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Verfahren zur Herstellung und die Verwenduna von Whiskern
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aus Calciumsulfat Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren
für Whisker aus Calciumsulfat bzw. Calciumsulfathydraten durch Auskristallisieren
aus kristallkeimfreien, wäßrigen, sauren Ca lc iumsu lf at lösungen und die Verwendung
dieser Whisker.
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Solche Whisker werden auch Faden bzw. Fasern, Faserkristalle oder
Nadeln genannt und sind durch ihr Verhältnis von Länge zu mittlerem Durchmesser
von mindestens 6:1 charakterisiert.
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Es ist bekannt, daß Calciumsulfat sowohl als Dihydrat als auch als
Halbhydrat in einer großen Anzahl von kristallinen Erscheinungsformen, darunter
besonders häufig in Form von Nadeln, auftritt. Diese Nadeln sind jedoch meist zu
Büscheln oder zu sternförmigen Aggregaten verwachsen und können daher, unabhängig
von ihren Abmessungen, nicht mehr als Whisker bezeichnet werden. Nach W.O. Milligan,
J.Amer.
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Chem.Soc. 59, 1456 ff, 1937, bildet sich in 55 %iger Salpetersäure
bei
85 0C Anhydrit und bei 500C Halbhydrat in 1-2 mm langen Kristallen. Die Kristalle
bestehen aus einem Gemisch feiner Nadeln und einem überwiegenden Anteil an sternförmigen
Aggregaten aus Nadeln oder plättchenförmigen Kristallen.
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Whisker sind z.B. in der US-Patentschrift 3 822 340 beschrieben worden
und werden nach der Lehre dieser Patentschrift durch Erhitzen einer wäßrigen Aufschlämmung
von Calciumsulfatdihydrat auf über etwa 110 bis 1500C unter Druck hergestellt und
anschließend stabilisiert, um eine Rückhydration zu vermeiden.
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Es ist bekannt, daß Whisker, die durch ein solches Verhältnis ihrer
Länge zu Durchmesser charakterisiert sind, eine große Steifigkeit besitzen und diese
Steifigkeit auch eingebettet in verschiedenen Materialien, z.B. Kunststoffen, beibehalten
und hierdurch entscheidend zur Verstärkung weicher Formlinge beitragen. Die durch
Einarbeitung von Whiskern in Binde- oder Dornmittel erhaltenen Endprodukte weisen
eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringerem Gewicht auf.
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Die bisherigen Herstellungsmethoden der im technischen Umfang hergestellten
Whisker sind jedoch sehr aufwendig und unwirtschaftlich. So wird z.B. in der US-Patentschrift
3 915 927 die Herstellung von Fasern durch Reaktionen in Druckkesseln in Gegenwart
von gesättigtem Dampf bei Temperaturen von 1400C bis 2000C beschrieben. Deshalb
gelangten bisher Whisker nur in Ausnahmefällen zu einer technischen Verwertung.
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In letzter Zeit wurde neben der geometrischen Form auch die absolute
Größe von Whiskern als Qualitätsmerkmal erkannt, d.h. die Festigkeit der Whisker
pro Volumen steigt mit ihrer Länge.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur
Herstellung von Whiskern aus Calciumsulfat oder Calciumsulfathydraten, die ein Verhältnis
von Länge zu durchschnittlichem Querschnitt von mindestens 6:1 aufweisen, durch
Auskristallisieren und anschließende Abtrennung der Whisker, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß calciumsulfathaltige, heiße, saure, wäßrige Lösungen kristallkeimfrei gemacht,
anschließend auf eine Temperatur zwischen ca. 65 0C bis 400C abgekühlt, bei dieser
Temperatur gegebenenfalls unter Keimzusatz solange gehalten werden bis die Sättigungskonzentration
erreicht ist, die Lösungen anschließend weiter abgekühlt, und die auskristallisierten
Whisker abgetrennt werden.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung solcher
Whisker als Füllstoff und/oder Verstärker für organische und/oder anorganische Schichten
und/oder Formkörper.
