DE3239728A1 - Glaszusammensetzungen, daraus hergestellte gegenstaende und verfahren zur bildung von glaszusammensetzungen - Google Patents
Glaszusammensetzungen, daraus hergestellte gegenstaende und verfahren zur bildung von glaszusammensetzungenInfo
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Description
Atlantic Richfield Company, Los Angeles, California,
V.St.A.
Glaszusammensetzungen, daraus hergestellte Gegenstände und Verfahren zur Bildung von Glaszusammensetzungen
Die Erfindung bezieht sich auf Gläser. Sie betrifft zwar Gläser ganz allgemein, ist jedoch insbesondere
auf faserbildende Gläser gerichtet.
Die natürlichen mineralischen Zeolithe sind eine Gruppe von wasserhaltigen Alkali- und/oder Erdalkalialuminosilikaten
mit offener dreidimensionaler Kristallstruktur. ^O Es gibt zwar eine große Anzahl einzelner mineralischer
Zeolithe,doch bilden elf Mineralien die überwiegende Gruppe an mineralischen Zeolithen,nämlich Analcim,
Chabasit, Klinoptilolith, Erionit, Ferrierit, Heulandit, Laumontit, Mordenit, Natrolith, Phillipsit und Wairakit.
Die chemischen und physikalischen Eigenschaften dieser hauptsächlichen mirieralischen Zeolithe werden zusammen
mit den Eigenschaften einer Reihe anderer untergeordneter mineralischer Zeolithe ausführlich beschrieben in
Lefond, Industrial Minerals and Rocks (4. Aufl., 1975),
Seiten 12 35 bis 1274; Breck, Zeolite Molecular Sieves
(1974), insbesondere Kapitel 3, und Mumpton, Mineralogy and Geology of Natural Zeolites, Band 4 (Mineralogical
Society of America: November 1977). Darin finden sich auch Angaben über das geologische Vorkommen der natür-
liehen mineralischen Zeolithe und über einige mögliche
Anwendungen in der Industrie und der Landwirtschaft und
über tatsächliche Einsatzgebiete für natürliche mineralische Zeolithe.
Dienatürlichen mineralischen Zeolithe unterscheiden sich
ganz wesentlich von den sogenannten synthetischen Zeolithen, die in einer Reihe neuerer Artikel und
Patente beschrieben werden. Mangels eines allgemein anerkannten Systems zur Bezeichnung der synthetischen
Zeolithe und infolge der Tatsache, daß einige synthetische Materialien ein RontgenbeugungsSpektrum aufweisen,
■0 das auf mögliche Ähnlichkeiten in der Struktur mit den
natürlichen mineralischen Zeolithen schließen läßt, werden in der Literatur und in den Patenten bestimmte
synthetische Zeolithe gelegentlich auch als synthetische Versionen der natürlichen mineralischen Zeolithe be-
'^ schrieben. So werden beispielsweise bestimmte synthetische
Zeolithe darin als synthetischer Analcim oder synthetischer Mordenit usw. bezeichnet. Wie aus dem oben
erwähnten Buch von Breck hevorgeht, sind solche angenäherte Bezeichnungen jedoch technisch nicht vertretbar,
und sie führen lediglich zu einer Verwirrung zwischen
den beiden ansonsten getrennten Materialklassen, nämlich den natürlichen mineralischen Zeolithen und den synthetischen
Zeolithen. Zwischen den beiden Gruppen bestehen
zwar strukturelle Ähnlichkeiten, es ist jedoch klar, daß 25
die natürlichen mineralischen Zeolithe eine Klasse an Mineralien darstellen, die sich in ihrer Struktur und
ihren Eigenschaften wesentlich von den synthetischen
Zeolithen unterscheiden.
