DE2834548C2 - - Google Patents
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- D21H13/44—Flakes, e.g. mica, vermiculite
Description
Gegenstand der Hauptanmeldung P 24 41 633 ist ein ausdehnungsfähiges Bahnmaterial, welches neben 30 bis 85 Gew.-% expandierbarem bzw. aufblätterbarem Glimmer, 0 bis 60 Gew.-% eines anorganischen Fasermaterials und etwa 70 bis 10 Gew.-% eines anorganischen Bindemittels enthält. Der Glimmer ist bevorzugt Vermiculit, der anorganische Binder Hectorit, Bentonit, Asbest und/oder synthetischer fluorhaltiger tetraedrischer Glimmer. Als anorganisches Fasermaterial eignet sich bevorzugt Asbest, Weichglasfasern und/oder Aluminiumsilicatfasern. Das Bahnmaterial kann gegebenenfalls mit einer verstärkenden Unterlage wie einer Kunststoffolie, Kraftpapier oder einem Mineralfasergewebe versehen sein. Dieses Bahnmaterial dient insbesondere für Katalysatoren in einem Abgasentgiftungssystem für Verbrennungskraftmaschinen.The main application P 24 41 633 is an expandable Web material, which in addition to 30 to 85 wt .-% expandable or peelable mica, 0 to 60 wt .-% of a inorganic fiber material and about 70 to 10 wt .-% of one contains inorganic binder. The mica is preferred Vermiculite, the inorganic binder hectorite, bentonite, asbestos and / or synthetic fluorine-containing tetrahedral mica. Asbestos is preferably suitable as the inorganic fiber material, Soft glass fibers and / or aluminum silicate fibers. The web material can optionally with a reinforcing base such as a Plastic film, kraft paper or a mineral fiber fabric be provided. This web material is used especially for Catalysts in an exhaust gas detoxification system for internal combustion engines.
Die Zusatzanmeldung P 25 49 223 zum Hauptpatent P 24 41 633 bringt nun eine Abwandlung des Bahnmaterials nach dem Hauptpatent in der Richtung, daß als Bindemittel 5 bis 20 Gew.-% eines organischen Elastomeren enthalten sind und das Bahnmaterial in trockenem Zustand eine Dichte von zumindest etwa 0,5 g/cm³ aufweist. Als organisches Bindemittel eignen sich danach insbesondere Naturgummi, Styrol-Butadien-Kautschuk, Butadien-Acrylnitril-Kautschuk und Polyacrylat- und Polymethacrylatpolymere bzw. -copolymere.The additional application P 25 49 223 to the main patent P 24 41 633 brings now a modification of the web material according to the main patent in the direction that 5 to 20 wt .-% of a organic elastomers are included and the web material in the dry state a density of at least about 0.5 g / cm³ having. Thereafter, are particularly suitable as organic binders Natural rubber, styrene-butadiene rubber, butadiene-acrylonitrile rubber and polyacrylate and polymethacrylate polymers or copolymers.
Gegenstand vorliegender Anmeldung ist eine weitere Abwandlung des Bahnmaterials insofern, als es aus 40 bis 75 Gew.-% nicht expandiertem Vermiculit, 15 bis 35 Gew.-% anorganischem Fasermaterial und 25 bis 10 Gew.-% einer Kombination eines Elastomeren als organischen Binder mit einem anorganischen Binder in Form von Ton in einem Verhältnis von 0,5 bis 1,5 besteht. Als Fasermaterial bevorzugt man hier ein Aluminosilicat und als anorganischen Binder Bentonit.The subject of the present application is a further modification of the web material insofar as it consists of 40 to 75 % By weight of unexpanded vermiculite, 15 to 35% by weight inorganic fiber material and 25 to 10 wt .-% one Combination of an elastomer as an organic binder with an inorganic Binder in the form of clay in a ratio of 0.5 to 1.5 exists. An aluminosilicate is preferred here as the fiber material and as an inorganic binder bentonite.
Die erfindungsgemäßen Bahnmaterialien sind wärmebeständig, nach Expansion nachgiebig und behalten im wesentlichen ihre Festigkeitswerte auch nach der Expansion.The web materials according to the invention are heat-resistant, compliant after expansion and essentially keep theirs Strength values even after expansion.
