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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Calciumsulfatwhiskern, bei dem man eine 5- bis 10gewichtsprozentige wäßrige Aufschlämmung von Gipspartikeln in einem Autoklaven auf eine Temperatur von etwa 110°C erhitzt, die hierbei erhaltenen Whisker durch Druckfiltration abtrennt und die abgetrennten Whisker bei einer Temperatur von über 100°C trocknet.
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Calciumsulfat kommt bekanntlich in mehreren chemischen Modifikationen vor, nämlich als Hydrat oder Gips, CaSO&sub4; · H&sub2;O, als Hemihydrat, CaSO&sub4; · ½ H&sub2;O, und als Anhydrit oder gebrannter Gips, CaSO&sub4;. Calciumsulfat ist auch polymorph und kommt in mindestens zwei Kristallformen vor, in der rhombischen und der monoklinen. Andere kristalline Arten schließen nadelförmige Kristalle und Whisker ein.
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Das industriell wichtigste Calciumsulfat-Produkt ist gebrannter Gips. Bei seiner Herstellung aus dem Hydrat ist man bestrebt, pulverförmige Produkte zu erhalten und die Bildung nadelförmiger Kristalle zu vermeiden. Erst in neuerer Zeit ist erkannt worden, daß man Calciumsulfatwhisker mit Vorteil als Verstärkungsmaterial verwenden kann, z. B. als Ersatz für Asbestfasern. Seitdem sind mehrere Verfahren zur Umwandlung von Gips in Calciumsulfatwhisker entwickelt worden.
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Bei dem eingangs angegebenen, aus der US-PS 38 22 340 bekannten Verfahren werden Calciumsulfat-Anhydritwhisker in guter Ausbeute erhalten und weisen ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mindestens 6 : 1 auf. Durch Erhitzen auf Temperaturen von mindestens 140°C können die löslichen in unlösliche Whisker umgewandelt werden. In der US-PS 39 61 105 wird vorgeschlagen, die Calciumsulfatwhisker mit einem inerten wasserfesten Schutzüberzug zu versehen, um sie vor Verlust der Faserform durch Feuchtigkeitseinfluß zu schützen. Nach der US-PS 38 35 219 werden lösliche Anhydrit-Whisker dadurch erhalten, daß die Aufschlämmung von Gipspartikeln unter Druck mit gesättigtem Wasserdampf bei 140 bis 200°C behandelt wird. Hemihydrat-Whisker werden gemäß der US-PS 39 77 890 durch Umsetzung von Gips mit gesättigtem Wasserdampf bei 120 bis 155°C erhalten. Und die US-PS 40 29 512 lehrt, Hemihydrat-Whisker durch Kalzinieren bei 500 bis 750°C in unlösliches Calciumsulfat-Anhydrit umzuwandeln. Der Gipssuspension kann auch ein Kristalltrachtmodifizierungsmittel, z. B. Borsäure, Bernsteinsäure, zugesetzt werden.
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Bei den Verfahren des Standes der Technik fallen die Calciumsulfatwhisker in Form einer verfilzten Fasermasse an, die schwer oder gar nicht dispergierbar ist. In verfilzter Form oder Klumpen bringen sie aber nicht den erwünschten Verstärkungseffekt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Calciumsulfatwhiskern anzugeben, bei welchem die Whisker als diskrete Fasern anfallen und nicht verfilzen, so daß sie in flüssigen Medien gut dispergierbar sind und als Verstärkungsmaterial eingesetzt werden können. Bei dem Verfahren soll der eingesetzte Gips möglichst quantitativ in Whisker umgewandelt werden.
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Die Aufgabe wird durch das Verfahren des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Es ist gefunden worden, daß Calciumsulfatwhisker erheblich verbesserter Dispergierbarkeit unter Anwendung des eingangs beschriebenen Autoklavenverfahrens aus Gips erhalten werden, wenn man der Aufschlämmung kleine Mengen eines Dispergiermittels, nämlich Tanninsäure, zusetzt. Tanninsäure eliminiert das Zusammenballen der Fasern, insbesondere dann, wenn die mittlere Faserlänge über 100 µm ist. Die Umwandlung des Gipses in Whisker erfolgt fast vollständig, und man erhält längere Fasern, wenn man die Temperatur während der Umwandlung konstant und nur geringfügig über der niedrigsten Faserbildungstemperatur hält.