Unter Gläsern versteht man glasartige Materialien, die weitgehend aus Siliciumdioxid zusammengesetzt sind. Bei
Siliciumdioxid handelt es sich jedoch um ein hochfeuerfestes Material, so daß diesem ziemliche Mengen an
Natriumcarbonat, Kalkstein und sonstigen Flußmitteln zugesetzt werden müssen, damit sich eine bei vernünftiger
Temperatur schmelzbare Glaszusammensetzung ergibt. Glasschmelzen werden normalerweise auch noch mit gerin-
gen Mengen anderer Materialien versetzt, bei denen es
sich normalerweise um Materialien in elementarer Form oder in Form von Oxiden handelt, um dem jeweiligen
Fertigglas besondere Eigenschaften zu verleihen, wie Farbfestigkeit oder Chemikalienbeständigkext. über eine
Verwendung von Zeolithen in Glasmatrices und insbesondere als wesentlicher Bestandteil einer Glasmatrix wurde
bisher jedoch nichts berichtet. Es wurde lediglich ein Versuch beschrieben, bei welchem ein Gemisch aus
Klinoptilolith und Glas bei einer Temperatur von 8000C
(und somit weit unterhalb des Schmelzpunktes einer der beiden Bestandteile) gebrannt wurde, um hierdurch eine
sogenannte poröse Glaszusammensetzung mit niedriger Dichte zu erzeugen, und in diesem Zusammenhang wird auf
Seite 197 des oben bereits erwähnten Buches von Mumpton hingewiesen, wo Bezug genommen wird auf JP-OS 74/098817.
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Glaszusammensetzung,
die aus einem geschmolzenen Gemisch gebildet worden ist, das vor dem Schmelzen einen natürlichen mineralischen
Zeolith enthält und das eine Schmelztemperatur im Bereich
von etwa 1000 bis etwa 15000C aufweist. Eine bevorzugte
nt:
Ausführungsform enthält als natürlichen mineralischen Zeolith Mordenit und hat einen Schmelzpunkt im Bereich
von etwa 1250 bis etwa 14000C. Zur Erfindung gehören
weiter auch ein aus obiger Glaszusammensetzung gebildeter Glaskörper und Glasfasern, die aus dieser Zusammensetzung
gebildet worden sind.
Bei der Erfindung ist ein mineralischer Zeolith eine vorwiegende, vorzugsweise überwiegende, Komponente des
Gemisches aus Rohmaterialien, welches durch Schmelzen
in die jeweilige Glaszusairanensetzung überführt wird. Die
verschiedenen einzelnen mineralischen Zeolithe sind, wie bereits oben erwähnt, im einzelnen aus der Literatur
bekannt. Infolge der natürlichen Herkunft variiert die Zusammensetzung dieser Materialien von Charge zu Charge
innerhalb bekannter Grenzen in Abhängigkeit vom jeweiligen Erzkörper t>der einem Teil des Erzkörpers), von dem
die Zeolithe stammen. Selbstverständlich sind in einem bestimmten Erzkörper häufig auch zwei oder mehr zeolithische
Mineralien miteinander vermischt. Diese brauchen für die erfindungsgemäße Verwendung normalerweise nicht
voneinander getrennt sein, da erfindungsgemäß nicht nur mit einem einzigen mineralischen Zeolith, sondern auch
mit Gemischen aus zwei oder mehr mineralischen Zeolithen,-gearbeitet
werden kann. In einer Reihe von Fällen ist die Anwendung eines Gemisches aus Zeolithen sogar bevorzugt,
da sich durch Einsatz eines solchen Gemisches häufig Veränderungen in den gewünschten Eigenschaften erzielen
lassen, wie beispielsweise der Schmelztemperatur. Ferner sind gewöhnlich auch verschiedene andere Mineralien
unter Einschluß amorpher Mineralien vorhanden. Die Gegenwart solcher anderer Mineralien verändert dieses Gemisch
nicht derart, daß die vom Zeolith herrührenden Eigenschaften verlorengehen.
Der erfindungsgemäß zu verwendende mineralische Zeolith oder das entsprechende Gemisch aus mineralischen Zeolithen
wird so ausgewählt, daß sich eine Schmelztemperatur im Bereich von etwa 1000 bis etwa 15000C, vorzugsweise
von etwa 1250 bis etwa 14000C, ergibt. Diese mine-
™ rauschen Zeolithe sorgen für eine glasartige Matrix mit
einer Schmelztemperatur, die im allgemeinen unter der Schmelztemperatur des Großteils der herkömmlichen Gläser
liegt, und insbesondere unter der Schmelztemperatur von
Fiberglas.