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Uberraschenderweise wurde gefunden, daß män praktisch einheitliche
Whisker ohne störende Verwachsungen durch einfache Maßnahmen erhalten kann und es
gleichzeitig gelingt, Kristalle in einer Größe zu erhalten, wie sie bisher nur als
Ergebnis aufwendiger Präparationstechniken beschrieben wurden. Hierzu wird zunächst
eine Lösung von Calciumsulfat in einer Säure oder einem Säuregemisch hergestellt,
indem ein calciumsulfathaltiges Material in die saure Lösung eingerührt und die
Lösung oder AufschlAmmung erhitzt wird.
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Die erhaltene Säurelösung bzw. bei größerer Calciumsulfat-Zugabe die
Aufschlämmung wird auf Temperaturen über ca.
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700C erhitzt. Die Erhitzungstemperatur kann bis zum Siedepunkt der
Lösung gewählt werden, der von der Zusammensetzung und Konzentration der Lösung
abhängt. Üblicherweise werden 0 jedoch Erhitzungstemperaturen von ca. 75 bis 100
C, je nach Konzentration der Lösung, angewendet. Die Erhitzungsdauer beträgt nur
wenige Minuten, ist jedoch so zu wählen, daß die Auflösung des Calciumsulfates bis
zur Sättigung gesichert ist.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun zunächst eine kristallkeimfreie,
saure Calciumsulfatlösung hergestellt.
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Diese wird dadurch erhalten, daß entweder eine ungesättigte oder eine
gesättigte Gipslösung durch Heißfiltration, d.h.
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durch eine Filtration bei den oben angegebenenen Erhitzungstemperaturen,
entkeimt wird, wobei jedoch das klare Filtrat der gesättigten Lösung nacherhitzt
werden sollte. Die Nacherhitzungstemperatur muß dabei mindestens 50C über der Filtrationstemperatur
liegen, höchstens jedoch beim Siedepunkt der Lösung, also etwa bei 1000C. Das Vorliegen
einer kristallkeimfreien Lösung ist von entscheidender Bedeutung für die erfolgreiche
Durchführung der folgenden Verfahrensschritte.
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Wird die Kristallentkeimung der heißen Lösung, z. B. durch Filtration
der ungesättigten Lösung oder durch Nacherhitzen der filtrierten gesättigten Lösung,
unterlassen, so treten neben den nadelförmigen Whiskern häufig die schon erwähnten
polykristallinen Aggregate auf, selbst wenn die Abkühlung im Bereich von 65 bis
400C in der im folgenden beschriebenen Weise erfolgt. Eine saure Lösung im Sinne
der Erfindung ist eine Lösung, die einen pH-Wert unter 7, vorzugsweise unter 4,
aufweist.
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Nach der Filtration wird die klare Lösung in beliebiger Weise auf
Temperaturen zwischen etwa 700C und 65 0C abgekühlt, wobei jedoch 650C nicht unterschritten
werden darf. Die Abkühlungsgeschwindigkeit ist ohne Einfluß auf Form und Größe der
gewünschten Whisker. Nach Erreichen der Temperatur von ca. 65etc sollte die Abkühlung
jedoch kontrolliert und langsam verlaufen. Besonders große Whisker werden erhalten,
wenn die Abkühlung unter vorsichtigem Rühren erfolgt und der Temperaturbereich 0
0 von 65 C bis mindestens 40 C innerhalb von mindestens ca.
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50 Minuten, vorzugsweise über 70 Minuten durchlaufen wird.
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Auch die Einhaltung einer etwas geringeren Abkühlzeit ist möglich,
um Whisker mit noch ausreichenden Abmessungen zu erhalten. Die gewählte Temperatur
innerhalb dieses Bereiches ist solange einzuhalten, bis sich die Sättigungskonzentration
bei der gewählten Temperatur zwischen 65 0C und 400C durch Auskristallisieren von
Dihydrat eingestellt hat.
