DE3936915A1

DE3936915A1 - Zweikomponenten-kittmasse zum vermauern von schamottesteinen und keramischen materialien und ihre verwendung

Info

Publication number: DE3936915A1
Application number: DE19893936915
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1989-11-06
Filing date: 1989-11-06
Publication date: 1991-05-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweikomponenten-Kittmasse zum Vermauern von Schamottesteinen und keramischen Ma terialien und ein Verfahren zum Vermauern von Schamotte steinen und keramischen Materialien sowie die Verwendung der Kittmasse.

Zum Vermauern von Schamotterohren an Hausschornsteinen und keramischen Materialien werden gegenwärtig Mörtel auf der Grundlage von Tonerdzementen eingesetzt. Als Füllstoff dient Sand. Zur Verkittung von Industrieschornsteinen kom men neben Furanharzen Wasserglaskitte zur Anwendung.

Beim Einsatz von Brennwertkesseln können die Abgastempera turen auf Werte von 50°C und darunter absinken. Durch die Taupunktunterschreitung werden an den Schornsteinmörtel neue chemische Anforderungen gestellt. Der Kitt muß hochtempera tur- und wechseltemperaturstabil, säurefest und gasdicht sein. Gegenwärtig im Einsatz befindliche Mörtelmassen sind nur beschränkt säurefest und daher nicht zufriedenstellend. Darüber hinaus wird die Mörtelschicht nach einer gewissen Zeit porös und gasdurchlässig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kittmasse bzw. ein Kittsystem zur Verfügung zu stellen, das den hohen chemischen und physikalischen Belastungen bei Verwendung von Brennwertkesseln standhält. Diese Aufgabe stellt folgende Anforderungen an die Kittmasse:

- Die Kittmasse muß ohne nennenswerten Verlust ihrer Eigenschaften bis 1000°C stabil sein.
- Zur dauerhaften Aufrechterhaltung der optimalen Funk tionsweise des Schornsteins muß die Kittoberfläche gasdicht sein.
- Das System muß den Angriffen säurehaltiger Kondensate aufgrund möglicher Taupunktunterschreitung widerstehen.
- Eine unproblematische Verarbeitung muß gewährleistet sein.
- Eine praxisgerechte Verarbeitungszeit der Kittmasse muß erzielt werden können.
- Die mechanischen Eigenschaften, wie Verbund zwischen Kitt und Stein, Härte und Schlagfestigkeit, sollen gegenüber den herkömmlichen Kittmassen erhalten bleiben.

Der Einsatz von Barrierepigmenten zur Erhöhung des Korrosions schutzes ist bekannt (D. Schüler, Farbe u. Lack, 92. Jahr gang 8/1986, S. 704). Eine Grundmasse für einen Mörtel, der die oben angegebenen Eigenschaften aufweist, auf der Basis hochtemperaturstabiler organischer oder anorganischer Binde mittel mit geeigneten Füllstoffen, die gegenüber saurem Angriff große Stabilitäten aufweisen und in Verbindung mit speziellen Barrieresystemen die Mörteloberfläche panzerartig abschließen, um eine Gasdiffusion weitgehend zu verhindern, sind jedoch in der Literatur nicht beschrieben.

Die Auswahl an verschiedenen Stoffklassen hochtemperatursta biler organischer Bindemittel ist stark eingegrenzt. Meistens verdanken sie ihren optimalen Korrosionsschutz und ihre Temperaturstabilität dem Zusatz spezieller Metallpigmente. Der Einsatz spezieller Silicone in Verbindung mit Aluminium- Zink-Staubpigmenten ergeben inerte Schutzsysteme bis 500°C (E. Schamberg, M. Priesch, H. Rau, Goldschmidt informiert 1/82, Nr. 56, S. 13). Organosilikate, speziell Ethylsilikat, unterliegen einer raschen Hydrolyse und bilden ein Silikat gerüst (W. Brushwell, Farbe u. Lack, 81. Jahrgang 4/1975, S. 300), das hochtemperaturstabil ist. Aufgrund der beschrie benen Reaktion ist eine merkliche Volumenverringerung zu beobachten, die mit starker Neigung zur Rißbildung einher geht.

Bindemittel auf der Basis von Siliconen sind somit als Kitt massen mit den geforderten Eigenschaften nicht bekannt.

Titansäureester, insbesondere polymeres Butyltitanat in Ver bindung mit temperaturstabilen Pigmenten, ergeben hochtempera turstabile Systeme (Dynamit Nobel AG, 5210 Troisdorf-Oberlar, Titansäureester).

