DE2740707C3 - Hochdichte Tobermorit-Wärmeisolierong mit WoUastonit - Google Patents

Hochdichte Tobermorit-Wärmeisolierong mit WoUastonit

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hochdichte, asbestfreie Tobermorit-Wärmeisolierung, insbesondere auf hochdichte, überwiegend aus Calciumsilikat-Hydrat zusammengesetzte Wärmeisolierungen.
Calciumsilikat-Hydrat-Isolierungen sind bislang von der Industrie in zwei Gruppen eingeteilt worden, nämlich in Isolierungen mit geringer und hoher Dichte. Die Isolierungen mit geringer Dichte, auch leichte Isolierungen genannt, weisen im wesentlichen Dichten von weniger als 0,3 g/cm3 auf. Derartige Werkstoffe werden hauptsächlich als Umkleidungen (kurze Länge) für Rohre und Behälterisolierungen und dgl. verwendet. Sie besitzen eine geringe physikalische Festigkeit oder Stoßwiderstand und müssen in Vorrichtungen verwendet werden, wo sie keinerlei Stoßbeanspruchungen unterworfen werden. Diese leichten Werkstoffe sind aus Calciumsilikat-Hydraten zusammengesetzt welche mit s Asbestfasern verstärkt sind. Ein kennzeichnendes Beispiel für einen derartigen Werkstoff ist in der US-PS 30 01882 angegeben. Darüber hinaus sind leichte, asbestfreie Calcium-Hydi at- Isolierungen entwickelt worden, wobei ein kennzeichnendes Beispiel hierfür in
ι« den US-PS 35 01 324. 36 79 446 angegeben ist Die überwiegend in der industriellen Praxis verwendeten leichten Calciumsilikat-Hydrat-lsolierungen besitzen Dichten von 0,14 bis 0,22 g/cm1, wobei als kennzeichnendes Beispiel hierfür eine asbestfreie Calciutnsilikat-
ι "· Hydrat-Isolierung mit einem Dichtegehait von ungefähr 0,18 g/cm'genannt wird.
In der Industrie werden diejenigen Calciumsilicat-Hydrat Isolierungen als hochfeste Isolierungen bezeichnet welche einen Dichtegehalt von 032 g/cm1 oder höher
2u aufweisen, wobei der übliche Bereich der Dichten zwischen 0,56—1,04 g/cm1 liegt Diese hochdichten Werkstoffe besitzen nicht nur gute thermische Isoliereigenschaften, sondern auch eine ausreichende Festigkeit und Dauerhaftigkeit so daß sie in großen Matten hergestellt werden und als selbststützende Wände, Ofenausfütterungen und Schiffswandauskleidungen oder in ähnlicher Weise verwendbar sind. Anders als die Werkstoffe mit geringer Dichte besitzen die hochdichten Isolierungen gute Halteeigenschaften in bezug auf
tu Nägel und Schrauben und können ohne Schwierigkeit beschnitten werden, so daß sie in ähnlicher Weise wie viele andere Baumaterialien gehandhabt werden können. Ein hochdichter Werkstoff dieser Art der bereits einen bedeutenden Marktanteil erobert hat. ist eine mit
J5 Asbest verstärkte Calciumsilicat-Hydrat-Plat'e mit einer Dichte im Bereich von 0,37 — 1,04 g/cm'. Die Beschreibung eines derartigen hochdichten Isolierwerkstoffs ist den US-PS 23 26 516 sowie 23 26 517 entnehmbar.
Zusätzlich sind die Calciumsilicat- Isolierungen auf der Basis der kristallinen Struktur des den Grundaufbau der Isolierung darstellenden Calciumsilicat-Hydrats klassifiziert worden. Vergleiche haben gezeigt daß die kristalline Struktur der Calciumsilicat-Hydrat-Isolierungen unter Tobermorit, Xonotlit und Gemische derselben unterschieden werden können, abhängig von den Reaktionsbedingungen.
