DE69312111T2

DE69312111T2 - Beschichtung von hydrophobem, mikroporösem, wärmeisolierendem Material

Info

Publication number: DE69312111T2
Application number: DE1993612111
Authority: DE
Inventors: James David Joseph Jackson; Derek Edward Morgan
Original assignee: Zortech International Ltd
Current assignee: Zortech International Ltd
Priority date: 1992-02-07
Filing date: 1993-02-01
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2013-02-02
Also published as: EP0556966A1; ES2105097T3; GB9202584D0; CA2088801A1; GB2264656B; JPH05345688A; DE69312111D1; GB2264656A; EP0556966B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines Körpers aus hydrophobem, mikroporösem Wärmeisolierungsmaterial.
Mit dem hier gebrauchten Begriff 'mikroporös' werden poröse oder zellenförmige Materialien bezeichnet, bei denen die endgültige Größe der Zellen oder Poren geringer ist als der mittlere freie Pfad eines Luftmoleküls bei NTP, d.h. in der Größenordnung von 100 nm oder weniger. Ein Material, das in diesem Sinne mikroporös ist, weist eine äußerst geringe Wärmeübertragung durch Luftleitung auf (das sind Kollisionen zwischen Luftmolekülen). Zu solchen mikroporösen Materialien gehört Aerogel, das ein Gel ist, bei dem die flussige Phase auf solche Weise durch eine gasförmige Phase ersetzt wurde, daß die Schrumpfung vermieden wird, die auftreten würde, wenn das Gel unmittelbar aus dem flüssigen Zustand getrocknet würde. Eine im wesentlichen identische Struktur kann durch eine kontrollierte Ausfällung aus dem Lösungszustand erhalten werden, wobei Temperatur und pH-Wert während der Ausfällung geregelt werden, um einen offengittrigen Niederschlag zu erhalten. Andere äquivalente offengittrige Strukturen sind unter anderem pyrogene (abgerauchte) und elektrothermische Typen, bei denen ein beträchtlicher Anteil der Partikel eine endgültige Partikelgröße von weniger als 100 nm haben. Jedes dieser Materialien, beispielsweise auf der Basis von Silika, Aluminiumoxid oder anderen Metalloxiden, kann zur Herstellung einer Zusammensetzung benutzt werden, die wie oben definiert mikroporös ist.
Eine bekannte Form eines mikroporösen Wärmeisolierungsmaterials hoher Leistung umfaßt verdichtete mikroporöse Silikapartikel und beinhaltet gewöhnlich eine Verstärkung aus Keramikfasern und ein Trübungsmittel aus Rutilpulver. Ein solches mikroporöses Wärmeisolierungsmaterial wird beispielsweise in der GB-A-1 350 661 beschrieben.
Mikroporöses wärmeisolierungsmaterial ist im allgemeinen hydrophil, das heißt, es ist sehr wasserabsorptionsfähig. Durch das Wasser wird der mikroporöse Charakter des Materials beim Trocknen jedoch leider zerstört, und das Material verliert seine Eignung für die Verwendung als wärmeisolierungsmaterial hoher Leistung. Es ist dem Fachkundigen jedoch wohlbekannt, daß das mikroporöse Wärmeisolierungsmaterial allgemein hydrophob gemacht werden kann, beispielsweise durch Einbauen von wasserabweisenden Materialien in das mikroporöse Material. Verdichtete hydrophobe, mikroporöse Wärmeisolierungsmaterialien sind schwächer als konventionelle mikroporöse Wärmeisolierungsmaterialien, weil die Hydrophobierungsbehandlung den Hafteffekt zwischen den Silikapartikeln reduziert. Hydrophobe, mikroporöse Wärmeisolierungsmaterialien erfordern daher im allgemeinen eine Form von Schutzschicht, um Beschädigungen des mikroporösen Materials bei der Handhabung zu verhüten.