Es wurde festgestellt, daß Katalysatorsysteme, wie man sie beispielsweise zur Oxidation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen und zur Reduktion der Stickoxide aus den Abgasen von Automobilen benötigt, relativ hohen Temperaturen bei den katalytischen Prozessen ausgesetzt werden, so daß sich für diesen Zweck in erster Linie keramische Materialien eignen. Besonders brauchbar als Träger für die Katalysatoren sind keramische Bienenwabensysteme, wie sie beispielsweise Gegenstand von US-RE 27 747 sind.It has been found that catalyst systems as made for example for the oxidation of carbon monoxide and hydrocarbons and for the reduction of nitrogen oxides from the exhaust gases of Cars needed relatively high temperatures at the catalytic processes are exposed, so that for ceramic materials are primarily suitable for this purpose. Are particularly useful as supports for the catalysts ceramic honeycomb systems, such as the subject of U.S. RE 27,747.
Keramikkörper sind bekanntlich spröd und brüchig, und ihr Wärmedehnungs-Koeffizient ist beträchtlich unterschiedlich von dem der Metallbehälter, in welchen sie untergebracht sind. Die Fixierung der Keramikkörper in den Behältern muß gegenüber mechanischen Einwirkungen wie Schlag und Erschütterung sowie gegenüber thermischem Schock durch wechselweises Erhitzen und Abkühlen widerstandsfähig sein. Beide Beanspruchungen nämlich die thermische und die mechanische, führen zu einer Zerstörung des keramischen Trägers, die - wenn sie einmal begonnen hat - schnell fortschreitet und schließlich das ganze Katalysatorsystem unbrauchbar macht.Ceramic bodies are known to be brittle and fragile, and you Thermal expansion coefficient is considerably different from that of the metal container in which they are housed. The fixation of the ceramic body in the containers must be opposite mechanical influences such as shock and vibration as well as against thermal shock caused by alternate heating and cooling are resistant. Both strains namely the thermal and the mechanical, lead to destruction of the ceramic support, which - if once started - progresses quickly and finally that makes the entire catalyst system unusable.
Es konnte nun festgestellt werden, daß die Produkte nach der Hauptanmeldung und deren Zusatzanmeldung bei ihrer Anwendung zu einigen Schwierigkeiten führen, weil die anorganischen Binder relativ steife Materialien bewirken, die sich nur schlecht auf Wicklungen mit geringem Durchmesser aufrollen lassen bzw. die organischen Binder nach dem Erhitzen in keiner Weise mehr zu der Festigkeit beitragen.It has now been found that the products after Main application and its additional application when using it lead to some difficulties because of the inorganic Binder cause relatively stiff materials that only bad on small diameter windings leave to roll up or the organic binder in none after heating Way contribute more to the firmness.
Das erfindungsgemäße Material läßt sich nunmehr eng aufrollen, und zwar mit einem Radius von 5 cm und darunter, ohne daß es zu Rissen kommt, wenn es zumindest etwa 2,5 mm stark ist, und darüber hinaus behält es nach der Expandierung im wesentlichen seine Zugfestigkeit bei.The material according to the invention can now be rolled up tightly, with a radius of 5 cm and below, without there are cracks if it is at least about 2.5 mm thick, and moreover, it essentially retains after expansion its tensile strength.
Das erfindungsgemäße Bahnmaterial wird insbesondere in der Art der Papierherstellung in der gewünschten Stärke von etwa 0,5 bis 5 mm erzeugt.The web material according to the invention is in particular in the type of paper production in the desired thickness of generated about 0.5 to 5 mm.
Als organische Binder kommen verschiedene Polymere und Elastomere in Frage, die in Form ihres Latex zur Herstellung des Bahnmaterials herangezogen werden, wie Naturgummi, Styrol-Butadien-Polymere, Butadien-Acrylnitril-Polymere oder Polymere und Copolymere von Acrylsäure oder Methacrylsäure.Various polymers and come as organic binders Elastomers in question are in the form of their latex for manufacture of the web material, such as natural rubber, Styrene-butadiene polymers, butadiene-acrylonitrile polymers or polymers and copolymers of acrylic acid or methacrylic acid.
Der anorganische Binder ist insbesondere ein Ton wie Bentonit.The inorganic binder is, in particular, a clay such as bentonite.
Das erfindungsgemäße Bahnmaterial wird in katalytischen Abgasentgiftern von Automobilen oder dergleichen angewandt, indem es in die Abgassysteme montiert und in situ expandiert wird. The web material according to the invention is used in catalytic exhaust gas detoxifiers of automobiles or the like applied by it is installed in the exhaust systems and expanded in situ.