Nach Temperaturbelastungen oberhalb 500°C sind auch hier starke Rißbildungen als Folge einer Volumenverringerung zu beobachten. Dieser Nachteil läßt sich nicht ausschalten.

Anorganische Bindemittel besitzen gegenüber organischen Systemen den Vorteil der thermodynamischen Stabilität und damit ausgezeichnete hochtemperaturstabile Eigenschaften. Die eingeschränkte Säurebeständigkeit vieler anorganischer Systeme grenzt auch hier die Auswahl der in Frage kommenden Stoffklassen stark ein.

Der Anmelder hat überraschenderweise gefunden, daß sich in Verbindung mit speziellen Härtern aus Wassergläsern hochtem peraturstabile, säurefeste Silikatgerüste herstellen lassen und daß Wasserglassysteme die geeignete Grundlage als Binde mittel für den zu entwickelnden Kitt darstellen, wenn sie mit einem speziellen Härter ausgehärtet werden. Wassergläser mit speziellen Beaum´-Graden lassen sich auf verschiedene Arten aushärten, speziell mit Hilfe von Phosphorsäure in Ver bindung mit Metalloxiden, Borax, organischen Estern oder kon densiertem Aluminiumphosphat. Es wurde jetzt gefunden, daß sich die Aushärtungszeit nur mit kondensiertem Aluminium phosphat und organischen Estern in einem gewissen Bereich steuern läßt. Organische Ester besitzen jedoch eine geringe Temperaturstabilität und können nicht eingesetzt werden.

Gegenstand der Erfindung ist eine Zweikomponenten-Kittmasse zum Vermauern von Schamottesteinen und keramischen Materia lien, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie

1. als Komponente A
- a) einen oder mehrere Füllstoffe,
- b) einen Härter,
- c) ein oder mehrere Barrierepigmente und
- d) übliche Zusatzstoffe und
2. als Komponente B
- e) Natriumwasserglas mit Beaum´-Graden, zwischen 59 und 60 und
- f) gegebenenfalls Wasser

enthält.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Ver mauern von Schamottesteinen und keramischen Materialien, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Komponenten A und B im Verhältnis 1 : 0,8 bis 1,2 vermischt werden und Scha mottesteine oder keramische Materialien in an sich bekann ter Weise unter Verwendung des Gemisches verkittet werden.

Die Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung der Zwei komponenten-Kittmasse zum Vermauern von glasierten oder unglasierten Schamottebaumaterialien und keramischen Ma terialien.

Der Anmelder hat überraschenderweise gefunden, daß die oben genannte Kittmasse die erfindungsgemäße Aufgabe löst. Als Natriumwasserglas wird erfindungsgemäß Natronwasserglas- Lösung mit einem Beaum´-Grad zwischen 59 und 60 verwendet, die im Handel erhältlich ist (Henkel, D-4000 Düsseldorf 1) . Selbstverständlich können auch andere Natriumwasserglassor ten verwendet werden, wobei eine Verdünnung auf die gewünsch ten Beaum´-Grade dem Fachmann geläufig ist.

Die erfindungsgemäß verwendeten Füllstoffe müssen grundsätz lich folgende Eigenschaften besitzen: Sie müssen bis 1000°C temperaturstabil sein, gegenüber einem sauren Angriff che misch beständig sein, einen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten besitzen, der dem Bindemittel entspricht, und eine optimale Korngröße zur Steuerung des Anteigverhaltens aufweisen.

Erfindungsgemäß können neben dem herkömmlich verwendeten Füllstoff Sand Korrund, Schwerspat, diverse Quarzmehle, Zir konoxid bzw. Titandioxid verwendet werden. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, Quarzmehl oder ein Gemisch aus Quarzmehl und Normalkorund (F 320, Lonza AG, CH-4002 Basel) zu ver wenden.

Erfindungsgemäß ist es die Aufgabe der Barrierepigmente, die Mörteloberfläche schuppenartig zu verschließen. Dadurch soll die bei herkömmlichen Systemen auftretende Gasdiffusion weitgehend ausgeschlossen werden. Grundsätzlich kommen für den Einsatz als Barrierepigmente alle Schichtmaterialien, wie verschiedene Eisenglimmer (E. Carter, Micaceous iron oxide, Paint & Resin 55 (1985) 4, 30; E.V. Schmid, Eisen glimmer als Langzeitschutz, Farbe u. Lack 90 (1984) 759-765), Schichtsilicate, Talk und blättchenförmiger oder laminarer Quarz (Chemag AG, 6000 Frankfurt/M. 97, Novacite/Nocakup In formation) in Frage. Blättchenförmige Pigmente auf der Basis von Stainless steel besitzen hervorragende Eigenschaften be züglich der Oberflächenhärte, chemischen Resistenz und Tem peraturstabilität (A. Smith, Stainless steel pigments, Mfg. Chem. 56 (1985) 9, 72) und sind daher besonders bevorzugt. Daneben kann Aluminium eingesetzt werden. Die begrenzte Tem peraturstabilität (bis max. 600°C) schließt die alleinige Verwendung von Aluminium für den Kitt aus.