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Unter "Calciumsulfat-Whisker" werden hierin alle faserförmigen Modifikationen von Calciumsulfat verstanden, darunter auch Einkristalle, die zu Fasern gewachsen sind. Die Fasern können aus Calciumsulfat-Hydrat, -Hemihydrat oder Anhydrit oder Kombinationen davon bestehen. Es ist zwar nicht auszuschließen, daß bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Whiskern einzelne Fasern heterogene Zusammensetzung haben oder verschiedene Fasern unterschiedliche Zusammensetzung haben; vermutlich fallen jedoch in der Regel die Whisker als Calciumsulfat-Hemihydrat- Einkristalle an, die beim Kalzinieren in Kristalle des Anhydrits umgewandelt werden.
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Unter der Bezeichnung "Faser" oder "Fasermaterial" soll je nach dem Zusammenhang entweder eine einzelne, individuelle Faser aus einem oder mehreren Calciumsulfat-Kristallwhisker oder die fasrige Masse der Calciumsulfatwhisker verstanden werden.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Calciumsulfatwhisker bestehen aus diskreten Fasern mit einer mittleren Länge von 100 bis 500 µm und mit einem mittleren Durchmesser von 2-10 µm, wobei das Verhältnis von Länge zu Durchmesser im Bereich von 50 : 1 bis 100 : 1 liegt; dieses Material enthält praktisch kein nicht in Faserform vorliegendes Calciumsulfat. Die Fasern können unterschiedliche Querschnittsgeometrie aufweisen. Unter "Durchmesser" oder "Querschnittsabmessungen" sollen die Mittelwerte der charakteristischen Querschnittsdimensionen verstanden werden.
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Als Ausgangsmaterial kann ein beliebiger, im Handel erhältlicher Gips verwendet werden, entweder natürlich vorkommender, bergmännisch abgebauter Gips oder Gips, der als Nebenprodukt bei der Aufarbeitung von Industrieabfällen erhalten wird. Besonders geeignet ist Gips eines Calciumsulfatgehalts von mindestens 25%, der im wesentlichen frei von organischen Verunreinigungen ist.
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Die Anwesenheit von unbekannten Verunreinigungen im Gips als auch in dem zur Herstellung der Gipsaufschlämmung verwendeten Wasser sollte vermieden werden, da Verunreinigungen, insbesondere organische, die Bildung und die Qualität der Whisker sehr stark beeinflussen können. In den meisten Fällen, insbesondere im Fall gelöster anorganischer Salze, bewirken jedoch Verunreinigungen nur, daß die niedrigste Faserbildungstemperatur, die an anderer Stelle der Beschreibung definiert ist, verschoben wird. Dies läßt sich durch Versuche ermitteln, und die Verfahrensparameter können entsprechend eingestellt werden. Es können Gipsmaterialien mit Verunreinigungen in fast beliebiger Konzentration verwendet werden, wenn die Verunreinigung die Faserbildung nicht nachteilig beeinflußt und als streckendes Füllmaterial hingenommen werden kann. Der in den Beispielen verwendete Gips war bergmännisch abgebauter Gips mit mindestens 96% Calciumsulfat-Dihydrat. Zur Herstellung der Aufschlämmung wurde destilliertes Wasser verwendet, obwohl auch das Leitungswasser genommen werden kann. Als Dispergiermittel wurde Tanninsäure, analysenrein, verwendet. Die Tanninsäure wird in einer Menge von etwa 1 bis etwa 100 ppm, vorzugsweise von 5 bis 50 ppm, und insbesondere von etwa 10 bis etwa 30 ppm, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung, zugesetzt.
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Die erfindungsgemäß erhaltenen Fasern fallen in leicht voneinander trennbarer Form an und liegen in im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Ebenen. Ihre Dispergierbarkeit bleibt auch beim nachfolgenden Filtern, Trocknen und Kalzinieren erhalten. Das Faserprodukt kann dann leicht in einem organischen oder wäßrigen flüssigen Medium dispergiert werden, wobei übliche Misch- und Dispergierverfahren angewendet werden können, um eine homogene Dispersion des als Verstärkungsmaterial dienenden Fasermaterials in dem gesamten Produkt zu erhalten.