35
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Von den mineralischen Zeolithen werden als Rohmaterialien zur Herstellung von Glasgemischen insbesondere Mordenit
und Klinoptilolith bevorzugt. Ein Gemisch aus diesen zwei Zeolithen mit im allgemeinen ähnlichen Anteilen
(vermischt mit einer geringeren Menge an amorphen Materialien und sonstigen Mineralien) schmilzt im Bereich von
etwa 1250 bis etwa 14000C. Es verfügt daher als solches
direkt über eine geeignete Schmelztemperatur, ohne daß ihm weitere andere zeolithische Mineralien oder chemische
Schmelzmittel zugesetzt werden müssen. Erfindungsgemäß geeignete mineralische Zeolithe sind von der Firma
The Anaconda Company im Handel erhältlich.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gläser benötigten
mineralischen Zeolithe können in das zur Bildung des Glases benötigte Gemisch in Mengen eingearbeitet
werden, die im allgemeinen ähnlich sind zu den Gesamtmengen aus Siliciumdioxid und Aluminiumoxid in herkömmlichen
Glaszusammensetzungen. Die in solchen Glaszusammensetzungen vorhandenen herkömmlichen anorganischen
Oxide, welche für Eigenschaften sorgen, wie Farbe, Entglasungsfestigkeit,
Wärmestabilität, Chemikalienbestän-
^ digkeit und dergleichen, können daher auch zusammen mit
den mineralischen Zeolithen in den erfindungsgemäßen
Glaszusammensetzungen in praktisch gleichen Anteilen vorhanden sein, wie sie bei herkömmlichen Glaszusammensetzungen
verwendet werden. Der Anteil an mineralischem
Zeolith bei den zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Gläser verwendeten Mischungen macht wenigstens 40 Gewichtsprozent, und vorzugsweise wenigstens etwa 50
Gewichtsprozent, der Zusammensetzung aus. Gelegentlich kann auch der Zusatz geringer Mengen, normalerweise
Mengen von nicht mehr als etwa 30 Gewichtsprozent, an
zerkleinerten Glasscherben (Bruchglas) zur Zusammensetzung wünschenswert sein. In einem solchen Fall muß
man natürlich ein Bruchglas verwenden, das die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Glases auf Zeolithbasis
nicht wesentlich beeinträchtigt.
Möchte man die Schmelztemperatur noch weiter erniedrigen als dies durch Verwendung einer Mischung aus zwei oder
mehr mineralischen Zeolithen schon möglich ist, dann kann man der Glaszusammensetzung auch noch übliche chemische Flußmittel, wie Natriumcarbonat, zusetzen.
Aus den erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen lassen sich die verschiedensten Arten an Glaskörpern und Glasgegenständen
bilden. So eignet sich dieses Glas beispielsweise zur Verwendung als Flachglas, Behälterglas (unter
Einschluß von Flaschenglas) usw. Die erfindungsgemäßen
Gläser sind normalerweise etwas gefärbt, und zwar insbesondere hellbraun gefärbt. Dies dürfte auf das in der
Zeolithzusammensetzung enthaltene Eisen(III)-oxid zurückzuführen sein. Die Intensität dieser hellbraunen
Färbung läßt sich gewünschtenfalls verringern oder ganz unterbinden, wenn man das Eisen aus dem Zeolith extrahiert.
Wahlweise kann man das Eisen(III) auch zu Eisen(II) reduzieren, wodurch sich die Farbe von braun nach blau
oder grün verändert. Ob die im erfindungsgemäßen Glas vorhandene Farbe toleriert werden kann oder nicht hängt
vom jeweiligen Verwendungszweck des aus den erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen hergestellten Glases ab.
