DE2900116C2

DE2900116C2 - Verfahren zur Erhöhung der chemischen Beständigkeit von Glasfasern

Info

Publication number: DE2900116C2
Application number: DE2900116A
Authority: DE
Inventors: Katuji Shimotsuga Matuura
Original assignee: DAIICHIKASEI Co Ltd SHIMOTSUGA JP
Current assignee: DAIICHIKASEI Co Ltd SHIMOTSUGA JP
Priority date: 1978-06-26
Filing date: 1979-01-03
Publication date: 1984-03-29
Also published as: GB2027012A; SE7905177L; SE437982B; GB2027012B; US4228204A; DE2900116A1; CA1139162A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der chemischen Beständigkeit von Glasfasern, bestehend aus 54 bis 60 Gew.-* Siliciumdioxid, bis zu 10 Gew.-* Zirkonoxid, 0 bis 6 Gew.-* Aluminiumoxid, 0 bis 7 Gew.-* Magnesiumoxid, 5 bis 9 Gew.-* Calciumoxid, 1 bis 6 »0 Gew.-* Bariumoxid, 12 bis 20 Gew.-* Alkalimetalloxide und 0 bis 4 Gew.-* Eisen(III)-oxide, durch Behandlung mil einer wäßrigen Lösung von Metallsalzverbindungen.

Lange oder kurze Glasfasern (nachstehend als Glasfasern bezeichnet) werden in Mörtel, Beton und dergleichen eingearbeitet, um die Biegefestigkeit von Zementprodukten zu erhöhen. In dem Maße, wie der Durchmesser der Glasfasern abnimmt, nimmt die Zugfestigkeit der Glasfasern zu. Die Verwendung von Glasfasern mit hoher Zugfestigkeit liefert Zementprodukte mit hoher Biegefestigkeit, so daß es empfehlenswert Ist, Glasfasern mit kleinem Durchmesser zu. verwenden.

Die Hauptkomponenten der Glasfasern sind Siliciumdioxid SiOj, Calciumoxid, CaO, Magnesiumoxid MgO, Dibortrioxid B₁O₁, Natriumoxid Na₂O, Kaliumoxid KjO, Aluminiumoxid AI₂Oi und Lithiumoxid LijO. Die Glasfasern haben eine Säurebeständigkeit in breiten pH-Bereichen von 2 bis 6. Glasfasern haben jedoch keine Alkalibeständigst im alkalischen pH-Bereich von 9 bis 14, Insbesondere 12 bis 14. EruaikaiirnetaNaxldR, wie Calcium- so oxid und Magnesiumoxid, sowie Alkalimetalloxide, wie Natriumoxid, Kaliumoxid und Lithiumoxid, werden aus den Glasfasern in Form von Ca(OH)j, Mg(OH)j, NaOH. KOH und LlOH ausgelaugt. Daher können nach dem Stand der Technik keine Zementprodukte mit guten Bie- S5 gefestlgkelten erhalten werden. Insbesondere bei Verwendung von Glasfasern mit kleinem Durchmesser Ist die Verschlechterung der Glasfasern erheblich, da große Oberflächen der Glasfasern mit den Alkalikomponenten, die im Zement vorhanden sind, In Berührung kommen, no