Das expandierte Bahnmaterial hält den keramischen Kern oder Katalysatorträger innerhalb des Gehäuses oder Behälters an Ort und Stelle. Die Wärmebeständigkeit und Nachgiebigkeit des Bahnmaterials nach der Expandierung kompensiert die Unterschiede im Wärmedehnungsverhalten von Metallgehäuse und Keramikeinsatz, dämpft die auf den spröden Körper übertragenen Schwingungen und gleicht Unregelmäßigkeiten an der metallischen oder keramischen Oberfläche aus.The expanded sheet material holds the ceramic core or Catalyst carrier inside the housing or container Spot. The heat resistance and compliance of the web material after expansion compensates for the Differences in the thermal expansion behavior of metal housings and ceramic insert, dampens those transferred to the brittle body Vibrations and adjusts irregularities the metallic or ceramic surface.
Das erfindungsgmäße Material läßt sich in der Art von Papier herstellen, wie durch Handschöpfen oder Maschinenschöpfen oder auf Papiermaschinen, vorausgesetzt, daß eine gleichmäßige Verteilung der Bestandteile durch das ganze Material gewährleistet ist. Das erfindungsgemäße Material kann auf einer Unterlage aus Kraftpapier, einer Kunststoffolie, einem Chemiefaserfilz od. dgl. aufgebracht sein. Es werden 40 bis 75 Gew.-% nicht-expandierter Vermiculit mit einer Korngröße von 0,1 bis 6 mm,vorzugsweise maximal 2 mm, in einem großen Volumen Wasser mit 15 bis 35 Gew.-% anorganischem Fasermaterial, wie Chrysotil oder Amphibolasbest, Weichglasfasern, Keramikfasern wie ZrO₂-SiO₂-Fasern, Tonerde-Whiskers oder Aluminosilicatfasern und 10 bis 25 Gew.-% Bindemittel versetzt,wobei das Bindemittel aus Elastomer und Ton in einem Vehältnis von 0,5 bis 1,5 besteht. Man kann auch geringe Anteile an oberflächenaktiven Substanzen, Schäummitteln, Ausflockungsmitteln od. dgl. der Masse zur Herstellung des Bahnmaterials zusetzten.The material according to the invention can be of the paper type produce, such as by hand scooping or machine scooping or on paper machines, provided that an even distribution of the components guaranteed by the whole material is. The material according to the invention can be on a base made of kraft paper, a plastic film, a chemical fiber felt or the like. 40 to 75% by weight unexpanded vermiculite with a grain size of 0.1 up to 6 mm, preferably at most 2 mm, in a large volume Water with 15 to 35 wt .-% inorganic fiber material, such as Chrysotile or amphibole asbestos, soft glass fibers, ceramic fibers such as ZrO₂-SiO₂ fibers, alumina whiskers or aluminosilicate fibers and 10 to 25% by weight of binder, the Binder made of elastomer and clay in a ratio of 0.5 to 1.5. You can also use small amounts of surfactants Substances, foaming agents, flocculants or the like add to the mass for the production of the web material.
Die Ausflockung erreicht man im allgemeinen mit Hilfe von Elektrolyten wie Alaun, Bariumsalze oder nichtionische Acrylamidpolyelektrolyte. Das im Beispiel angeführte Flockungsmittel "Separan NP-10" ist laut "Ullmanns Encyklopädie der techn. Chemie", Bd. 19, S. 6, 4. Aufl. (1980) ein Polyacrylamid. Vermiculit, anorganisches Fasermaterial und Binder werden in einem großen Wasservolumen, z. B. dem 5- bis 100-fachen Gewicht, gemischt und Flockungsmittel zugesetzt. Zur Verbesserung der Dispersion des Vermiculits kann man auch ein oberflächenaktives Mittel oder Schäummittel in die Aufschlämmung einbringen. Um die gewerbehygienischen Auflagen bei der Anwendung von Asbest zu vermeiden, kann man an deren Stelle auch Glasfasern oder keramisches (kristallines oder nichtkristallines) Fasermaterial oder Whiskers anwenden, wobei jedoch Asbestfasern am billigsten sind.The flocculation is generally achieved with the help of Electrolytes such as alum, barium salts or non-ionic acrylamide polyelectrolytes. The flocculant listed in the example "Separan NP-10" is, according to "Ullmanns Encyklopadie der technical Chemie ", vol. 19, p. 6, 4th edition (1980) a polyacrylamide. Vermiculite, inorganic fiber material and binder are in a large volume of water, e.g. B. 5 to 100 times the weight, mixed and added flocculant. For improvement The vermiculite dispersion can also be a surface-active Agents or foaming agents in the slurry bring in. To the industrial hygiene requirements when using Avoiding asbestos can be done in their place also glass fibers or ceramic (crystalline or non-crystalline) Apply fiber material or whiskers, whereby however, asbestos fibers are cheapest.