Ein Nachteil eines solchen hydrophoben, mikroporösen Wärmeisolierungsmaterials besteht darin, daß es sehr schwierig und zeitaufwendig ist, die Oberfläche des hydrophoben Materials direkt zu beschichten, beispielsweise mit einem Silikatklebstoff auf Wasserbasis. Es können oberflächenaktive Mittel benutzt werden, um die Oberfläche des verdichteten hydrophoben, mikroporösen Wärmeisolierungsmaterials ausreichend zu modifizieren, damit das Material mit einem überzug auf Wässerbasis beschichtet werden kann, aber es ist schwierig, die Eindringtiefe des oberflächenaktiven Mittels unter die Oberfläche des mikroporösen Materials zu kontrollieren, und die Anwesenheit solcher oberflächenaktiven Mittel im Körper des mikroporösen Materials führt zu einer weiteren Schwächung der Bindung zwischen den Silikapartikeln. Diese mikroporösen Wärmeisolierungsmaterialien sind im allgemeinen empfindlich gegen Scheuern und Schlagen, und es kann beispielsweise eine Klebstoffbeschichtung verwendet werden, um eine scheuer- und schlagfeste Deckschicht wie zum Beispiel Glasfasertuch auf die Oberfläche des mikroporösen Warmeisolierungsmaterials aufzubringen.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein relativ einfaches und wirtschaftliches Verfahren zum Aufbringen einer Schicht wie zum Beispiel eines Silikatklebstoffs auf Wasserbasis auf die Oberfläche eines Körpers eines hydrophoben, mikroporösen wärmeisolierungsmaterials bereitzustellen, ohne die hydrophoben Eigenschaften des Restes des mikroporösen Materials zu zerstören.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines. Körpers aus hydrophobem, mikroporösem Wärmeisolierungsmaterial bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Körpers aus einem mikroporösen Wärmeisolierungsmaterial, Einbauen eines Hydrophobierungsmittels, um das Isolierungsmaterial hydrophob zu machen;
Wärmebehandeln der Oberfläche des Körpers des mikroporösen Wärmeisolierungsmaterials, um eine hydrophile Oberflächenschicht auf dem Körper aus hydrophobem Material zu erzeugen; und
Aufbringen einer Schicht auf Wasserbasis auf die hydrophile Oberflächenschicht des Körpers aus hydrophobem Material.
Das hydrophobe, mikroporöse Wärmeisolierungsmaterial kann einen Block aus Material umfassen, hergestellt durch Verdichten eines trockenen Partikelgemischs aus feinverteiltem Metalloxid wie zum Beispiel pyrogenem Silika oder Aluminiumoxid oder Silika- oder Aluminiumoxid-Aerogel, das nachfolgend mit einem Silanmaterial behandelt wurde, um es hydrophob zu machen, mit bis zu 5 Gewichtsprozent feinverteiltem Metalloxid, das nicht behandelt wurde, um es hydrophob zu machen, bis zu 50 Gewichtsprozent eines Infrarot-Trübungsmittels und bis zu 20 Gewichtsprozent einer Verstärkungsfaser. Es wurde gefunden, daß der kleine Anteil an unbehandeltem feinverteiltem Material wie zum Beispiel pyrogenes Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid-Aerogel keine nachteiligen Auswirkungen auf den hydrophoben Gesamtcharakter des hydrophoben, mikroporösen Wärmeisolierungsmaterials hat. Das Infrarot-Trübungsmittel kann ein feinverteiltes Strahlungsstreuungsmittel mit einem hohen Brechungsindex wie beispielsweise Titanoxid, z.B. in seiner Rutilform, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Eisenoxid oder Chromoxid sein. Die Verstärkungsfaser kann beispielsweise eine Keramikfaser wie Aluminiumoxidfaser oder Aluminosilikatfaser, Glasfaser oder eine andere anorganische Faser sein.
Somit kann das hydrophobe, mikroporöse Wärmeisolierungsmaterial ein im wesentlichen anorganisches, nicht schmelzbares, verdichtetes Partikelmaterial sein. Das hydrophobe, mikroporöse Wärmeisolierungsmaterial kann folgendes umfassen:
49 - 97 Gewichtsprozent hydrophobes Metalloxid
0 - 5 Gewichtsprozent unbehandeltes Metalloxid
1 - 20 Gewichtsprozent Verstärkungsfaser
2 - 50 Gewichtsprozent Trübungsmittel
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das hydrophobe, mikroporöse Wärmeisolierungsmaterial folgendes umfassen:
58 Gewichtsprozent hydrophobes, pyrogenes Silika
10 Gewichtsprozent Verstärkungsfaser
32 Gewichtsprozent Trübungsmittel
Das hydrophobe, pyrogene Silika kann vom Typ Aerosil R974 sein, das im Handel von Degussa AG, Deutschland erhältlich ist. Die Verstärkungsfaser kann die Form von Aluminosilikatfasern haben, die unter dem Warenzeichen FIBERFRAX verkauft werden, und das Trübungsmittel kann Titanoxid in seiner Rutilform sein.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung kann das hydrophobe, mikroporöse wärrneisolierungsmaterial folgendes umfassen:
60,0 Gewichtsprozent hydrophobes, pyrogenes Silika
1,9 Gewichtsprozent unbehandeltes Aluminiumoxid
4,8 Gewichtsprozent Verstärkungs faser
33,3 Gewichtsprozent Trübungsmittel
Das hydrophobe, pyrogene Silika kann vom Typ Aerosil R974 sein, das im Handel von Degussa AG, Deutschland erhältlich ist. Das Aluminiumoxid kann vom Typ Aluminium Oxide C sein, das ebenfalls im Handel von Degussa AG erhältlich ist. Die Verstärkungsfaser kann die Form von Aluminiumoxidfasern haben, die unter dem Warenzeichen SAFFIL verkauft werden, und das Trübungsmittel kann Titanoxid in seiner Rutilform sein.