Isolierungen mit einer Tobermorit-Matrix, Xonotlit-Matrix oder Mischungsmatrixen davon, sind beispielsweise in der US-PS 25 01 324; in der Veröffentlichung J. Am.Cer. Soc, 40, 7, 236-239 (Juli 1957) von Kalousek; in Research Paper RP-1147 von Flint. J. Res. Natl. Bur. Stds., 21, 617-638 (November 1938), sowie US-PS 31 16158 beschrieben, wobei diese Isolierungen auch Wollastonit als Verstärkungsfaser enthalten. In der letztgenannten US-PS ist jedoch betont, falls die Matrix Tobermorit ist, daß dann Wollatonit sparsam verwendet werden muß und lediglich als ein teilweiser Ersatz für Asbest dient. Um
eo einen Niederschlag von Schlamm und daraus resultierende verarmte Produkte zu verhindern, wird in dieser US-PS vorgeschlagen, daß der Faserbestandteil im Tobermoritschlamm wenigstens 40 Gewichtsprozent Asbest und in einigen Fällen bis zu 85 Gewichtsprozent Asbest betragen muß. Bei einer Xonotlit-Matrix kann jedoch der gesamte Asbest-Anteil durch Wollastonit ersetzt werden. In ähnlicher Weise ist in der US-PS 30 01882 der Zusatz von 10% Wollastonit zu einer
bereits 20% Asbest enthaltenden Matrix angegeben. In der US-PS 35 01 324 ist der Zusatz von Wollastonit zu einer Xonoüit-Matrix ebenso wie in der US-PS 33 17 643 aufgeführt Andere Patente, wie etwa US-PS 32 38 052 und GB-PS 9 84 112 erwähnen Wollastonit in s anderen kristallinen Phasen von Calciumsilicat-Werkstoffen. In der US-PS 39 28 054 ist Wollastonit als Matrix selbst offenbart
Obgleich sich die hochdichten, mit Asbest verstärkten Calciumsilicat-Hydrat-Wärmeisolierungen über viele: jähre als in hohem Maße wirksam erwiesen haben, sind seit kurzer Zeit Befürchtungen in bezug auf die Gesundheitsschsdlichkeit von Asbestfasern lautgeworden, die es erstrebenswert erscheinen lassen, eine asbestfreie, hochdichte. Calciumsilicat-Hydrat-lsolie- is rung zu schaffen, welche hinsichtlich ihrer thermischen und physikalischen Eigenschaften mit den bekannten hochdichten, asbestenthaltenden Isolierungen vergleichbar ist.
Weiter besteht ein Bedürfnis nach einer asbestfreien tobermoritischen Calciumsilicat-Hydrat-Isolierung, da Tobermorit wesentlich leichter bei mäßigen Temperaturen- und Druckwerten als Xonolit gebildet werden kann, wie es aus den obigen Patenten, wie etwa US-PS 35 01 324 hervorgeht Falls man infolgedessen WoIIa- η slonit voll gegen Asbest in hochdichten Tobermorit-Produkten austauschen kann und man zur vollen Nutzung von Wollastonit keine Xonotlit-Gehalte erlangen muß, würde die Herstellung von verstärkten, fcochdichten Calciumsilicat-Hydrat-Produkten wesent- μ Hch an Bedeutung erlangen.
Demgemäß schafft die Erfindung eine hochdichte. Tobermorit-Wärmeisolierung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Isolierung aus einem asbestfreien Gemisch aus, in Gewichtsteilen, im wesentlichen ! 5—40 Teilen Calciumoxid, 20— 50Teilen einer siliciumhaltigcn Komponente und 15—40 Teilen Wollastonit mn wenigstens gleich vielen Gewichtsteilen Wasser gebildet ist und eine Dichte von wenigstens 0.3 g/cm aufweist.