Wie erwähnt, läßt sich das Bahnmaterial in der Art der Papierherstellung wie durch Handschöpfen oder auf einer Fourdriniermaschine erzeugen. Die Kombination von anorganischem und organischem Binder erleichtert das Entwässern des Faserfilzes gegenüber der Anwendung von nur anorganischem Binder. Der erhaltene Faserfilz wird verdichtet auf ein trockenes Raumgewicht von zumindest etwa 500 kg/m³ und ist nach dem Trocknen bei etwa 90°C ein leicht handhabbares flexibles, nachgiebiges expandierbares Bahnmaterial. Ein Streifen dieses Materials mit einer Breite von etwa 2,5 cm und einer Stärke von 1,5 bis 3 mm hat eine Tragfähigkeit von etwa 0,5 bis 2 kg oder darüber und läßt sich um einen Radius von etwa 4,5 bis 5 cm biegen, ohne zu reißen. Die Expandierung geschieht dann bei Temperaturen von 500 bis 800°C. Es ist offensichtlich, daß man dünneres Bahnmaterial um engere Radien und dickeres Bahnmaterial um größere Radien biegen kann.As mentioned, the web material can be made in the manner of paper manufacture as if by hand or on a Fourdrinier machine produce. The combination of inorganic and organic Binder facilitates the dewatering of the fiber felt compared to the use of only inorganic binder. The The fiber felt obtained is compacted to a dry density of at least about 500 kg / m³ and is after drying at about 90 ° C an easy to handle flexible, compliant expandable web material. A strip of this material with a width of about 2.5 cm and a thickness of 1.5 to 3 mm has a load capacity of approximately 0.5 to 2 kg or above and can be set to a radius of about 4.5 to Bend 5 cm without tearing. The expansion then happens at temperatures from 500 to 800 ° C. It is obvious, that you have thinner web material around tighter radii and thicker Can bend web material around larger radii.
Die Dicke des erfindungsgemäßen Materials nimmt durch das Erhitzen zum Expandieren, abhängig von der Konzentration des Vermiculits, in der Größenordnung von etwa 165 bis 300 % zu. Das erfindungsgemäße Material zeigt nach dem Expandieren eine gute Beständigkeit gegen Vibration und mechanischen Schock, besonders wenn es sehr stark expandiert ist.The thickness of the material according to the invention increases by that Heating to expand, depending on the concentration of vermiculite, on the order of about 165 to 300% to. The material according to the invention shows after expanding good resistance to vibration and mechanical Shock, especially if it is very much expanded.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Materials zusammen mit Keramikkörpern in einem unnachgiebigen Behälter können bei der Expansion Kräfte auftreten, die zu einem Zerdrücken der Keramikkörper führen. Bei der Auslegung der Abgassysteme oder dgl. ist daher die Volumenzunahme des Materials bei der Expansion und der Abstand zwischen dem Keramikkörper und dem Gehäuse zu berücksichtigen.When using the material according to the invention together with ceramic bodies in an unyielding container forces occur during expansion which lead to crushing the ceramic body. When designing the exhaust systems or the like is therefore the increase in volume of the material in the Expansion and the distance between the ceramic body and the Housing.
Die Erfindung wird an folgendem Beispiel weiter erläutert.The invention is further explained using the following example.