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Bei Durchführung des Verfahrens wird eine Gipsaufschlämmung dadurch hergestellt, daß man fein gemahlenen Gips in einem beheizbaren Mischtank mit Wasser vermischt, so daß eine 5- bis 10gew.-%ige, insbesondere 7gew.-%ige Aufschlämmung erhalten wird.
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Die Mischung wird durch Rühren in Suspension gehalten, während die Temperatur auf etwa 80° bis 90°C erhöht wird. Die heiße Aufschlämmung wird dann in einen belüfteten Autoklaven gepumpt, der gedreht werden kann, um die Mischung während der Faserbildung vorsichtig zu bewegen. Der Autoklav ist mit einem Heizmantel und mit einer Temperaturregelung versehen, so daß die Temperatur mit vorgegebener Geschwindigkeit erhöht werden kann. Mit noch belüftetem Autoklaven wird die Temperatur auf etwa 100°C erhöht, und dann wird der Autoklav strömungsmitteldicht verschlossen. Danach entspricht der im Autoklaven herrschende Druck dem durch das Aufheizen von der Reaktionsmischung selbst erzeugten Druck. Er liegt in der Nähe des Druckes gesättigten Wasserdampfes bei der entsprechenden Temperatur.
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Die Behandlung im Autoklaven erfolgt bei einer Temperatur, die um nicht mehr als 10°C, insbesondere nicht mehr als 6°C über der niedrigsten Faserbildungstemperatur liegt. Dies reicht für die vollständige Umwandlung des Materials in Whiskerform innerhalb einer Stunde aus. Es hat sich gezeigt, daß die Geschwindigkeit der Whiskerbildung zunimmt, wenn die Temperatur im Autoklaven über eine gewisse Mindesttemperatur, d. h. einen Temperaturschwellenwert angehoben wird, unterhalb dem sich in vernünftigen Zeiträumen keine Kristallwhisker bilden. Diese Temperatur wird hierin als niedrigste Faserbildungstemperatur bezeichnet. Über dieser Temperatur erfolgt die Faserbildung rascher. Die längsten Fasern und die vollständigste Umwandlung des Calciumsulfats in Whisker erhält man, wenn man die Faserbildung mit der kleinsten Geschwindigkeit durchführt. In der Praxis wird die Temperatur so eingestellt, daß man in etwa einer Stunde eine im wesentlichen vollständige Umwandlung in Fasern erhält. Die niedrigste Faserbildungstemperatur kann für eine spezielle Gipsaufschlämmung durch Versuche ermittelt werden und hängt von der Qualität des Gipses und Wassers ab. Durch das Dispergiermittel wird die niedrigste Faserbildungstemperatur im allgemeinen um etwa 4°C bis 8°C erhöht, und die Temperatur im Autoklaven muß entsprechend angepaßt werden. Die Calciumsulfataufschlämmung wird während der Zeit der Faserbildung vorzugsweise schwach bewegt. Um Sedimentieren der suspendierten Gipspartikel zu verhindern, kan man den Autoklaven während der Phase der Faserbildung in Abständen auf den Kopf stellen, oder ein kontinuierlich arbeitendes Autoklavenverfahren, wie in der US-PS 35 79 300 beschrieben, anwenden.
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Ist die Faserbildung beendet, so wird die lose, nicht verfilzte Fasermasse von dem überschüssigen Wasser abgetrennt, zum Beispiel mittels Druckfiltration, wobei die Temperatur nicht unter 100°C, vorzugsweise nicht unter 105°C absinken soll.