Die Hauptbestandteile der erfindungsgemäßen Isolierzusammensetzung sind Calciumoxid. Siliciumdioxid und Wollastonit. Das Calciumoxid kann irgendein hydratisiertes Calciumoxid oder gebrannter Kalk sein. Das Calciumoxid liegt in 15—40 Gewichtsteilen des Gemisches der Trockenbestandteile vor, und zwar vorzugsweise 25—35 Gewichtsteilen des Gemisches.
Die siliciumhaltige Komponente des Gemisches kann irgendeine Komponente aus der großen Vielzahl von im wesentlichen reinem Siliciumdioxidvorkommen sein. so
Dies können Kieselerde, Diatomit und ähnliche Materialien sein. Die siliciumhaltige Komponente liegt in 20—50 Gewichtsteilen des Gemisches, vorzugsweise 30—40 Gewichtsteilen vor.
(Im nachfolgenden wird der Einfachheit halber die siliciumhaltige Komponente kurz mit Siliciumdioxid bezeichnet was aber nicht als Einschränkung zu verstehen ist)
Die Teilchengröße und der Grad an Reinheit des Calciumoxids und der siliciumhaltigen Komponenten sind im wesentlichen dieselben wie diejenigen für Calciumoxid und die siliciumhaltigen Komponenten in Verbindung mit asbestverstärkten Calciumsilicat-Wirkstoffen.
Das Calciumoxid und Siliciumdioxid liegen in einem Verhältnis von 0,50:1,1 Teilen Calciumoxid pro Gewichtsteil Siliciumdioxid vor. Vorzugsweise liegt jedoch Calciumoxid und Siliciumdioxid in einem Verhältnis innerhalb eines Bereichs von 0.6—1,0 Gewichtsteilen Calciumoxid pro Gewichtsteil Siliciumdioxid, insbesondere vorzugsweise in einem Verhältnis 0£ : 1 vor Unter den unten beschriebenen Reaktionsbedingungen wird im wesentlichen ausschließlich Tobermont gebildet Falls das Siliciumdioxid ober de-n Optimum des Verhältnisses 0,8 :1 liegt verbleibt etwas unreagiertes Siliciumdioxid und/oder es können unwesentliche Beträge anderer kristalliner Phasen von Calciumsiiicat-Hydrat gebildet werdea
Der kritische dritte Bestandteil der erfindungsgemäßen Wärmeisolierzusammensetzung ist Wollastonit, welches eine kristalline Form eines wasserfreien Calciumsilicats ist oftmals durch die Formel CaSiOj gekennzeichnet In der vorliegenden neuen Tobermoritzusammensetzung liegt Wollastonit in 15—40 Gewichtsteilen, vorzugsweise 20—35 Gewichtsteilen des Trockengemisches vor.
Dies bedeutet eine vollständige Abkehr von den bekannten Werkstoffen, bei denen Wollastonit selbst lediglich in einer Xonotlit-Matrix verwendet werden konnte und für einen zufriedenstellenden Einschluß in einer Tobermorit-Matrix das Vorhandensein von großen Asbestbeträgen notwendig war.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Isoliergegenstand zusätzlich zum Calciumoxid, Siliciumdioxid und Wollastonit bis zu 8 Gewichtsteile einer organischen Faser und zwar vorzugsweise 2—6 Teile organischer Faser. Die organische Faser kann aus Hartpapier, Zeitungspapier, Polyester, Bauwolle oder ähnlichem bestehen. Der Zweck der organischen Faser besteht darin, den Formgegenstand vor dessen Aushärtung in Dampfatmosphäre eine ausreichende Festigkeit zu verleihen und eine Spannungsverteilung während des Trocknungs- und Aushärtvorganges zu gewährleisten.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Trockengemisch bis 15 Gewichtsteile und zwar vorzugsweise 3—10 Gewichtsteile Mineralwolle enthalten. Der Einsatz von Mineralwolle ermöglicht die Reduzierung des Wollastonitgehaltes bis zu ungefähr 20%.