Das Ausmaß der Färbung einer bestimmten erfindungsgemäßen
Zusammensetzung bestimmt beispielsweise die Frage, ob die aus einem solchen Glas hergestellten Flaschen Klarglasflaschen,
wie sie beispielsweise für Produkte, wie Milch, verwendet werden, oder gefärbte Glasflaschen sind,
wie sie für Produkte, wie Bier oder kosmetische Artikel,
eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Gläser eignen sich insbesondere
zur Herstellung von Glasfasern. Sie können unter Anwendung üblicher Methoden zu Glasfasern verarbeitet werden,
beispielsweise durch Schmelzspinnen, Extrusion, Extrusion
unter anschließender Abschwächung mittels eines Gasoder Dampfstroms oder Zentrifugalextrusion unter anschließender
Abschwächung mittels eines Gas- oder DampfStroms. Genauso wie bei herkömmlichen Glasfasern
wird auch bei den aus den vorliegenden Glaszusammensetzungen hergestellten Glasfasern jeweils durch die
Art ihrer Bildung und Sammlung die Frage bestimmt, ob man es hierbei mit Glasfasern für die Anwendung im Textilbereich
beispielsweise in Form von Stapelfasern oder Glaswolle oder für den Einsatz als Wärmeisolator zu tun
hat. Materialien, wie sie für die Verwendung mit Glasfasern üblich sind, beispielsweise Kupplungsmittel oder
polymere Bindemittel, können genausogut auch zusammen mit den erfindungsgemäßen Glasfasern verwendet werden.
Zwei Eigenschaften der Zeolithgläser müssen besonders
im Zusammenhang mit daraus hergestellten Glasfaserprodukten erwähnt werden. Die erste dieser Eigenschaft
beruht darauf, daß die Zeolithe bei Temperaturen schmelzen, die im allgemeinen etwa 50 bis 1500C niedriger sind
als die bekannten Glaszusammensetzungen zur Herstellung von Glasfasern, beispielsweise die Gemenge zur Erzeugung
alkalibeständiger (zirkoniumdioxidhaltxger) Gläser und
die Gemenge zur Herstellung sogenannter Ε-Gläser. Diese niedrigeren Schmelztemperaturen sind mit einer beachtlichen
Energieeinsparung verbunden und erhöhen gleichzeitig auch die Lebensdauer der Glasschmelzanlagen, beispielsweise ihrer Düsen, da diese unter weniger strengen
Bedingungen betrieben werden können. Die zweite besondere Eigenschaft der vorliegenden Zeolithgläser ergibt
sich daraus, daß Glasfasern auf Basis von Zeolith ent-
sprechenden Untersuchungen zufolge über ein Ausmaß an
Alkalibeständigkeit verfügen, das vergleichbar ist zu der Alkalibeständigkeit von Glasfasern, die Zirkoniumdioxid
enthalten. Glasfasern auf Zeolithbasis sind jedoch wesentlich wohlfeiler als Zirkoniumdioxid enthaltende
Glasfasern, so daß sich erstere als Verstärkungsmittel
in alkalischen Umgebungen überall dort anwenden lassen, wo die bekannten Glasfasern auf Basis von
Zirkoniumdioxid infolge ihrer hohen Kosten bisher nicht verwendet worden sind.
Die erfindungsgemäßen Zeolithgläser können durch Schmelzen
in herkömmlichen Glasmacheröfen gebildet werden, wobei sich der oben bereits erwähnte Vorteil eines
Arbeitens bei gegenüber der herkömmlichen Arbeitsweise niedrigerer Temperatur ergibt. Darüberhinaus reagiert
die Zeolithglasschmelze nicht merklich mit den zur Aus-
*v kleidung solcher öfen üblichen Feuerfestmaterialien,
so daß die Auskleidung längerlebig ist. Die niedrigeren Schmelztemperaturen der Zeolithgläser haben ferner auch
noch den Vorteil einer geringeren Schwefelemission beim Glasschmelzen, da bei diesen Temperaturen Schwefelver-
bindungen, wie sie beispielsweise in der Feuerfestauskleidung
vorhanden sein können, weniger zu einer Aufspaltung unter Bildung gasförmiger Schwefelverbindungen
neigen.
Die erfindungsgemäßen Gläser auf Zeolithbasis können
ferner auch in Form von Schaumglas vorliegen.