Es ist schon vorgeschlagen worden, daß Glasfasern zur Verwendung beim Verstärken von Zement alkalibeständig sein sollten, und es Ist auch schon vorgeschlagen worden, eine Glaszusammensetzung zu verwenden, die 5 bis 25 Gew.-* Zirkonoxid ZrOj enthält. Wenn jedoch »s eine Glaszusammensetzung, die weniger als 10 Gew.-¹Y, Zirkonoxid enthält, verwendet wird, dann können Glasfasern mit einer genügenden Alkallbesr.ändlgkelt nicht erhalten werden. Wenn eine Glaszusammensetzung, die 10 bis 25 Gew.-* Zirkonoxid enthält, verwendet wird, dann können Glasfasern mit eine:r geringen Alkalibeständigkeit erhalten werden. Es ist jedoch schwierig, diese Glaszusammensetzung bei der Herstellung von Glasfasern zu schmelzen. Weiterhin ist, wenn diese geschmolzen sind, die Temperatur der flüssigen Phase erhöht, so daß eine gute Spinnleistung nicht erhalten werden kann. Dazu kommt noch, daß Glasfasern nicht wirksam gebildet werden können. Es ist weiterhin auch erforderlich, eine Hochleistungseinrichtung anzuwenden. Um die Nachteile zu überwinden, die bei Verwendung von mehr als 10 Gew.-* Zirkonoxid auftreten, ist es schon vorgeschlagen worden, Alkalimetalloxide, wie Na₂O, K₂O und LI₂O (nachstehend als R₂O abgekürzt) als Flußmittel zu verwenden, wobei die Gesamtmenge von R₂O 14 bis 18 Gew.-* beträgt. Alternativ ist auch schon -jrgeschlagen worden, Erdalkalimetalloxide, wie CaO, MgO, BaO und/oder Oxide von Elementen der Borfamilie, wie B₂O₅, zuzusetzen, um den Schmelzpunkt der Glaszusammensetzung zu vermindern. Wenn jedoch R₂O in einer Menge von 14 bis 18 Gew.-* zugesetzt wird, dann tritt in der Atmosphäre oder in wäßriger Lösung eine Verschlechterung auf. Weiterhin wird R₂O aus den Glasfasern durch die im Zement vorhandenen Alkalikomponenten ausgelaugt, so daß die Festigkeit, der Glasfasern abnimmt. So ist beispielsweise mach einem Jahr die Biegefestigkeit der Zementprodukte auf 6ΟΓ0 derjenigen von Zementprodukten unmittelbar nach der Herstellung vermindert. Man hat daher bislang gezögert, Glaszusammensetzungen anzuwenden, die 14 bis 18 Gew.-* R₂O enthalten. Wenn andererseits Erdalkalimetalloxide und dergleichen in die Glaszusammensetzung eingearbeitet werden, dann wird die Säurebestitndigkeit der Glasfasern, die daraus hergestellt worden sind, erheblich vermindert.

Aus der DE-AS 24 03 751, der DE-OS 25 56 539 und der FR-PS 22 14 666 sind bereits Verfahren zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit von Glasfasern, die zur Armierung von Beton dienen, bekannt. Bei diesen Verfahren werden die Glasfasern mit Lösungen von bestimmten Metallverbindungen, z. 3. Zinkverbindungen, beschichtet. Aus »Anorganische Textllfaserstoffe«, VIB-Verlag Technik, Berlin 1955, Selten 420/421, Ist es weiterhin bekannt, daß Bleiacetat neben Zinkchlorid und anderer. Salzen zur Erhöhung der Festigkeit von Glasfasern verwendet werden können.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die chemische Beständigkeit von Glasfasern spezieller Zusammensetzung mit wäßrigen Lösungen spezieller Metallsalzverbindungen zu verbessern. Insbesondere soll eine erhebliche Verbesserung der chemischen Beständigkeit von stark alkaliempfindlichen Gläsern erreicht werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Glasfasern mit einer 2 bis 25 gew.-*lgen wäßMgen Lösung von Bleinitrat, Zlnnohlorld und/oder Zinnsulfat behandelt, die behandelten Glasfasern mit Wasser gewaschen und bei Temperaturen von 80 bis 200° C getrocknet werden.

Gemäß einer bevorzugten Auüführungsform der Erfindung wird eine Metallsalzlösung mit einer Konzentration von 10 bis 15 Gew.-* verwendet.

Die wäßrige Lösung von Bleinitrat, Zinnchlorid und/oder Zinnsulfat wird auf Glasfasern durch Tauchen, Sprühen, Anstreichen und dergleichen aufgebracht, um die Oberfläche der Glasfasern mit der wäßrigen Lösung £U behandeln. Hierdurch wird ein Schutzüberzug mit einer chemischen Beständigkeit. Insbesondere einer

hohen Alkalibeständigkeit, auf der Oberfläche der Glasfasern gebildet.

Die behandelten Glasfasern werden mit Wasser gewaschen und sodann bei einer Temperatur von 80 bis 200° C getrocknet.

