DE3538115C2

DE3538115C2 -

Info

Publication number: DE3538115C2
Application number: DE19853538115
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Chem. Dr. 1000 Berlin De Ortlepp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-10-26
Filing date: 1985-10-26
Publication date: 1987-07-23
Also published as: DE3538115A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein faserverstärkter Werk stoff, vor allem ein Bauteil aus anorganischen, vorzugsweise hydraulischen Bindemitteln und Fasern, das wirtschaftlich hergestellt werden kann und gute mechanische Eigenschaften sowie hohe Brandfestigkeit aufweist.

Vor allem aus Zement und verschiedenen natürlichen und/oder synthetischen organischen wie auch anorganischen Faserstoffen hergestellte Werkstoffe, die als Bauteile eingesetzt werden, gewinnen seit einiger Zeit als Ersatzwerkstoffe für Asbest zement - unter dem Oberbegriff Faserzement - wachsende Be deutung.

Die in diesem Zusammenhang verwendeten organischen Faserstoffe besitzen allerdings den Nachteil geringer Feuerfestigkeit und weisen gewöhnlich einen niedrigen E-Modul auf, so daß bei mechanischen Beanspruchungen daraus hergestellter Bauteile, insbesondere bei zusätzlicher Einwirkung höherer Temperaturen, die armierende Wirkung verloren gehen kann. Synthetische organische Fasern, mit zum Teil hoher chemischer Beständigkeit gegenüber den Einwirkungen aus der alkalischen Zementmatrix, - hierzu gehören vor allem Polyacryl- und Polyacrylnitrilfasern sowie Polyolefin- und Polyamidfa sern - haben wegen ihrer inerten Eigenschaften keine oder nur eine unzureichende Verankerung in der Bindemittelmatrix, folglich auch eine geringe Ausreißfestigkeit. Deshalb wer den die im Werkstoff auftretenden Spannungen von den Beweh rungsfasern zumeist unzureichend aufgenommen, so daß me chanische und thermische Belastungen zur - verglichen mit Asbestzement - relativ schnellen Zerstörung des Bauteils führen können. Auch sind besonders thermoplastische orga nische Synthesefasern für die Herstellung anorganischer, dampfgehärteter Werkstoffe wegen ihrer thermoelastischen Eigenschaften bzw. wegen ihrer relativ niedrigen Zersetzungs temperatur, die zumeist durch die beim Dampfhärtungs prozeß vorliegenden Temperaturen oberhalb 160 Grad Celsius erreicht oder sogar überschritten wird, nicht geeignet.

Man hat daher versucht, natürliche organische Faserstoffe, wie Cellulosefasern und Zellstoffe unterschiedlichster Pro venienz, als Bewehrungsfasern - zum Teil in Fasergemischen mit anderen anorganischen und organischen Fasern - für Fa serbindemittelwerkstoffe zu verwenden. Auch durch Nachbe handlung mit verschiedenen chemischen Substanzen - mit dem Ziel der Mineralisierung - modifizierte Cellulosefasern wur den vorgeschlagen und erprobt. Obwohl Cellulose- bzw. Zell stoffasern gegenüber anorganischen BindemitteIn eine höhere Affinität besitzen als beispielsweise organische Synthesefa sern - sie weisen deutlich höhere Ausreißfestigkeiten auf -, sind sie wegen ihres Quellverhaltens unter Wasser - bzw. Feuchtigkeitseinfluß vor allem für die Herstellung dampf gehärteter, aber auch Iuftgehärteter Produkte wenig ge eignet.