Weiter gehört zur Erfindung auch die Herstellung von
Glaskeramiken aus den Zeolithen. Dies läßt sich errei-
chen, indem man aus der Zeolithschmelze zuerst Vitroidglas
bildet und das erhaltene Glas dann durch gesteuerte Abkühlung devitrifiziert und so Keramiken mit der
Die erfindungsgemäßen Gläser eignen sich insbesondere zur Herstellung von Glasfasern. Sie können unter Anwendung
üblicher Methoden zu Glasfasern verarbeitet werden, beispielsweise durch Schmelzspinnen, Extrusion, Extrusion
unter anschließender Abschwächung mittels eines Gasoder Dampfstroms oder Zentrifugalextrusion unter anschließender
Abschwächung mittels eines Gas- oder DampfStroms. Genauso wie bei herkömmlichen Glasfasern
wird auch bei den aus den vorliegenden Glaszusammensetzungen hergestellten Glasfasern jeweils durch die
Art ihrer Bildung und Sammlung die Frage bestimmt, ob man es hierbei mit Glasfasern für die Anwendung im Textilbereich
beispielsweise in Form von Stapelfasern oder Glaswolle oder für den Einsatz als Wärmeisolator zu tun
hat. Materialien, wie sie für die Verwendung mit Glasfasern üblich sind, beispielsweise Kupplungsmittel oder
polymere Bindemittel, können genausogut auch zusammen mit den erfindungsgemäßen Glasfasern verwendet werden.
Zwei Eigenschaften der Zeolithgläser müssen besonders
im Zusammenhang mit daraus hergestellten Glasfaserprodukten erwähnt werden. Die erste dieser Eigenschaft
beruht darauf, daß die Zeolithe bei Temperaturen schmelzen, die im allgemeinen etwa 50 bis 1500C niedriger sind
als die bekannten Glaszusammensetzungen zur Herstellung von Glasfasern, beispielsweise die Gemenge zur Erzeugung
alkalibeständiger (zirkoniumdioxidhaltiger) Gläser und
die Gemenge zur Herstellung sogenannter Ε-Gläser. Diese niedrigeren Schmelztemperaturen sind mit einer beachtlichen
Energieeinsparung verbunden und erhöhen gleichzeitig auch die Lebensdauer der Glasschmelzanlagen, beispielsweise
ihrer Düsen, da diese unter weniger strengen
Bedingungen betrieben werden können. Die zweite besondere Eigenschaft der vorliegenden Zeolithgläser ergibt
sich daraus, daß Glasfasern auf Basis von Zeolith ent-
— 9 —
sprechenden Untersuchungen zufolge über ein Ausmaß an
Alkalibeständigkeit verfügen, das vergleichbar ist zu
der Alkalibeständigkeit von Glasfasern, die Zirkoniumdioxid enthalten. Glasfasern auf Zeolithbasis sind
jedoch wesentlich wohlfeiler als Zirkoniumdioxid enthaltende Glasfasern, so daß sich erstere als Verstärkungsmittel
in alkalischen Umgebungen überall dort anwenden lassen, wo die bekannten Glasfasern auf Basis von
Zirkoniumdioxid infolge ihrer hohen Kosten bisher nicht verwendet worden sind.
Die erfindungsgemäßen Zeolithgläser können durch Schmel-'**
zen in herkömmlichen Glasmacheröfen gebildet werden, wobei sich der oben bereits erwähnte Vorteil eines
Arbeitens bei gegenüber der herkömmlichen Arbeitsweise niedrigerer Temperatur ergibt. Darüberhinaus reagiert
die Zeolithglasschmelze nicht merklich mit den zur Aus-
kleidung solcher öfen üblichen Feuerfestmaterialien,
so daß die Auskleidung längerlebig ist. Die niedrigeren Schmelztemperaturen der Zeolithgläser haben ferner auch
noch den Vorteil einer geringeren Schwefelemission beim Glasschmelzen, da bei diesen Temperaturen Schwefelver-
bindungen, wie sie beispielsweise in der Feuerfestauskleidung
vorhanden sein können, weniger zu einer Aufspaltung unter Bildung gasförmiger Schwefelverbindungen
neigen.
Die erfindungsgemäßen Gläser auf Zeolithbasis können
ferner auch in Form von Schaumglas vorliegen.