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Eine noch vorhandene Übersättigung ist leicht festzustellen, z.B.
durch Abkühlen einer Probe und anschließendes Betrachten (nach etwa 10 Minuten)
unter dem Mikroskop. Beim Vorliegen einer Übersättigung bilden sich neben den großen
Nadeln von den Dimensionen der Whisker sternförmige Aggregate aus Nadeln mit kleinerer
Größe oder aus plättchenförmigen Kristallen, die zu sternförmigen Aggregaten zusammengelagert
sind.
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Für Calciumsulfatdihydrat liegt die Sättigungskonzentration in wäßriger
10 %iger Salzsäure z.B. für 1000C bei 66 g/l, für 65 OC bei 46g/l, und für 400C
bei 30 g/l.
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Nach Erreichen der Sättigungskonzentration bei der gewählten Temperatur
kann die Lösung wieder rascher abgekühlt werden, ohne daß neben den schon gebildeten
nadelförmigen Kristallen sternförmige oder plättchenförmige Aggregate auftreten.
Überraschenderweise tritt nämlich nach der Einstellung des Sättigungsgleichgewichtes
beim weiteren Abkühlen keine zusätzliche Keimbildung ein, sondern das noch in Lösung
befindliche Calciumsulfat scheidet sich weiter auf den schon gebildeten Nadeln ab.
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Wenn die Kristallisation beim Abkühlen der Lösung auch 0 unter 60
C ausbleiben sollte, ist es notwendig, sie durch Zugabe von Keimen auszulösen. Als
Keime werden entweder bereits hergestellte Whisker oder Calciumsulfat-Hydrate verwendet.
Nach einer Impfung im Temperaturbereich von 65-400C tritt immer das einheitliche
Bild der nadelförmigen Whisker auf. Aus der abgekühlten Lösung werden die Kristalle
anschließend durch Filtration gewonnen, solange gewaschen bis sie säurefrei sind
und anschließend getrocknet. Durch Trocknung unterhalb einer Temperatur von etwa
800C wird als Endprodukt das unveränderte Calciumsulfatdihydrat erhalten. Bei Temperaturen
über mindestens 1050C entsteht der sogenannte lösliche Anhydrit, eine Modifikation,
die sich durch eine starke Aufnahmefähigkeit für Wasser ausgezeichnet. Oberhalb
ca. 2000C entsteht beim Trocknen unlöslicher Anhydrit. Diese Umwandlung verläuft
jedoch bei einem nicht genau definierten Umwandlungspunkt, es ist desnalb vorteilhafter,
das zur Umwandlung in unlöslichen Anhydrit vorgesehene Material auf höhere Temperaturen,
z.B. etwa 4000zu erhitzen.
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Calciumsulfat weist vorzugsweise in wäßrigen Lösungen einbasischer
Säuren eine mit der Temperatur steil ansteigende Löslichkeit auf. Das vorliegende
Verfahren kann also besonders gut in wäßrigen Lösungen von z.B. Salzsäure, Salpetersäure
und Perchlorsäure durchgeführt werden, dieses sind die erfindungsgemäß besonders
bevorzugten Säuren. Es ist jedoch auch möglich, das Verfahren mit anderen Säuren,
z.B. mehrbasischen anorganischen Säuren, wie z.B. Phosphorsäure, Schwefelsäure oder
organischen Säuren, wie z.B.
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Sulfosalizylsäure durchzuführen. Auch weitere Säuren können verwendet
werden, dürften jedoch aufgrund ihrer geringen Löslichkeitsgradienten keine praktische
Bedeutung erlangen.