In einer weiteren Ausführungsform enthält das Trockengemisch bis zu 20 Gewichtsteile, und zwar vorzugsweise 5—15 Gewichtsteile Perlit. Das Perlit dient als Leichtzusatz und erlaubt eine Reduktion sowohl des Calciumoxid als auch des Siliciumdioxids Bestandteils bis ungefähr 10%.
In einer weiteren Ausführungsform enthält das Trockengemisch bis zu ungefähr 10 Gewichtsteile Glasfasern.
Die Glasfaser bringt eine starke Ausgangsfestigkeit und erlaubt die Reduzierung der Fasern aus Hartpapier oder anderen organischen Fasern. Die Glasfasern bedingen auch ein gewisses Maß an Verstärkung der Calciumsilicat-Hydrat-Matrix bei erhöhten Temperaturen.
Irgendeine der verschiedenen zusätzlichen Komponenten, also beispielsweise Hartpapierfasern, Mineralwolle, Perlit und Glasfaser, können einzeln oder in verschiedenen Kombinationen vorliegen.
Wie bereits ausgeführt, enthält der vorliegende Werkstoff keinerlei Asbest. Der Isolierkörper nach der Erfindung wird aus einem wäßrigen Brei aus Calciumoxid, Siliciumdioxid und Wollastonit und irgendeinen der anderen erwünschten Trockenbestandteile hergestellt Der Brei oder Schlamm beinhaltet wenigstens ein Gewichtsteil Wasser pro Teil des trockenen Festkörpergemisches. Das besondere Verhältnis von Wasser zu
Festkörperteilchen ist von der Art des Gieß- und Formprozesses abhängig. In dem FaU, wo eine sogenannte »Magnani« Gießmaschine verwendet wird, beträgt das Verhältnis ungefähr 1 :1 oder etwas höher. Im Falle einer Preßform liegt das Verhältnis im Bereich von 2:1 bis 6:1. wohingegen eine sogenannte Flurdrinier-Maschine ein Verhältnis von ungefähr 5 :1 bis 10:1 erfordert Zur gründlichen Verteilt, ag der Festkötjisrteilchen im Schlamm wird dieser mehrere Minuten lang gemischt Schließlich wird der Schlamm in die gewünschte Form gegossen und aus dem Schlamm ausreichend Was&er ausgedrückt, so daß ein formbeständiger Körper mit einer Dichte von wenigstens 0,3 g/cm3, vorzugsweise wenigstens 0,56 g/cmJ zurückbleibt Die normale Dichte bewegt sich im Bereich von 0.56-1.04 g/cm3.
Eine kennzeichnende Form der Erfindung ist eine flache Platte mit einer Breite von ca. \*;6—1,2 m, einer Länge von 0,6—4,8 m und einer Dicke von t.25—5 cm.
Die Gießplatte wird dann in eine Härtungseinheit wie etwa einen Autoklav eingelegt wo sie in Gegenwart von unter hohem Druck stehendem gesättigtem Wasserdampf ausgehärtet wird, so daß im wesentlichen das gesamte Calciumoxid und Siliciumdioxid in Gegenwart des restlichen Wassers zur Bildung einer tobermoritischen Calciumsilicat-Hydrat-Matrix in der gesamten Platte reagieren. Die Dampfaushärtung ist sowohl von der Zeitdauer als auch von der Temperatur abhängig, wobei nach einer üblichen Faustformel ein Anstieg von 10° C die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt Minimale Werte für die Härtung der Produkte nach der Erfindung sind 8 Stunden in gesättigtem Wasserdampf (6,8 atm, 1700C). Im Sinne der oben angegebenen Faustformel kann Zeit und Temperatur variiert werdea Härtezeiten von 15—20 Stunden bei gesättigtem Wasserdampf mit 6,8 atm ( = 100Psig) haben sich als außerordentlich zufriedenstellend erwiesen. Drücke oberhalb 13,6 atm und Härtezeiten über 20 Stunden sollen vermieden werden, da die strengeren Bedingungen die Bildung von Xonoßtt begünstigen und eine derartige Ausbildung die Vorteile der Erfindung einschränkt
