in dem mindestens 75 % der Sekundärteilchen kleiner als 4o um sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kolloidalen Kieselsäuren oder Silikate in Form ihrer Sole oder wässrigen Suspension zugemischt werden.

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ORIGINAL INSPECTED