Man hat vorgeschlagen, diese Nachteile dadurch zu vermei den, indem als Bewehrungsfasern für Werkstoffe, hauptsächlich für die Herstellung von Faserbindemittelprodukten, Faser gemische d.h. beispielsweise Cellulosefasern zusammen mit organischen und auch anorganischen Synthesefasern eingesetzt werden. Doch bleiben auch in Fasergemischen naturgemäß die jeweiligen nachteiligen spezifischen Eigenschaften der dafür verwendeten Fasern, so z.B. die Thermoplastizität organischer Synthesefasern, erhalten. Hinzu kommt der höhere Anlagen- und Verfahrensaufwand für die Aufbereitung und Verarbeitung der Faser- bzw. Faserbindemittelgemische.

Zum Stand der Technik soll auf Verfahren hingewiesen werden, die Eigenschaften von Cellulose- und Zellstoff fasern zu verbessern. So ist aus DE-PS 9 15 317 und DE- OS 30 08 204 bekannt, Cellulosefasern mit Kalkmilch, Ze mentsuspensionen u.a.m. zu behandeln, um deren Bestän digkeit in der Zementmatrix zu erhöhen. Aus DE-OS 30 49 987 ist, wie allerdings auch schon aus älterem Schrifttum, bekannt, Cellulose- bzw. Zellstoffasern mit Wasser glas zu imprägnieren. Zur Erhöhung der Ausreißfestig keit aus der Zementmatrix ist in DE-OS 33 40 093 vorge schlagen worden, Polyacrylnitrilfasern mit Kaliumper manganat-Lösung vorzubehandeln und diese Fasern für ze mentgebundene Produkte zu verwenden. Aus DE-PS 8 46 542 ist bekannt, Cellulosefasern mit organischen Polymeren zu beschichten, um auf diese Weise die Wasseraufnahme der Cellulosefaser und damit deren Quellung zu verringern.

Das Problem, Asbest - insbesondere in Faserzementpro dukten - wirtschaftlich und mit vergleichbaren Eigen schaften zu ersetzen, ist bisher noch nicht zufrieden stellend gelöst.

Hier greift die Erfindung ein, deren erfindungsgemäß zu lösende Aufgabe die Herstellung eines faserbewehrten Werkstoffes, mit oder ohne Bindemittel, besonders aber eines faserverstärkten, mit anorganischen Bindemitteln hergestellten Werkstoffes ist.

Die Lösung der Aufgabe entspricht den Kennzeichen des Patentanspruches und wird nachstehend erläutert.

Nach einem bekannten Verfahren (I. Wizon. Appl. Polym. Symp. No. 9. 395-409 [1969]) kann kieselsäurereiche Cellulose regeneratfaser durch Ausfällung von Cellulosexanthogenat (Viskose)-Lösung in einem sauren Fällbad hergestellt wer den. Auch durch Propfung mit Acryl und Acrylnitril hergestellte, modifizierte Celluloseregeneratfasern sind bereits beschrieben worden (K. Götze. Chemiefasern nach dem Viskoseverfahren. Springer Verlag [1967]. S. 683).

Es wird nunmehr erfindungsgemäß vorgeschlagen, mit Poly meren gepropfte, kieselsäurehaltige Celluloseregenerat fasern - insbesondere solche, die durch Umsetzung mit Acryl oder Acrylnitril und Ausfällung einer wasserglashaltigen Polymerenlösung in einem sauren Fällbad entstehen - als Bewehrungsfasern für insbesondere anorganische, hydrau lische Bindemittel enthaltende Werkstoffe zu verwenden. Fasern dieser Art sind wegen ihrer besonderen chemischen Zusammensetzung und guten mechanischen Eigenschaften hierfür besonders geeignet.

Durch flammhemmende Zusätze, insbesondere von Ortho phosphaten oder Mangan(Vl)oxid, das durch Zugabe von lös lichem Permanganat und Reduktion an der Cellulosefaser un mittelbar hergestellt werden kann, lassen sich die Eigen schaften der Fasern in fast beliebiger Weise - auch durch Nachbehandlung der aus dem Spinnbad erhaltenen Produkte - beeinflussen.