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Der Filterkuchen wird sofort bei einer Temperatur über 200°C, zum Beispiel bei etwa 400°C, getrocknet. Das wasserfreie Produkt besteht aus leicht trennbaren, frei fließenden Kristallwhiskern, die sich seidig anfühlen. Die Ausbeute ist quantitativ, bezogen auf die Menge eingesetztem Gips. Die Druckfiltration kann bequem mit einem Dreh- Druckfilter ausgeführt werden. Normalerweise kann das faserförmige Produkt aus dem Autoklaven unter Ausnutzung von dessen Innendruck direkt zu dem Filter gefördert werden, wobei unter einem 0,21 MPa Überdruck stehender Dampf dazu dient, das Produkt während des gesamten Abziehens und Filterns unter Druck zu halten, solange der Wassergehalt im Filterkuchen auf unter 50 Gew.-% Wasser herabgesetzt wird, wird das Produkt dem Filter entnommen, so sieht man, daß die einzelnen Fasern im Filterkuchen oder der erhaltenen Fasermatte so geschichtet liegen, daß nur eine sehr geringfügige dreidimensionale Verfilzung vorliegt. Auch bei dem nachfolgenden Trocknen und Kalzinieren soll Verfilzen vermieden werden. Deshalb werden das Trocknen und Kalzinieren so ausgeführt, daß die Fasermatte, so wie sie dem Filter entnommen wird, auf einen Endlosband-Förderer gegeben und zum Trocknen und Kalzinieren durch einen Ofen befördert wird. Die Fasermasse kann auch unter Verwendung anderer herkömmlicher Vorrichtungen getrocknet und kalziniert werden. Das Umladen und Stürzen der Fasermasse sollte jedoch auf ein Mindestmaß reduziert werden, damit die Fasern weiterhin unverfilzt bleiben und leichtes Dispergieren des Fasermaterials möglich ist, wenn dieses dann später mit einem Harz oder einem Zement vermischt wird.
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Das Kalzinieren wird bei einer Temperatur zwischen etwa 500°C und etwa 650°C, zum Beispiel bei 600°C in weniger als 15 Minuten, meistens in etwa 1 Minute durchgeführt, damit eine Verschlechterung des Produktes vermieden wird. Der pH-Wert, den das in Wasser getauchte Endprodukt hat, sollte unter 10, vorzugsweise unter 8, liegen. Niedrigere pH-Werte werden dann erhalten, wenn man niedrige Kalziniertemperaturen und kürzere Kalzinierzeiten anwendet.
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Nach dem Entfernen des Produktes aus dem Kalzinierofen, läßt man es an der Luft abkühlen. Das Produkt, das vermutlich aus nicht löslichem Calciumsulfatanhydrit besteht, bleibt ein Jahr und länger stabil. Auch in Gegenwart von Feuchtigkeit bildet es sich nicht zu hydratisierten Modifikationen zurück, so daß es auch als Verstärkungsmaterial für wäßrige Matrixmaterialien, wie hydraulische Zemente verwendet werden kann. Soll das Produkt in einer organischen Harzmatrix verwendet werden, ohne daß es zuvor über längere Zeit feuchter Luft ausgesetzt ist, braucht es nicht kalziniert zu werden; es kann dem Trockenofen entnommen und abgekühlt werden. Die Dichte des kalzinierten Produktes liegt im Bereich von 0,16 g/cm³ bis 0,32 g/cm³, gewöhnlich von 0,24 bis 0,29 g/cm³. Das Produkt läßt sich leicht bis 0,48 g/cm³ verdichten, ohne daß die einzelnen Fasern beschädigt werden.
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Nach dem Trocknen sind die Calciumsulfatfasern so stabil, daß sie als Verstärkungsmaterial in nicht wäßrigen Systemen verwendet werden können. Nach dem Kalzinieren sind die Fasern so stabil, daß sie zur Verwendung in wäßrigen Medien geeignet sind. Falls gewünscht, können die Fasern auch beschichtet werden, wie dies in der schon erwähnten US-PS 39 61 105 beschrieben ist, um die Benetzbarkeit der Fasern durch das Plastikmaterial zu verbessern, in dem sie als Verstärkung dienen sollen. Wird eine Beschichtung aufgebracht, so braucht man das Produkt nur so weit zu trocknen, daß der Wassergehalt weniger als 1% beträgt. Dies läßt sich üblicherweise durch Trocknen bei 300°C bis 400°C während 5 bis 15 Minuten erreichen. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl chargenweise, wie beschrieben, als auch kontinuierlich durchführen, wenn man für die Autoklavenbehandlung einen kontinuierlichen Druckreaktor verwendet. Wichtig ist, daß das Handhaben der Produkte bzw. Zwischenprodukte von der Stufe der Faserbildung bis zur völligen Fertigstellung mit einem Minimum an mechanischen Erschütterungen, ruckartigen Bewegungen, Scherbeanspruchungen und dergleichen erfolgt, um Zusammenklumpen oder Zusammenballen der Fasern zu vermeiden.
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Das beim Filtrieren anfallende Wasser kann wieder der Stufe der Herstellung der Aufschlämmung zugeführt werden. Bei Wiederverwenden des Filtratwassers muß die Menge Dispergiermittel darin bei der Herstellung der neuen Aufschlämmung berücksichtigt und entsprechend weniger Dispergiermittel zugesetzt werden.