2,5 l Wasser von 35°C wurden in einen großen Waring-Mischer bei geringer Geschwindigkeit mit einem etwa 40 gew.-%igen Kautschuklatex aus 57 Teilen Butadien, 10 Teilen Styrol und 33 Teilen Acrylnitril und der aus der Tabelle ersichtlichen entsprechenden Menge von Bentonit versetzt; nach einigen Sekunden Rühren wurde das anorganische Fasermaterial (Aluminosilicatfaser "Fiberfrax") eingemischt und dann bei hoher Mischgeschwindigkeit innerhalb von 1 min Vermiculit (Nr.4 Zonolit 0,4 bis 1,7 mm) langsam eingetragen und noch etwa 15 s gemischt. Die Aufschlämmung wurde dann durch Zugabe von 30 cm³ einer 10%igen Alaunlösung und 10 cm³ einer 1%igen Lösung eines oberflächenaktiven Mittels (Separan NP-10) unter Mischen während 10 s ausgefällt. Dann wurde das ganze in einen Handformrahmen, 19 × 20 cm, für eine Gesamtfläche von 380 cm² gegossen, dann Löschpapier mit einem Druck von etwa 10 g/cm² aufgepreßt, um überschüssiges Wasser zu entfernen, und schließlich getrocknet z. B. in einem üblichen Trockner für Fotokopien.2.5 liters of water at 35 ° C were placed in a large Waring mixer at low speed with an approximately 40 wt .-% Rubber latex made from 57 parts butadiene, 10 parts styrene and 33 parts of acrylonitrile and the one shown in the table appropriate amount of bentonite added; after some The inorganic fiber material (aluminosilicate fiber "Fiberfrax") mixed in and then at high Mixing speed within 1 min vermiculite (No. 4 Zonolit 0.4 to 1.7 mm) slowly added and about 15 s mixed. The slurry was then added by adding 30 cc a 10% alum solution and 10 cm³ of a 1% solution a surfactant (Separan NP-10) with mixing failed for 10 s. Then the whole thing was put into a hand mold frame, 19 × 20 cm, for a total area of 380 cm² poured, then blotting paper with a pressure of about 10 g / cm² squeezed to remove excess water, and finally dried e.g. B. in a conventional dryer for photocopies.
Es wurde nun eine Reihe von Versuchen mit variierenden Mengenanteilen von Vermiculit, Fasermaterial und Bindemittels durchgeführt. Zum Vergleich dienten Versuche, in denen entweder nur organischer oder nur anorganischer Binder zur Anwendung gelangte (A bzw. B). In der folgenden Tabelle sind die Mengen der Ausgangsmaterialien, das Verhältnis der beiden Binderarten, die Möglichkeit der Biegung um einen Radius von etwa 4,5 cm und schließlich die Zugfestigkeit eines 2,5 cm breiten Streifens in der angegebenen Stärke vor und nach dem Brennen bei 650°C während 15 min einschließlich der prozentualen Expansion zusammengefaßt. Bei den mit "a" bezeichneten Versuchen wurde mit halben Mengen gearbeitet, um auf diese Weise zu einem Bahnmaterial halber Stärke zu gelangen. Die Ablaufzeit, die Festigkeit und die Stärke sind daher gegenüber den anderen Versuchen etwa die Hälfte. Dabei fällt der Versuch 4a mit einem Bindemittelanteil von 7,5 Gew.-% nicht mehr unter den Anmeldungsgegenstand.There have now been a number of experiments with varying proportions of vermiculite, fiber material and binder. Experiments in which either only organic or only inorganic binder was used (A or B). The quantities are in the table below the starting materials, the ratio of the two types of binder, the possibility of bending by a radius of about 4.5 cm and finally the tensile strength of a 2.5 cm strip in the specified strength before and after firing at 650 ° C summarized over 15 min including percentage expansion. In the experiments marked with "a" worked with half quantities to become one Half thickness web material. The expiry time that Strength and strength are therefore different from the others Try about half. Experiment 4a with a proportion of binder falls of 7.5% by weight no longer under the subject of the application.
Aus der Tabelle ergibt sich, daß die Vergleichsversuche A und B übermäßig lange Ablaufzeit bzw. geringe Zugfestigkeit nach dem Brennen ergaben. Ebenso handelt es sich bei Versuch 14 um einen Vergleich, bei dem man extrem geringe Festigkeit feststellte. Auch die Versuche 5, 6, und 7 fallen nicht unter den Anmeldungsgegenstand und besitzen nicht die gewünschte Flexibilität. Bei dünnerem Bahnmaterial (etwa 1,5 mm Stärke) beobachtet man bei diesen Versuchen eine entsprechende Flexibilität, während das Bahnmaterial bei größerer Stärke (etwa 3 mm) nicht ausreichend flexibel ist, um es mit einem Radius von 4,5 cm zu krümmen. The table shows that the comparative tests A and B excessively long expiration time or low tensile strength surrendered after burning. It is the same with experiment 14 is a comparison in which one has extremely low strength found. Experiments 5, 6 and 7 do not fall either under the subject of registration and do not have the desired one Flexibility. With thinner web material (about 1.5 mm thick) one observes with these Try an appropriate flexibility while using the web material greater thickness (about 3 mm) is not sufficiently flexible to use it with a Curving radius of 4.5 cm.
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