Die Ausfällung der wasserglashaltigen Polymeren-Lösung in einem sauren Fällbad, in welchem zugleich Calciumsalze gelöst sind, bewirkt die Anreicherung von Calciumsili cat in der Regenerat-Cellulose, die - zusammen mit Kalkhydrat und Quarz als Bindemittel - durch Dampf härtung zu einem faserverstärkten Werkstoff weiterver arbeitet werden kann.

Für die Herstellung von faserverstärkten Werkstoffen mit den erfindungsgemäß hierfür vorgeschlagenen Fasern wird das nachstehende Beispiel gegeben:

Beispiel 1

Nach den Merkmalen des Patentanspruches hergestellte Fasern - Schnittlänge 0,4-10 mm - werden in einem Zellstoffauflöser in einen 20fachen Wasserüberschuß (nach Gewichtsteilen) eingerührt. Die homogene Fa serstoffsuspension wird in einen Mischbehälter überge pumpt, mit Wasser unter Rühren verdünnt und die 5 bis 20fache Menge Portlandzement, bezogen auf den Faser stoffanteil (in Gewichtsteilen) hinzugegeben.

Je nach Weiterverarbeitung kann das Feststoff-/Wasser- Verhältnis durch Verdünnen mit Wasser auf 2 : 1 bis 1:10 oder mehr Gewichtsteile Wasser eingestellt werden.

Die Weiterverarbeitung zu zementgebundenen Formkörpern, zum Beispiel Bauplatten, erfolgt bei hohem Feststoffan teil durch Extrudieren, bei niedrigem nach dem aus der Asbestzementherstellung bekannten Magnani- oder Hat schek-Verfahren.

Beispiel 2

Die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Fasern nach dem vorstehenden Beispiel hergestellte Fasersuspension wird mit Kalkhydrat, feinteiligem Quarzmehl ggf. Portlandzement und Leichtzuschlägen wie Perlit und/oder Vermiculit versetzt, in einem Mischbehälter homogenisiert und wie oben angegeben durch Extrudieren oder nach dem Hatschek- bzw. Magnani- Verfahren zu einem Formkörper verarbeitet, der z.B. bei 160 Grad Celsius in bekannter Weise dampfgehärtet wird.

Beispiel 3

Für die Herstellung von faserbewehrten Formkörpern nach den vorstehenden Beispielen wird Regenerat-Cellulosefaser verwendet, die aus einer 0 bis 10 Gew.-% Ammoniumhydrogen phosphat enthaltenden, wasserglashaltigen Cellulosexantho genat-Lösung im sauren Fällbad ausgefällt worden ist.

Beispiel 4

Für die Herstellung von faserbewehrten Formkörpern nach den Beispielen 1 und 2 wird Regenerat-Cellulosefaser ver wendet, die mit 0 bis 10 Gew.-% Kaliumpermanganat enthalten der wässeriger Lösung nachbehandelt worden ist und an der sich infolge Reduktion Mangan(lV)oxid abgeschieden hat bzw. die durch Ausfällung aus wasserglashaltiger Cellulosexantho genat-Lösung in einem sauren, 0 bis 10 Gew.-% Kaliumperman ganat enthaltenden Fällbad hergestellt worden ist.

Claims

Werkstoff, insbesondere als Bauteil verwendeter Form körper aus natürlichen und/(oder synthetischen orga nischen und/oder anorganischen Fasern sowie Bindemitteln, insbesondere hydraulischen Bindemitteln und gegebenenfalls Füllstoffen und Flammschutzmitteln, wie Mangan(IV)oxid und/ oder Orthophosphaten, dadurch gekenn zeichnet, daß die aus einer wasserglashaltigen Cellulosexanthogenat-Lösung in ein saures Fällbad gesponne nen, mit synthetischen Polymeren, vorzugweise Acryl und/ oder Acrylnitril gepropften, kieselsäurehaltigen Regenerat- Cellulosefasern als Bewehrungsfasern verwendet werden.