Die erfindungsgemäße Kittmasse enthält in der Komponente A

a) 30 bis 60 Gew.-% Füllstoff,
b) 15 bis 25 Gew.-% Härter,
c) 12 bis 20 Gew.-% Barrierepigment und
d) 1 bis 6 Gew.-% übliche Zusatzstoffe.

Beispiele für Zusatzstoffe sind z. B. Verlaufmittel, Farb stoffe und Mittel zur Verbesserung der Thixotropie.

Erfindungsgemäß werden die Bestandteile A und B vor Gebrauch in einem Verhältnis von 1 : 0,8 bis 1,2 vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 : 1, gemischt. Die erhaltene Kittmasse wird dann in an sich bekannter Weise zum Vermauern von Scha mottesteinen und keramischen Materialien verwendet. Ihre Topfzeit beträgt mindestens 30 Minuten und liegt in vielen Fällen bei 60 Minuten.

Ein bevorzugter erfindungsgemäßer Kitt enthält als Binde mittel ein spezielles Natriumwasserglas mit Beaum´-Graden zwischen 59°Be und 60°Be, kondensiertes Aluminiumphosphat als Härter und als Füllstoff ein Gemisch aus Normalkorund und Quarzmehl. Die Barrierefunktion wird durch den Einsatz von Stainless steel (stainless-steel, G.M. Langer & Co., Ritterhude bei Bremen) erhalten. Die Komponenten lassen sich problemlos anteigen. Der Kitt bildet nach der Aushärtung eine ausgesprochen glatte Oberfläche aus.

Überraschenderweise zeigt der Mörtel eine hohe Beständigkeit gegenüber konzentrierter Salpetersäure und konzentrierter Schwefelsäure. Die Aushärtung erfolgt durch Reaktion von kondensiertem Aluminiumphosphat mit Wasserglas. Die Ausfäl lung von gelförmiger Kieselsäure verleiht dem System Wasser festigkeit. Überraschenderweise kann mit dem Mörtel eine hervorragende Verbindung zwischen den Schamottesteinen und keramischen Materialien erreicht werden. Dies ist selbst bei glasierten Schamottesteinen zu beobachten. Der Kitt bildet eine geschlossene, glatte und von Barrierepigmenten beleg te Oberfläche. Die geforderte Temperaturstabilität wird erreicht. Die Verarbeitungszeit liegt bei 45 Minuten. Die vollständige Aushärtung erfolgt nach 72 Stunden. Die zahlen mäßige Erfassung der Gasdiffusion sowie Druckfestigkeiten, der spezifischen Wärme und der linearen Ausdehnungskoeffi zienten sind in der folgenden Tabelle angegeben.

Es war überraschend und hat nicht nahegelegen, daß der Kitt so hervorragende Eigenschaften aufweist.

Tabelle
Physikalische Daten
Druckfestigkeiten: Ermittelt nach Erhitzen der Proben über die Dauer von 1 Stunde und anschließender Abkühlung auf 20°C
Erhitzungstemperatur °C
Druckfestigkeiten MPa
400\|78,45
600	76,49
800	63,74
1000	58,84
linearer Ausdehnungskoeffizient (α):	8,15 × 10^-6K^-1
Wasserdampfdiffusion (µ-Wert):	1500
spezielle Wärmekapazität (c):

Erhitzungstemperatur °C
spezifische Wärmekapazität kJ/kgK
300
0,88
800	1,00
1000	1,09

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

a) Zur Herstellung der Komponente B werden Natriumwasser glas mit Beaum´-Graden zwischen 59 und 60 (Natronwasser glas-Lösungen 58/60, Henkel, D-4000 Düsseldorf 1) mit Wasser auf einen Beaum´-Grad von ca. 50 gebracht.
b) Quarzmehl und Normalkorund (Normalkorund F 320, Lonza AG, CH-4002 Basel) werden im Verhältnis 1 : 4 gemischt. Das Gemisch wird als Füllstoff verwendet. Zu dieser Mi schung werden 25 bis 35% Härter (Chemische Fabrik Buden heim, 6501 Budenheim, Datenblatt Härter für wasserglas gebundene Kitte und Massen; Fabutit 748), bezogen auf das Wasserglas in der Komponente B, zugegeben. Dem Gemisch werden schließlich ca. 25% blättchenförmiges Stainless steel (stainless-steel, G.M. Langer & Co., Ritterhude bei Bremen) zugefügt.
c) Vor Verwendung werden die Bestandteile A und B im Ver hältnis 1 : 1 vermischt und zum Verkleben von glasierten Schamottesteinen verwendet.