ίο Die auf diese Weise ausgehärteten Formgegenstände sind hochfeste, hochdichte Tobermorit-Wärmeisolierungen, die sehr gut zur Wärmeisolierung von Schiffswänden, Öfen und ähnlichem verwendbar sind. In einem kennzeichnenden Beispiel weist ein Trockengemisdi ungefähr 27 Gewichtsprozent hydratisiertes Calciumoxid. 31 Gewichtsprozent Siliciumdioxid. 29 Gewichtsprozent Wollastonit 4 Gewichtsprozent Hartpapierfaser und 9 Gewichtsprozent Schlackenwolfe (Mineralwolle) auf, welches in drei Teilen Wasser pro Teil Trockengemisch geschlämmt ist Schließlich wird das Gemisch in eine Druckform bei einem Druck von 31,5 kg/cm2 zur Bildung einer Platte mit den Abmessungen 1,2 m χ 2,4 m χ 2,5 cm und einer Dichte von ungefähr von 0,72 g/cm3 eingebracht. Die dergestalt geformte Platte wird dann in Gegenwart von Dampf (1700C 6,8 atm) 20 Stunden lang autoklav behandelt. Nach dem Aushärtevorgang und Trocknen der Platte wird ein Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 3%, ein Bruchmodul von ungefähr 5.6 kg/cm2 und eine Längen- und Breitenschrumpfung nach 5 Stunden bei 5400C von weniger als 1% in jeder Richtung festgestellt. Die kristalline Matrix war durchgehend Tobermorit.

Claims (11)

Patentansprüche:
1. HochdichteTobermorit-Wärmeisolierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung aus einem asbestfreien Gemisch aus 15—40Gew.-Teilera Calciumoxid. 20—50 Gew.-Teilen einer siliciumhaJligen Komponente und 15—40 Gew.-Teilen Wollastonit mit wenigstens gleich vielen Gcwichtsteilen Wasser gebildet ist und eine Dichte von wenigstens OJ g/cm1 aufweist
2. Wärmeisolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch bis zu 8 Gewichtsteile organischer Faser enthält
3. Wärmeisolierung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch bis zu 15 Gewichtsteile Schlackenwolle umfaßt.
4. Wärmeisolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch 20 Gewichtsteile Perlit umfaßt
5. Wärmeisolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch 10 Gewichisteile Glasfaser aufweist
6. Wärmeisolierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die organische Faser aus Hartpapier. Zeitungspapier. Polyester oder Baumwolle besteht
7. Wärmeisolierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch 3—10 Gewichtsteile Schlackenwolle aufweist.
8. Wärmeisolierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß das Gemisch 5—15 Gewichtsteile Perlil aufweist.
9. Wärmeisolierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dichte von wenigstens 0,56 g/ cm1.
10. Wärmeisolierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dichte von 0.56—1,04 g/cmJ.
11. Verfahren zur Herstellung einer hochdichten Tobermorit-Wärmeisolierung, gekennzeichnet durch Schlämmung eines asbestfreien 15—40Gew.-Teile Calciumoxid, 20—50 Gew.-Teile einer siliciumhaltigen Komponente und 15-40Gew.-Teile Wollastonit enthaltenden Gemisches in wenigstens gleich viel Gewichtsteilen Wasser, Formung des Schlammes zu einem formhaltenden Körper mit einer Dichte von wenigstens 0,3 g/cm3 und nachfolgender Aushärtung des Körpers in Dampfatmosphäre bei erhöhtem Druck über eine derartige Zeitdauer, daß das Calciumoxid, die siliciumhaltige Komponente und das Wasser eine durch Wollastonit verstärkte Toberrnorit-Calciumsilikat-Hydrat-Matrix bilden.
DE2740707A 1976-09-17 1977-09-09 Hochdichte Tobermorit-Wärmeisolierong mit WoUastonit Expired DE2740707C3 (de)

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DE2740707B2 DE2740707B2 (de) 1979-03-01
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