Wie oben beschrieben, wird erfindungsgsmäß sin kolloidaler Schutzüberzug, der Blei, Zinn oder ein Gemisch davon enthält, auf der Oberfläche der Glasfasern gebildet. Die behandelten Glasfasern haben daher eine hohe Alkalibeständigkeit. Weiterhin haben die behandelten Glasfasern gute Eigenschaften, beispielsweise eine Bewitterungsbeständigkeit, eine Wasserbeständigkeit, eine Säurebeständigkeit und eine Elastizität. Wenn die erfindungsgemäß behandelten Glasfasern in Mörtel, Beton oder Kunststoff eingearbeitet werden, dann können Zementprodukte oder Kunststoffprodukte mit hoher Biegefestigkeit und Druckfestigkeit gebildet werden.

Weiterhin haben die erfindungsgemäii behandelten Glasfasern eine hohe Elastizität, und daraus hergestellte Zementprodukte zeigen keine Rißbildung.

Die Erfindung wird in dem Beispiel erläutert. Alle Prozentangaben und Teile sind auf das Gewicht bezogen.

Beispiel 1

SnCl₂ wurde zu Wasser gegeben, um eine saure wäßrige 15»ige SnClj-Lösung herzustellen. Rohglasfasern mit einem Durchmesser von 13 μτη und einer Länge von 25 mm wurden unter Verwendung der folgenden Komponenten hergestellt:

SiO₂

R₂O(K₂O, Li₂O)

ZrO₂

BaO

MgO

CaO

Al₂O₃

Fe₂O₃

54% 14% 8% 6% 5% 5% 4% 4%

!5 2 g eines Stranges wurden aus 400 Glasfasern hergestellt. Der Strang wurde 1,5 s lang in die saure wäßrige Lösung bei Umgebungstemperatur eingetaucht. Danach wurden die behandelten Glasfasern sofort mit Wasser gewaschen und sodann bei einer Temperatur von 100° C

2ti getrocknet.

Zur Bestimmung der Alkalibeständigkeit der behandelten Glasfasern werden die behandelten Glasfasern 200 h lang in einen Zementextrakt mit einem pH-Wert von 13 und einer Temperatur von 80° C eingetaucht, mit Wasser gewaschen und sodann getrocknet. Die Zugfestigkeit und der Alkaliverlust wjx;den gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle I	vor dem Eintauchen	nach dem Eintauchen	Alkaliverlust	prozentualer
Probekörper	in duf Zementextrakt	in den Zementextrakt	(g)	Alkaliverlust
Nr.	Zugfestigkeit	Zugfestigkeit	0,19
	(kg/mir.)	(kg/mm³)	0,08	(%)
	69,70	39,71	0.17	9,5
1	56,51	33,53	0,19	4
2	58,77	35,79	0,10	8,5
3	59,30	37,45	0,146	9,5
4	60,43	:>8,24		5
5	60,95	36,85	7,3
Mittelwert

Aus Tabelle I wird ersichtlich, daß die Abnahme der Zugfestigkeit der behandelten Glasfasern relativ niedrig ist und daß der Alkaliverlust gering ist, wenn die behandelten Glasfasern in den Zementextraki eingetaucht werden. Dies beweist die Tatsache, daß die behandelten Glasfasern eine verhältnismäßig gute Alkallbeständigkeit haben.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erhöhung der chemischen Beständigkeit von Glasfasern, bestehend aus 54 bis 60 Gew.-% Siliciumdioxid, bis zu 10 Gew.-* Zirkonoxid, 0 bis 6 Gew.-* Aluminiumoxid, 0 bis 7 Gew.-* Magnesiumoxid, 5 bis 9 Gew.-* Calciumoxid, 1 bis 6 Gew.-* Bariumoxid, 12 bis 20 Gew.-* Alkalimetalloxide und 0 bis 4 Gew.-* Eisen(III)-oxide, durch Behandlung mit einer wäßrigen Lösung von Metallsalzverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern mit einer 2 bis 25 gew.-*fgen wäßrigen Lösung von Bleinitrat, Zinnchlorid und/oder Zinnsulfat behandelt, die behandelten Glasfasern mit Wasser gewaschen und bei Temperaturen von SO bis 200° C getrocknet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der verwendeten wäßrigen Metallsalzlösung 10 bis 15 Gew.-* beträgt. »0