Beispiel 2

Man arbeitet auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 beschrie ben. Zur Herstellung der Komponente A werden die folgenden Bestandteile vermischt:

43 Teile Korund (Normalkorund F 320/Fa. Lonza)
10 Teile Quarzmehl Novacite (blättchenförmig/Fa. Chemag AG)
13 Teile Quarzmehl normal F 32 (Quarzwerke Frechen)
13 Teile kondens. Aluminiumphosphat
21 Teile Stainless steel (Edelstahlpigmente/Fa. G.M. Langer & Co., Bremen)
100 Teile

Die Komponente B besteht aus 15 Teilen Natronwasserglas 60°B´ (Fa. Henkel, Düsseldorf). Man erhält insgesamt 115 Teile.

Beispiel 3

Man arbeitet auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 beschrie ben. Zur Herstellung der Komponente A werden die folgenden Bestandteile vermischt:

40 Teile Korund,
18 Teile Quarzmehl Novacite,
10 Teile Quarzmehl normal F 32,
12 Teile kondens. Aluminiumphosphat,
20 Teile Stainless steel
100 Teile

Die Komponente B besteht aus 50 Teilen Natronwasserglas 60°B´. Man erhält so insgesamt 150 Teile.

Beispiel 4

45 Teile Korund,
10 Teile Quarzmehl Novacite,
10 Teile Quarzmehl normal F 32,
10 Teile kondens. Aluminiumphosphat,
25 Teile Stainless steel,
100 Teile

Die Komponente B besteht aus 100 Teilen Natronwasserglas 60°B´. Man erhält so insgesamt 200 Teile.

Claims

1. Zweikomponenten-Kittmasse zum Vermauern von Schamotte steinen und keramischen Materialien, dadurch gekenn zeichnet, daß sie

1. als Komponente A
- a) einen oder mehrere Füllstoffe,
- b) einen Härter,
- c) ein oder mehrere Barrierepigmente und
- d) übliche Zusatzstoffe und
2. als Komponente B
- e) Natriumwasserglas mit Beaum´-Graden zwischen 59 und 60 und
- f) gegebenenfalls Wasser

enthält.

2. Zweikomponenten-Kittmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der Komponente A als Füllstoff Sand, Quarzmehl, Korund, Schwerspat, Zir konoxid, Titandioxid oder ein Gemisch dieser Verbindungen enthält.

3. Zweikomponenten-Kittmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der Komponente A als Härter kondensiertes Aluminiumphosphat enthält.

4. Zweikomponenten-Kittmasse nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der Komponente A als Barrieresystem mineralische Komponenten oder metallische Komponenten enthält.

5. Zweikomponenten-Kittmasse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der Komponente A als metallische Komponenten blättchenförmige Pigmente auf der Basis von Stainless steel oder aus Aluminium enthält.

6. Zweikomponenten-Kittmasse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als mineralische Komponenten Eisenglimmer, Schichtsilicat, Talk und blätt chenförmigen oder laminaren Quarz enthält.

7. Zweikomponenten-Kittmasse nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der Komponente A

a) 30 bis 60 Gew.-% Füllstoff,
b) 15 bis 25 Gew.-% Härter,
c) 12 bis 20 Gew.-% Barrierepigment und
d) 1 bis 6 Gew.-% übliche Zusatzstoffe und in der Komponente B
e) 10 bis 20 Gew.-% Natriumwasserglas mit Beaum´-Graden zwischen 59 und 60 und
f) 0 bis 5 Gew.-% Wasser

enthält.

8. Verfahren zum Vermauern von Schamottesteinen und keramischen Materialien, dadurch gekennzeich net, daß die Komponenten A und B im Verhältnis 1 : 0,8 bis 1,2 vermischt werden und Schamottesteine oder keramische Mate rialien in an sich bekannter Weise unter Verwendung des Gemisches verkittet werden.

9. Verwendung der Zweikomponenten-Kittmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Vermauern von glasierten oder unglasierten keramischen Materialien oder Schamottebau materialien.

10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß Schamotterohre oder Schamottebau steine verkittet werden.

11. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, da durch gekennzeichnet, daß die Verwen dung bei Temperaturen im Bereich von 500 bis 1000°C er folgt.