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Wie schon ausgeführt, lassen sich die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Calciumsulfat-Whisker als Verstärkungsmaterial sowohl für organische als auch für anorganische Matrixmaterialien verwenden, insbesondere für synthetische Polymere. Die Whisker eignen sich besonders gut zum Mischen mit Matrixmaterialien in flüssiger Form oder in fester trockener Form.
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Es können verschiedene Verfahren zum Dispergieren der Whisker in den Matrixmaterialien angewendet werden; die Eigenschaften, insbesondere die mechanischen Eigenschaften, der erhaltenen resultierenden Materialien können jedoch durch die Wahl der Dispergiervorrichtung nachteilig beeinflußt werden. Es können übliche Mischvorrichtungen, wie Einschnecken- oder Doppelschneckenextruder, Mischwalzen und Banbury-Mischer zum Herstellen hervorragender Dispersionen verwendet werden. Die Vorrichtung muß jedoch besonders betrieben werden, damit eine gute Dispersion der Whisker in der Kunststoffmatrix bei gleichzeitiger minimaler Beschädigung der Fasern erhalten wird.
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Die Whiskerfasern können auch für andere Zwecke, z. B. zum Verstärken von Magnesiumoxid-Zementmaterialien anstelle von oder zusammen mit Asbestfasern verwendet werden.
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Besonders nützliche Produkte, die sich unter Verwendung der erfindungsgemäß erhaltenen Calciumsulfat-Fasern herstellen lassen, sind Materialien für Reibelemente von z. B. Bremsen, Kupplungen und Transmissionsbändern, wobei die Calciumsulfat-Whisker die Asbestfasern, die gegenwärtig in derartigen Reibmaterialien verwendet werden, zum Teil oder ganz ersetzen.
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Die Erfindung wird nun noch an speziellen Beispielen erläutert.
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)
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22 g im Handel erhältlichen Gipses werden in 200 ml Wasser aufgeschlämmt, was einer 10gew.-%igen Aufschlämmung entspricht. Die Aufschlämmung wird auf 80°C erwärmt und in einen Autoklaven gepumpt, der mit einem elektrischen Heizmantel und mit einer Temperaturregelung versehen ist. Bei noch belüftetem Autoklaven wird die Temperatur auf 100°C erhöht und solange auf diesem Wert gehalten, bis im wesentlichen die gesamte Luft ausgetrieben worden ist. Die Belüftungsöffnung wird dann dicht verschlossen, und die Temperatur wird für 15 Minuten auf 116°C gebracht, dann auf 126°C erhöht und weitere 40 Minuten auf diesem Wert gehalten; dann ist die Umwandlung des Gipses in Whisker vollständig. Während der ganzen Zeit wird der Autoklav vorsichtig bewegt oder in regelmäßigen Abständen gedreht. Danach wird das überschüssige Wasser entfernt, und die verbleibende Fasermasse wird entwässert. Das über der Fasermasse stehende überschüssige Wasser wird zuerst ohne Kühlung unter Verwendung des vom Autoklaven bereitgestellten Druckes aus dem Autoklaven herausgeblasen. Eine Probe des Faserproduktes wird entnommen und in Ethylenglykol gegeben, um eine neuerliche Hydratisierung zu verhindern. Auch andere, mit Wasser nicht mischbare organische Lösungsmittel, wie z. B. Aceton und Ethanol, können verwendet werden. Das Lösungsmittel wird unter Vakuum abdestilliert, und die Fasern der Probe werden unter dem Mikroskop betrachtet.
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Das Produkt besteht aus Whiskern mit einer mittleren Länge von 200 µm und einem Durchmesser von 2-3 µm. Der Rest des Produktes, der weiterhin auf einer Temperatur von über 100°C gehalten wird, wird unter Druck abfiltriert. Der Filterkuchen wird sofort in einen Ofen gebracht, in dem er bei einer Temperatur von 400°C in etwa 15 Minuten auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 1% getrocknet wird. Die getrockneten Fasern werden dann in einen Kalzinierofen gegeben und rasch auf 600°C aufgeheizt. Sie werden nicht länger als 0,5-1,5 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen kann man das erhaltene Produkt beliebig lange Zeit ohne Änderungen seiner Eigenschaften aufbewahren.