Weiter gehört zur Erfindung auch die Herstellung von
Glaskeramiken aus den Zeolithen. Dies läßt sich errei-35
chen, indem man aus der Zeolithschmelze zuerst Vitroidglas
bildet und das erhaltene Glas dann durch gesteuerte Abkühlung devitrifiziert und so Keramiken mit dor
Die erfindungsgemäßen Gläser eignen sich insbesondere
zur Herstellung von Glasfasern. Sie können unter Anwendung üblicher Methoden zu Glasfasern verarbeitet werden,
beispielsweise durch Schmelzspinnen, Extrusion, Extrusion
unter anschließender Abschwächung mittels eines Gasoder Dampfstroms oder Zentrifugalextrusion unter anschließender
Abschwächung mittels eines Gas- oder DampfStroms. Genauso wie bei herkömmlichen Glasfasern
wird auch bei den aus den vorliegenden Glaszusammensetzungen hergestellten Glasfasern jeweils durch die
Art ihrer Bildung und Sammlung die Frage bestimmt, ob man es hierbei mit Glasfasern für die Anwendung im Textilbereich
beispielsweise in Form von Stapelfasern oder Glaswolle oder für den Einsatz als Wärmeisolator zu tun
hat. Materialien, wie sie für die Verwendung mit Glasfasern üblich sind, beispielsweise Kupplungsmittel oder
polymere Bindemittel, können genausogut auch zusammen mit den erfindungsgemäßen Glasfasern verwendet werden.
Zwei Eigenschaften der Zeolithgläser müssen besonders
im Zusammenhang mit daraus hergestellten Glasfaserprodukten erwähnt werden. Die erste dieser Eigenschaft
beruht darauf, daß die Zeolithe bei Temperaturen schmelzen, die im allgemeinen etwa 50 bis 1500C niedriger sind
als die bekannten Glaszusammensetzungen zur Herstellung von Glasfasern, beispielsweise die Gemenge zur Erzeugung
alkalibeständiger (zirkoniumdioxidhaltiger) Gläser und
die Gemenge zur Herstellung sogenannter Ε-Gläser. Diese niedrigeren Schmelztemperaturen sind mit einer beachtlichen
Energieeinsparung verbunden und erhöhen gleichzeitig auch die Lebensdauer der Glasschmelzanlagen, beispielsweise
ihrer Düsen, da diese unter weniger strengen
Bedingungen betrieben werden können. Die zweite besondere
Eigenschaft der vorliegenden Zeolithgläser ergibt sich daraus, daß Glasfasern auf Basis von Zeolith ent-
—. Q _
sprechenden Untersuchungen zufolge über ein Ausmaß an
Alkalibeständigkeit verfügen, das vergleichbar ist zu der Alkalibeständigkeit von Glasfasern, die Zirkoniuxndioxid
enthalten. Glasfasern auf Zeolithbasis sind jedoch wesentlich wohlfeiler als Zirkoniumdioxid enthaltende
Glasfasern, so daß sich erstere als Verstärkungsmittel in alkalischen Umgebungen überall dort anwenden
lassen, wo die bekannten Glasfasern auf Basis von Zirkoniumdioxid infolge ihrer hohen Kosten bisher nicht
verwendet worden sind.
Die erfindungsgemäßen Zeolithgläser können durch Schmel-•5
■ zen in herkömmlichen Glasmacheröfen gebildet werden, wobei sich der oben bereits erwähnte Vorteil eines
Arbeitens bei gegenüber der herkömmlichen Arbeitsweise niedrigerer Temperatur ergibt. Darüberhinaus reagiert
die Zeolithglasschmelze nicht merklich mit den zur Auskleidung solcher öfen üblichen Feuerfestmaterialien,
so daß die Auskleidung längerlebig ist. Die niedrigeren Schmelztemperaturen der Zeolithgläser haben ferner auch
noch den Vorteil einer geringeren Schwefelemission beim Glasschmelzen, da bei diesen Temperaturen Schwefelver-
bindungen, wie sie beispielsweise in der Feuerfestauskleidung
vorhanden sein können, weniger zu einer Aufspaltung unter Bildung gasförmiger Schwefelverbindungen
neigen.
Die erfindungsgemäßen Gläser auf Zeolithbasis können
ferner auch in Form von Schaumglas vorliegen.