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Als Rohstoff für das vorliegende Verfahren können alle natürlichen
oder technischen Calciumsulfate mit oder ohne Wassergehalt eingesetzt werden. Ein
besonderer Verfahrensvorteil besteht darin, daß als Rohstoff auch Abfallgipse verwendet
werden können, selbst solche, die mit organischen Substanzen verunreinigt sind,
z.B. aus der Flußsäureproduktion, der Phosphorsäureherstellung oder aus der Neutralisation
überschüssiger Schwefelsäure bei der Sulfonierung organischer Verbindungen. Durch
den Umlöseprozeß und die Filtration verbleiben diese nämlich entweder als Rückstand
auf dem Filter oder werden in der Säure gelöst und verbleiben nach dem Auskristallisieren
der Whisker in der Lösungsmittelphase.
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Die Umlösung kann in Säuren beliebiger Konzentration erfolgen, aus
praktischen Gründen wird sie jedoch vorteilhafterweise bei den höchsten Löslichkeitsgradienten
durchgeführt. Dieser Bereich liegt bei den erwähnten Säuren zwischen etwa 5 und
15 Gew.-z.
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Die Differenz zwischen der Temperatur der Auflösung des Calciumsulfates
und der Temperatur am Ende des Abkühlvorganges wird aus praktischen Gründen vorteilhafterweise
möglichst groß gewählt, um den Löslichkeitsgradienten voll auszunützen, jedoch kann
das Verfahren auch mit kleinen Temperaturgradienten durchgeführt werden.
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Unabhängig von der Art der benutzten Säure entstehen nach dem vorliegenden
Verfahren Kristalle aus Calciumsulfatdihydrat, die ein Verhältnis von Länge zu durchschnittlicher
Dicke von mindestens 6:1, vorzugsweise 10:1, besonders bevorzugt 20:1, jedoch auch
noch weit darüber, z.B. 100-150:1, aufweisen. Üblicherweise liegt die Dicke der
Whisker zwischen 0,005 und 0,03 mm, durch Variation der Abkühlbedingungen erhält
man eine sehr einheitliche Kristallisation im oberen oder im unteren Bereich der
angegebenen Schwankungsbreite. Größere Kristalle entstehen immer dann, wenn die
Kristallisation im oberen Temperaturbereich einsetzt und dort auch bis zur Einstellung
des für diese Temperatur zutreffenden Löslichkeitsgleichgewichtes abläuft.
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Nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Whisker können nicht
nur in Kunststoffe eingebettet werden, sondern eignen sich beispielsweise auch gut
als Verstärker für anorganische hydrauliche Bindemittel, z.B. im Bausektor. Andererseits
können solche Whisker nicht nur als Verstärker für organische oder anorganische
Massen dienen, sondern auch als Füllmaterial und/oder Streckmaterial. Besonders
gut lassen sich diese beiden Eigenschaften kombinieren, so daß die Whisker gut als
füllendes Verstärkungsmaterial, gegebenenfalls auch in Kombination mit anderen Füllstoffen
oder Verstärkungsfasern, z.B. Asbestfasern oder Glasfasern, ven«mçbt werden können.
Solchermaßen verwendete
Whisker haben auch noch eine ähnliche Wirkung
wie ein Pigment, sie sind also besonders gut in solchen Fällen einsetzbar, in denen
Füllmaterial oder Verstärkermaterial noch pigmentähnliche Eigenschaften aufweisen
soll.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Whisker können
oder sollen je nach vorgesehenem Verwendungszweck stabilisiert werden. Eine solche
Stabilisierung schützt die Whisker vorzugsweise qeqen Feuchtigkeit und muß diese
daher möglichst vollständig umhüllen. In der US-PS 3 822 340 wird z. B. die Stabilisierung
von Whiskern mit hydrolysierten Proteinen und anionischen Polycarbonsäurepolymeren
beschrieben.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Whisker können allgemein jedoch
stabilisiert werden, indem sie zumindest zeitweise mit geeigneten organischen und/oder
anorganischen Verbindungen ausreichend lange in Kontakt gebracht werden.