Beispiel 2
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Beispiel 1 wird wiederholt, aber der Aufschlämmung wird vor der Autoklavenbehandlung Tanninsäure in einer Menge entsprechend 0,0025 Gew.-% des Gesamtgewichts der Gipsaufschlämmung zugegeben. Nach dem Belüften und dem Verschließen des Autoklaven wird die Aufschlämmung auf 116°C erhitzt und 15 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Die Mischung wird dann auf 122°C erhitzt und für weitere 20 Minuten auf dieser Temperatur gehalten; danach wird das teilweise umgesetzte Produkt für weitere 20 Minuten auf 128°C erhitzt. Die unter dem Mikroskop geprüften Fasern der Probe sind zwischen 200 und 300 µm lang, wobei einige der Fasern sogar länger sind, und haben einen mittleren Durchmesser von 4-5 µm. Die dem Autoklaven entnommene Reaktonsmischung hat eine niedrige Viskosität und läßt sich leicht gießen. Der Filterkuchen hat ein ähnliches Aussehen wie der im Beispiel 1 erhaltene, man hat jedoch nur eine sehr geringe oder gar keine dreidimensionale Vermischung der Fasern; der Faserkuchen läßt eine Schichtstruktur erkennen.
Beispiel 3
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Das Beispiel 2 wird wiederholt, nur wird die Reaktion bei 124°C nach 20 Minuten und nach nur teilweiser Faserbildung gestoppt. Das Produkt wird abgekühlt und für 20 Minuten wieder auf 128°C erhitzt. Die Fasern der Probe haben die Form flacher, bandförmiger Kristalle, die 200 bis 300 µm lang oder noch länger sind und Querschnittsabmessungen von 5 bis 10 µm haben. Das abfiltrierte Produkt hat ein ähnliches Aussehen wie das beim Beispiel 2 erhaltene.
Beispiel 4
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Dieser Versuch dient dazu, eine vollständige Umwandlung in Fasern so schnell wie möglich durchzuführen. 500 ml Wasser werden in einem 1-l-Autoklaven auf 135°C erhitzt. Zugleich werden 45 g Gips in 100 ml Wasser aufgeschlämmt und in einem mit dem Autoklaven verbundenen Druckgefäß auf 110°C erhitzt. Die Gipsaufschlämmung wird durch Druckluft aus dem Druckgefäß in den Autoklaven übergeführt. Die Überführungszeit beträgt 2 Minuten. Die Mischung wird weitere drei Minuten lang im Autoklaven auf einer Temperatur von 135°C gehalten, und danach wird der Druck im Autoklaven abgebaut und eine Probe des Fasermaterials entnommen. Die Umwandlung läuft im wesentlichen vollständig bis zum Ende ab. Die unter dem Mikroskop geprüfte Fasermaterialprobe hat die nachstehende Zusammensetzung:
- 12-15% nicht umgesetztes Material,
3-5% Fasern, die 0 bis 50 µm lang sind,
3-5% Fasern, die 100 bis 500 µm lang sind,
der Rest Fasern, die 50 bis 100 µm lang sind.
Beispiel 5
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Es wird eine Versuchsreihe durchgeführt, um die niedrigste Faserbildungstemperatur und den Einfluß der Temperatur auf die Geschwindigkeit der Faserbildung und die Qualität des erhaltenen Faserproduktes zu bestimmen. Dabei arbeitet man wie nachstehend angegeben:
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Man stellt 500 ml einer 7gew.-%igen Gipsaufschlämmung aus Gips, der zu mindestens 96% aus Calciumsulfat-Dihydrat besteht, und destilliertem Wasser her. Die Aufschlämmung wird unter ständigem Rühren auf 80°C erhitzt und dann in einen 1-l-Autoklaven gepumpt, der mit einem elektrischen Heizmantel mit Temperaturregelung, einer Kühleinrichtung, einem Druckmesser und einem druckluftbetriebenen Rührmotor versehen ist. Die reagierende Aufschlämmung wird mit einem Propellerrührer einer Umlaufgeschwindigkeit von 120 UpM gemischt. Auf diese Weise wird der Gips vollständig in Suspension gehalten.
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Nachstehend die Versuchsergebnisse:
- a) Die Wärmebehandlung erfolgt 2 Stunden bei 110°C; man beobachtet keine Faserbildung.