Weiter gehört zur Erfindung auch die Herstellung von
Glaskeramiken aus den Zeolithen. Dies läßt sich errei-35
chen, indem man aus der Zeolithschmelze zuerst Vitroidglas
bildet und das erhaltene Glas dann durch gesteuerte Abkühlung devitrifiziert und so Keramiken mit dor
- 10 -
gewünschten Kristallinität bildet. Dieses Verfahren ist
insbesondere auf faserartige Materialien anwendbar, und hiermit lassen sich Glasfasern mit einer Gebrauchstemperatur
von 5000C in keramische Fasern mit einer Gebrauchstemperatur von 1100°C überführen. In unter Anwendung
dieses Verfahrens aus einem Mordenit-Rohmaterial hergestellten keramischen Fasern konnten Anorthit und Diopsid
als kristalline Phasen identifiziert werden. Besonders
interessant dabei ist, daß sich aus diesen Zeolithen Keramiken der angegebenen Art bilden lassen, ohne daß
hierzu Kernbildungsmittel verwendet werden müssen, und dies bedeutet, daß die Zeolithe gewissermaßen selbst-
'5 kernbildend sind. Zur Einleitung der Keramikbildung
können gewünschtenfalls jedoch auch spezielle Kernbildungsmittel verwendet werden.
Die Ausdehnungskoeffizienten der erfindungsgemäßen Gläser
bewegen sich in der gleichen Größenordnung wie die Ausdehnungskoeffizienten
einer Reihe von Metallen. Diese Gläser lassen sich daher zum Auskleiden von Metallbehältern
verwenden, ohne daß es hierbei zu Problemen kommt, wie sie sonst bei Materialien mit unterschiedlichen Aus-
dehnungskoeffizienten auftreten würden.
Zur beispielsmäßigen Erläuterung der Erfindung wird eine Glaszusammensetzung aus einem mineralischen Zeolith hergestellt,
der als Zeolith 2020A bezeichnet wird und
von der Firma The Anaconda Company bezogen werden kann.
Bei diesem Versuch wird die Glaszusammensetzung vollständig aus dem handelsüblichen Mordenitmineral gebildet,
durch dessen Aufschmelzen bei etwa 135O0C ein braungefärbtes
Glas mit folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf Trockengewichtsbasis entsteht.
- 11 -
Tabelle I | 61,5 | |
SiO2 | 10,2 | |
A12°3 | 3,8 | |
MgO | 16,7 | |
CaO | 2,1 | |
Na2O | 2,7 | |
κ2ο | 3,0 | |
Fe2°3 | ||
Fe als
(Ein herkömmliches Aluminiumsilikatglas schmilzt bei einer Temperatur in der Größenordnung von 16000C.)
Die obige Glaszusammensetzung wird zur Bildung von Glasfasern erneut aufgeschmolzen, wobei sich ergibt, daß sie
sich leicht zu Fasern verarbeiten läßt und daß dabei Glasfasern mit guter Qualität entstehen.
Das in obiger Weise erhaltene erfindungsgemäße Glas weist
ein Schüttgewicht auf, das vergleichbar ist mit dem Schüttgewicht von Natriumcarbonatglas (Fensterglas) und
Ε-Glas, und es verfügt über einen Wärmeausdehnungskoeffizienten,
der etwa in der Mitte zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser beiden Gläser liegt. Die
Glasübergangstemperatur ist mehr als 10 % höher als die Glasübergangstemperatur eines Natriumcarbonatglases, und
hierdurch weist das vorliegende Glas ein höheres Ausmaß an Stabiliät und Beständigkeit gegenüber einer Devitrifizierung
auf. Ein weiteres wichtiges Ergebnis ist die Tatsache, daß die aus den erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen
hergestellten Glasfasern eine Alkalibeständigkeit (in 5%-iger NaOH bei 900C) aufweisen, die vergleichbar ist zur Alkalibeständigkeit sogenannter alkalifester
Glasfasern auf Basis von Zirkoniumdioxid, wie dies aus der folgenden Tabelle II hervorgeht.