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So können die Whisker z. B. durch eine Naßbehandlung, also z. B. durch
Anmaischen der Whisker mit Stabilisierungsmittel oder durch Auffällen von Stabilisierungsmittel
geschützt werden. Bei der Auffällungsmethode wirken die Whisker als Keime für die
Stabilisierungsmittel, die durch geeignete Zusätze aus ihren Lösungen ausgefällt
werden. Hierbei ist sowohl eine Auffällung von organischen als auch anorganischen
Stabilisierungsmitteln möglich.
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So können z. B. Oxid-Aquate des Siliciums, Titans, Zinks und/ oder
Aluminiums als Schutzschicht auf die Whisker aufgefällt werden. Eine wasserabweisende
Wirkung wird z. B.
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durch die Auffällung von Silikonen oder deren Vorprodukten erzielt
oder mit noch besserer Wirkung durch andere
hydrophobe organische
Substanzen.
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Können als Stabilisierungsmittel solche Substanzen verwendet werden,
die einen genügend hohen Dampfdruck besitzen, so ist es auch möglich, einen Inertgasstrom
durch diese Substanzen oder deren Lösungen zu leiten und diesen anschießend über
die Whisker zu führen. Die zu stabilisierenden Whisker können auch durch Wirbelung
beschichtet werden, wobei z. B.
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ein geeigneter beladener Inertgasstrom als Wirbelmedium dienen kann.
Andererseits können die wirbelnden bzw. ruhenden Whisker auch mit Stabilisierungsmittel
durch Sprühen beaufschlagt werden.
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Geeignete Stabilisierungsmittel können den Whiskern nach deren Bildung
und vor ihrer Abtrennung auch schon im Reaktionsgefäß zugesetzt werden, wodurch
die abgetrennten Whisker dann bereits in einfacher Weise genügend geschützt sind.
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Die vorliegende Erfindung soll anhand der folgenden Beispiele noch
näher beschrieben werden:
Beispiel 1 In 1000 ccm 10 %iger Salzsäure
wurden unter Rühren bei 950C 69 g Calciumsulfatdihydrat gelöst. Durch Filtration
über eine beheizte Filternutsche wurde diese Lösung von dem Überschuß an Calciumsulfatdihydrat
und eventuell vorhandenen unlöslichen Verunreinigungen befreit. Das Filtrat wurde
an der Luft auf 0 65 C abgekühlt und dann zwei Stunden lang gerührt, wobei durch
eine Zusatzheizung verhindert wird, daß die Temperatur unter 500C absank.
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In der Lösung begannen sich bei 65 0C große nadelförmige Kristalle
von Calciumsulfatdihydrat auszuscheiden. Nach zwei Stunden hatte sich bei 500C das
Löslichkeitsgleichgewicht eingestellt. Nunmehr wurde die Suspension unter Rühren
auf 250C gekühlt.
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Die Kristalle bestanden nach dem Abkühlen völlig einheitlich aus nadelförmigen
Einzelkristallen mit einer Dicke von 0,005 mm bis 0,025 mm und einer Länge zwischen
0,1 mm und etwa 4 mm. Die Kristalle wurden abfiltriert und mit Wasser säurefrei
gewaschen. Nachdem sie bei 500C getrocknet wurden, bildeten sie eine lockere, seidenglänzende
Masse, in der schon mit freiem Auge Einzelkristalle erkennbar waren.
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Das kristallisierte Material enthielt keine sternchenförmige Kristallaggregate,
auch keine sogenannten Schwalbenschwanzzwillinge, wie sie sonst in mikrokristallinem
Gips als Hauptbestandteil vorkommen.
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Das Erreichen des Löslichkeitsgleichgewichtes bei der Kristallisation
der nadelförmigen Kristalle oberhalb 400C wurde durch mikroskopische Überwachung
der Suspension verfolgt. Beim Abkühlen einer Probe auf dem Objektträger kristallisierte
das noch in übersättigter Lösung befindliche Calciumsulfatdihydrat
in
Form sternchenförmiger Kristallaggregate aus, die bei 100facher Vergrößerung sehr
gut zu beobachten waren. Das Ausbleiben solcher Kristalle zeigte an, daß das Löslichkeitsgleichgewicht
erreicht war.