- b) Die Wärmebehandlung erfolgt 2 Stunden bei 112°C; nach einer halben Stunde stellt man 5% Faserbildung, nach 1 Stunde 25% Faserbildung, nach 2 Stunden 80% Faserbildung fest.
- c) Die Faserbildung erfolgt bei 114°C; nach einer halben Stunde stellt man eine Faserbildung von 8%, nach einer Stude von 25% und nach 1 Stunde und 20 Minuten eine vollständige Umwandlung des Gipses in Fasern fest.
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Diese Versuche zeigen, daß die niedrigste Faserbildungstemperatur für diese Aufschlämmung 112°C ist und daß die Geschwindigkeit der Faserbildung mit der Temperatur derart zunimmt, daß man eine vollständige Umwandlung in 1 Stunde bei einer Temperatur von 116°C durchführen kann. Die niedrigste Faserbildungstemperatur und die Umwandlungsgeschwindigkeit hängen auch von der Konzentration der Aufschlämmung und der Gegenwart anderer Materialien in der Aufschlämmung ab.
Beispiel 6
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Es wird eine Versuchsreihe unter Verwendung eines 250-ml- Parr-Bombenreaktors durchgeführt. Ein Rührer läuft mit hoher Drehzahl, bis die Temperatur nahe der niedrigsten Faserbildungstemperatur (etwa 110°C) liegt. Danach wird der Gips dadurch in Suspension gehalten, daß man den Reaktor alle 2 Minuten um volle 360° dreht, während zugleich die Temperatur mit vorgegebener Geschwindigkeit auf 140°C erhöht wird. Die vorgegebenen Geschwindigkeiten der Temperaturerhöhung sind 2,5°C/Minute, 1°C/Minute und 0,5°C/Minute. In jedem Falle wird eine im wesentlichen vollständige Umwandlung in Fasern erhalten. Nachstehend wird die Längenverteilung der Fasern in einer Probe, bezogen auf die Gesamtzahl der in der Probe befindlichen Fasern, in Prozent angegeben: a) Erhöhung der Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 2,5°C/Minute &udf53;ta:10:18&udf54;&udf53;tz5,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\L¿nge\ Anteil der Faser&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\¸0^Æ50¤Óm\ Æ5^Æ7%&udf53;tz&udf54; \Æ50^100¤Óm\ 28^30%&udf53;tz&udf54; \100^200¤Óm\ 50^52%&udf53;tz&udf54; \200^300¤Óm\ 14^16%&udf53;tz&udf54; &udf53;te&udf54; b) Temperaturanstieg mit einer Geschwindigkeit von 1,0°C/Minute &udf53;ta:10:18&udf54;&udf53;tz5,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\L¿nge\ Anteil der Faser&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\¸0^Æ50¤Óm\ Æ4^Æ5%&udf53;tz&udf54; \Æ50^100¤Óm\ Æ8^10%&udf53;tz&udf54; \100^200¤Óm\ 27^30%&udf53;tz&udf54; \200^300¤Óm\ 28^30%&udf53;tz&udf54; \300^400¤Óm\ 14^16%&udf53;tz&udf54; \400^500¤Óm\ 10^12%&udf53;tz&udf54; &udf53;te&udf54; c) Temperaturanstieg mit einer Geschwindigkeit von 0,5°C/Minute &udf53;vu10&udf54;&udf53;ta:10:18&udf54;&udf53;tz5,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\L¿nge\ Anteil der Faser&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\¸0^Æ50¤Óm\ Æ4^Æ5%&udf53;tz&udf54; \Æ50^100¤Óm\ Æ4^Æ5%&udf53;tz&udf54; \100^200¤Óm\ 16^18%&udf53;tz&udf54; \200^300¤Óm\ 20^30%&udf53;tz&udf54; \300^400¤Óm\ 22^24%&udf53;tz&udf54; \400^500¤Óm\ 24^26%&udf53;tz&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;vu10&udf54;
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Die Versuchsreihe wird wiederholt, jedoch werden der Aufschlämmung 0,0125 Gew.-% Tanninsäure zugesetzt. Das erhaltene Produkt hat eine niedrigere Viskosität, läßt sich leicht gießen, hat dieselbe Längenverteilung der Fasern, aber der mittlere Durchmesser der Fasern ist etwas größer. Die Fasern lassen sich erheblich leichter dispergieren.