- 12 -
Tabelle II | 28,17 | herkömmliche alkalibe ständige Glasfasern |
|
35,78 | 2,10 | ||
Zeit (h) |
Gewichtsverlust (%) | 41 ,94 | 4,34 |
24 | Glasfasern auf Fasern auf Zeolithbasis Basis von E-Glas |
5,90 | |
48 | 3,53 | ||
72 | 3,97 | ||
5,08 | |||
Obige Versuchsergebnisse zeigen, daß die aus den erfindungsgemäßen
Glaszusammensetzungen hergestellten mineralischen Zeolithgläser Eigenschaften aufweisen, die wenigstens
den Eigenschaften der bekannten herkömmlichen Gläser und Glasfasern entsprechen, wobei die erfindungsgemäßen
Gläser bei wesentlich niedrigeren Temperaturen als die bekannten Aluminosxlikatgläser hergestellt werden können,
und wobei die Alkalibeständigkeit der vorliegenden Gläser vergleichbar ist mit den wesentlich teureren Zirkoniumdioxid
enhaltenden Gläsern.
Die Erfindung ist anwendbar auf die Herstellung von Glas
und Glasfasern in üblichen technischen Verfahren zur Erzeugung von Glas und Glasfasern. Die hierdurch erhältlichen Gläser und Glasfasern können für die verschieden-
sten industriellen Anwendungen eingesetzt werden, bei-
spielsweise zur Herstellung von Behältern, Wärmeisolationsmaterialien,
Faserverstärkungen und Flachgläsern.
Claims (18)
1. Glaszusammensetzung, die Anteile an Siliciumoxid und Aluminiumoxid enthält und aus einem geschmolzenen
Gemisch gebildet worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gemisch vor dem Schmelzen
eine natürliche mineralische Zeolithkomponente enthält und eine Schmelztemperatur im Bereich von etwa 1000 bis
etwa 15000C hat.
10
10
2. Glaszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile an Siliciumoxid und
Aluminiumoxid von der natürlichen mineralischen Zeolithkomponente stammen.
3. Glaszusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile an Siliciumoxid und
Aluminiumoxid im wesentlichen von der natürlichen
Zeolithkomponente stammen.
20
20
4. Glaszusammensetzung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die natürliche mineralische
Zeolithkomponente aus wenigstens einem der natürlichen Zeolithmineralien Analcim, Chabasit, Klinoptilolith,
Erionit, Ferrierit, Heulandit, Laumonit, Mordenit,
Natrolith, Phillipsit und Waikarit, oder einem Gemisch hiervon besteht.
5. Glaszusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die natürliche mineralische Zeolithkomponente
aus Mordenit, Klinoptilolith oder Gemischen hiervon besteht.
6. Glaszusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die natürliche Zeolithkomponente
aus einem Gemisch aus Mordenit und Klinoptilolith besteht.
- 14 -
7. Glaszusamiriensetzung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Geraisch eine Schmelztemperatur im Bereich von etwa 1250 bis etwa 14000C
hat.
8. Glasgegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Glaszusammensetzung nach Anspruch 1, 2 oder
3 hergestellt worden ist.
9. Gegenstand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich dabei um Flachglas, Glasbehälter, Glasfasern oder Schaumglas handelt.
10. Gegenstand nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich dabei um Glasfasern handelt.
11. Alkalischer Körper, dadurch gekennzeichnet, daß er mit den Glasfasern gemäß Anspruch 10 verstärkt ist.
12. Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Glaszusammensetzung gemäß Anspruch 5 hergestellt
worden ist.
13. Gegenstand nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich dabei um Flachglas, Glasbehälter, Glasfasern oder Schaumglas handelt.
14. Verfahren zur Bildung einer Glaszusammensetzung,
dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus einer natürlichen mineralischen Zeolithkomponente bei einer
Temperatur im Bereich von etwa 1000 bis etwa 14000C
schmilzt.
35
35
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß man als natürliche mineralische Zeolithkomponente
- 15 -
wenigstens ein natürliches Zeolithmineral aus der Gruppe Analcini/Chabasit, Klinoptilolith, Erionit,
Ferrierit/ Heulandit, Laumonit, Mordenit, Natrolith, Phillipsit und Waikarit oder Mischungen hiervon verwendet.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß man als natürliche mineralische Zeolithkomponente Mordenit, Klinoptilolith oder Gemische hiervon verwendet.
17. Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Glaszusammensetzung zu
■5 Fasern verarbeitet.
18. Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Glaszusammensetzung zu
Schaum verarbeitet. 20
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US24904381A | 1981-03-30 | 1981-03-30 | |
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