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Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel) Es wurde wie im Beispiel 1 eine Lösung
aus 69 g Calciumsulfatdihydrat in 1000 ccm 10 %iger Salzsäure bei 950C hergestellt
und filtriert. Im Unterschied zu Beispiel 1 wurde das Filtrat unter Rühren möglichst
schnell auf eine Temperatur von weniger 0 0 als 40 C, nämlich 35 C abgekühlt und
bis zum Ende der Kristallisation gerührt. Nach 4 Stunden war die Kristallausscheidung
beendet, wobei die Temperatur auf 25 0C abgefallen war.
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Die in der Suspension enthaltenen Kristalle bestanden zwar zum Teil
aus Nadeln mit einem Durchmesser von 0,001 bis 0,003 mm, aber zum überwiegenden
Teil aus dreidimensionalen sternchenförmigen Aggregaten, die sich aus blättchenförmigen
Kristallen zusammensetzten, mit einem Durchmesser von etwa 0,100 mm.
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Nach dem Abfiltrieren, Waschen und Trocknen erhielt man eine mattfarblose
lockere Masse von mikrokristallinem Calciumsulfatdihydrat.
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Die Ausbeute an kristallinem Material stimmte mit derjenigen aus Beispiel
1 völlig überein, und beträgt 30 g Calciumsulfatdihydrat (= 75 % der Theorie).
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Beispiel 3 In einem 1200 Liter fassenden Rührbehälter wurde eine 10
%ige Salpetersäure auf 750C erhitzt und mit einem Abfallgips aus der chemischen
Industrie, der mit organischem Material verunreinigt war, bis zur Sättigung versetzt.
Durch Filtration über eine Filterpresse wurde der Beschuß an Gips, sowie ungelöste
organische und anorganische Verunreinigungen abgetrennt. Das klare Filtrat wurde
im Kristallisationsbehälter auf 800C erwärmt und dann zügig auf 650C und anschließend
innerhalb von ca.120 min. weiter auf 500C abgekühlt. Da die Kristallisation nur
sehr zögernd eintrat, wurde die Lösung mit einer Suspension von 0,5 kg Stuckgips
(Calciumsulfathalbhydrat) in 2 Liter Wasser geimpft. Die zum Impfen benötigte Suspension
wurde vor der Zugabe zur salpetersauren Lösung etwa eine halbe Stunde lang gerührt,
damit sich das Halbhydrat in Dihydrat umwandeln konnte. Nach einer Rührzeit der
geimpften Lösung von 2 Stunden bei 500C zeigte die Kontrolle unter dem Mikroskop,
daß das Löslichkeitsgleichgewicht bei dieser Temperatur erreicht war.
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Der Inhalt des Kristallisationsbehälters wurde dann unter Rühren auf
250C abgekühlt.
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Obwohl beim Abkühlen auf 250C, infolge der eintretenden Übersättigung
ein Teil der Kristallisation genau wie in Beispiel 1 bei weniger als 400C erfolgte,
war das Produkt völlig frei von den oben beschriebenen sternchenförmigen Kristallaggregaten
aus blättchenförmigen Einzelkristallen.
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Nach dem Waschen und Trocknen der abfiltrierten Kristalle bildete
diese eine lockere seidenglänzende farblose Masse.
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Das Filtrat konnte wiederholt verwendet werden, wobei jedesmal nur
soviel Gips aufgelöst wurde, wie bei der Kristallisation ausgeschieden wurde.
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Ein Anteil von dem getrockneten Calciumsulfatdihydrat wurde bei 105°C
getrocknet, dabei entstand sogenannter löslicher Anhydrit. Dieser wurde durch Tempern
bei ca. 4000C in unlöslichen Anhydrit umgewandelt. Bei dieser Entwässerung und Umwandlung
blieb die äußere Kristallform des Materiales völlig erhalten.
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Unter dem Polarisationsmikroskop konnte man erkennen, daß schon der
lösliche Anhydrit eine polykristalline Pseudomorphose der ursprünglichen Faserkristalle
von Calciumsulfatdihydrat darstellt. Erstaunlicherweise wurde die Festigkeit der
Whisker bei der Umwandlung in die polykristalline Form nicht vermindert. Der so
hergestellte unlösliche Anhydrit bildete eine lockere seidenglänzende Masse, die
sich vom ursprünglichen Material kaum unterschied.
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Für die folgenden Beispiele wurden die nachstehend charakterisierten
Ausgangsmaterialien verwendet: 1. Polymere 1.1. Der in den folgenden Beispielen
als Polyamid 6 bezeichnete Kunststoff war ein Polymerisat des L-Caprolactams mit
einer Lösungsviskosität von 2,8 gemessen an einer 1 %igen Lösung in m-Kresol bei
250C.
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1.2. Der in den folgenden Beispielen als Polycarbonat bezeichnete
Kunststoff war ein in Lösung hergestelltes Polykondensationsprodukt aus Bisphenol
A und Phosgen mit einer relativen Lösungsviskosität von 1,31, gemessen an einer
0,5 %igen Lösung in Methylenchlorid bei 25 0C.
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I.3. Der in den folgenden Beispielen als Polybutylenterephthalat
bezeichnete Kunststoff war ein Polykondensationsprodukt aus Terephthalsäure und
Butandiol-1.4 mit einer relativen Lösungsviskosität von 1,9, gemessen an einer 0,5
%igen Lösung in Phenol/ Tetrachloräthan 1:1 bei 250C.
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II. Verstärkungsfasern II.1. Die in den folgenden Beispielen verwendeten
Glasfasern waren aus E-Glas hergestellt und können durch folgende Daten charakterisiert
werden: Elastizitätsmodul ca. 70 000 N/mm2 2 Zugfestigkeit ca. 2 500 N/mm2 Faserlänge
ca. 3 mm Faser-Durchmesser ca. 10 /um In.2. Calciumsulfat-Whisker Es wurden die
erfindungsgemäß hergestellten wasserfreien CaS04~hisker verwendet.
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Beispiel 4 4500 g Polyamid 6 wurden mit 1500 g Calcium-Sulfat-Whiskern
auf einem Rollbock vorgemischt, in einem Zweischnekkenextruder mit gleichsinnig
drehenden Schnecken in der Schmelze homogenisiert (Einfüllzone 2300, Zylindertemperatur
2550, Düsentemperatur 2500C), granuliert und schließlich in einer Spritzgießmaschine
(Massetemperatur 2800, Formtemperatur 400C) zu Normprüfkörpern geformt, an denen
im spritzfrischen Zustand die mechanischen Eigenschaften bestimmt wurden.
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2 Biegefestigkeit (DIN 53 452) =.IST 178 115 N/mm2 E-Modul (DIN 53
457) t IS0 178 3437 N/mm2 (aus Biegeversuch) Schlagzähigkeit (DIN 53 453) '- ISO/R
179 32 kJ/m2 An analog Beispiel 4 aus Polyamid 6 ohne Verstärkungsmaterial hergestellten
Prüfkörpern wurden vergleichsweise die folgenden mechanischen Werte gemessen: Biegefestigkeit
(DIN 53 452) 72 N/mm2 E-Modul (DIN 53 457) 1390 N/mm2 (aus Biegeversuch) Schlagzähigkeit
(DIN 53 453) nicht gebrochen Beispiel 5 Aus Polyamid 6 (4200 g), Calciumsulfat-Whiskern
(1500 g) mit E-Glasfasern (300 g) wurden, wie in Beispiel 4 beschrieben, Prüfkörper
hergestellt, an denen folgende mechanische Werte ermittelt wurden: Biegefestigkeit
(DIN 53 452) 128 N/mm2 E-Modul (DIN 43 457) 4560 N/mm2 (aus Biegeversuch) Schlagzähigkeit
(DIN 53 453) 36 kJ/m2 Beispiel 6 (Vergleichsversuch) Aus Polyamid 6 (5700 g) und
Glasfasern (300 g) wurden wie im Beispiel 1 beschrieben, Prüfkörper hergestellt,
an denen folgende mechanische Daten gefunden wurden:
Biegefestigkeit
(DIN 53 452) 95 N/mm2 E-Modul (DIN 53 457) 1435 N/mm2 (aus Biegeversuch) Schlagzähigkeit
(DIN 53 453) nicht gebrochen Beispiel 7 4500 g Polycarbonat wurden mit 1500 CaS04-Whiskern
vorgemischt, in einem Zweiwellenextruder mit gleichsinnig drehenden Schnecken in
der Schmelze homogenisiert (Einfüllzone 2500, Zylindertemperatur 2800, Düsentemperatur
2800C) granuliert und schließlich in einer Spritzgießmaschine 0 0 (Massetemperatur
307 , Formtemperatur 90 C) zu Normprüfkörpern geformt, an denen die folgenden mechanischen
Eigenschaften bestimmt wurden: Biegefestigketi (DIN 53 452) 152 N/mm2 E-Modul (DIN
53 457) 6129 N/mm2 (aus Biegeversuch) Schlagzähigkeit (DIN 53 453) 41,3 kJ/m2 An
analog Beispiel 7 aus Polycarbonat ohne Verstärkungsmaterial hergestellten Prüfkörpern
wurden vergleichsweise die folgenden mechanischen Werte gemessen: Biegefestigkeit
(DIN 53 452) 97 N/mm2 E-Modul (DIN 53 457) 2123 N/mm2 (aus Biegeversuch) Schlagzähigkeit
(DIN 53 453) nicht gebrochen
Beispiel 8 4500 g Polybutylenterephthalat
wurden mit 1500 g CaSO4 Whiskern auf einem Rollbock vorgemischt, zweimal in der
Schmelze in einem Einwellenextruder homogenisiert (Einfüllzone 2400, Zylindertemperatur
2500, Düsentemperatur 2500C), granuliert und schließlich in einer Spritzgießmaschine
(Massetemperatur 2750, Formtemperatur 400C) u Normprüfkörpern geformt, an denen
die mechanischen Eigenschaften bestimmt wurden: Biegefestigkeit (DIN 53 452) 121
N/mm2 E-Modul (DIN 54 457) 3630 N/mm2 (aus Biegeversuch) Schlagzähigkeit (DIN 53
453) 27,3 kJ/m2 An analog Beispiel 8 aus Polybutylenterephthalat ohne Verstärkungsmaterial
hergestellten Prüfkörpern wurden vergleichsweise die folgenden mechanischen Werte
gemessen: Biegefestigkeit (DIN 53 452) 95 N/nun2 E-Modul (DIN 53 457) 2289 N/mm2
(aus Biegeversuch) Schlagzähigkeit (DIN 53 453) nicht gebrochen Beispiel 9 An gemäß
Beispiel 5 hergestellten Prüfkörpern aus Polybutylenterephthalat, das 25 Gew.-%
CaS04-Whisker und 5 Gew.-% E-Glasfasern als Verstärkungsmaterialien enthielt, wurden
die nachstehenden Nennwerte ermittelt:
Biegefestigkeit (DIN 53
452) 142 N/mm2 E-Modul (DIN 53 457) 5509 N/mm2 (aus Biegeversuch) Schlagzähigkeit
(DIN 53 453) 37,5 kJ/m2 Beispiel 10 (Vergleichsversuch) Aus 5700 g Polybutylenterephthalat
und 300 g E-Glasfasern wurden gemäß Beispiel 5 Normprüfkörper mit folgenden mechanischen
Eigenschaften hergestellt: Biegefestigkeit (DIN 53 452) 118 N/mm2 E-Modul (DIN 53
457) 2796 N/mm (aus Biegeversuch) Schlagzähigkeit (DIN 53 453) 34 kJ/m2