Die Oberfläche des mikroporösen Warmeisolierungsmaterials kann mit einem Gasbrenner erhitzt werden. Der Gasbrenner kann mit einer länglichen Flammendüse ausgestattet sein. Der Gasbrenner kann mit einem Gemisch aus einem entzündbaren Gas und Druckluft gespeist werden.
Alternativ kann die Oberfläche des mikroporösen Wärrneisolierungsmaterials in einem Ofen erhitzt werden.
Der Überzug kann durch Aufstreichen oder Aufsprühen aufgebracht werden.
Der Überzug kann einen Silikatklebstoff auf Wasserbasis enthalten.
Das Verfahren kann den Schritt des Aufbringens einer scheuer- und/oder schlagfesten Deckschicht wie beispielsweise Glasfasertuch auf den Überzug beinhalten.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und um deutlicher zu zeigen, wie diese ausgeführt werden kann, wird nachfolgend beispielhaft auf die Begleitzeichnungen Bezug genommen. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Verfahren zur Flammenbehandlung der Oberfläche eines Blockes aus hydrophobern, mikroporösem wärmeisolierungsmaterial, um die Oberfläche hydrophil zu machen;
Fig. 2 ein Verfahren zur Erhitzung der Oberfläche eines Blockes aus hydrophobem, mikroporösem Wärmeisolierungsmaterial in einem Ofen, um die Oberfläche hydrophil zu machen;
Fig. 3 ein Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs durch Aufstreichen auf die hydrophile Oberfläche, die durch Erhitzen der Oberfläche aus einem Block aus hydrophober, mikroporöser Warmeisolierung hergestellt wurde;
Fig. 4 ein Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs durch Aufsprühen auf die hydrophile Oberfläche, die durch Erhitzen der Oberfläche aus einem Block aus hydrophober, mikroporöser Warmeisolierung hergestellt wurde;
Fig. 5 eine Deckschicht, die auf den Überzug auf der hydrophilen Oberfläche aufgebracht wurde;
Fig. 6 eine Kurve, die den Effekt unterschiedlicher Erhitzungszeiten auf die Oberfläche eines Blocks aus hydrophobem, mikroporösern Wärmeisolierungsmaterial veranschaulicht; und
Fig. 7 eine Kurve, die den Effekt einer Wärmequelle veranschaulicht, die in verschiedenen Abständen von der Oberfläche eines Blocks aus hydrophobem, mikroporösem Wärmeisolierungsmaterial gehalten wird.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein Block 1 aus hydrophobern, mikroporösem Wärmeisolierungsmaterial auf eine geeignete Oberfläche 2 gelegt und eine Fläche des Blockes mit einem Handbrenner 3 wärmebehandelt Der Brenner 3 wird mit einem geeigneten entzündbaren Gas, wie zum Beispiel Propangas, und Druckluft gespeist und spendet eine Mehrzahl von relativ schmalen Flammen aus einer länglichen Flammendüse, um eine Gesamtflammenbreite von etwa 100 mm zu erzeugen.
Es wurde gefunden, daß selbst bei kürzestem Kontakt der Oberfläche des hydrophoben, mikroporösen Wärmeisolierungsmaterials mit der Flamme die Oberfläche hydrophil wird, so daß sie leicht einen Überzug z.B. aus einem Silikatklebstoff auf Wasserbasis wie zum Beispiel dem akzeptiert, der von Chamtek Idenden Alumet unter dem Warenzeichen HT Fibre Adhesive 10.02 verkauft wird, so daß eine Schutzschicht aus Glasfasertuch 7 auf die Oberfläche des in Fig. 5 dargestellten mikroporösen Wärmeisolierungsmaterials aufgebracht werden kann. Der Überzug kann beispielsweise durch Aufstreichen mit einem Pinsel 5 wie in Fig. 3 gezeigt oder durch Aufsprühen mit einer Sprühdüse 6 wie in Fig. 4 gezeigt aufgebracht werden. Das Aufbringen des Überzugs und der Schutzschicht auf das flammenbehandelte mikroporöse Wärmeisolierungsmaterial erwies sich als wesentlich leichter und schneller als das Aufbringen eines Überzugs und einer Schutzschicht auf das hydrophobe Isolierungsmaterial.
Wir haben nicht nur im wesentlichen flache Oberflächen wärmebehandelt, sondern wir haben auch die Oberflächen von bogenförmigen, geformten Komponenten von hydrophober, mikroporöser wärmeisolierung behandelt, um die behandelte Oberfläche leicht beschichten zu können.
Anstatt eines Handbrenners kann auch ein auf einem Halter montierter Brenner verwendet werden. Der Brenner kann beispielsweise im Hinblick auf seinen Abstand von dem zu behandelnden hydrophoben, mikroporösen Wärmeisolierungsmaterial verstellt werden. Als weitere Alternative ist es möglich, den Block 1 aus hydrophobem Warmeisolierungsmaterial für eine geeignete Zeitdauer von beispielsweise 30 bis 60 Sekunden in einen Ofen 4 zu stellen, beispielsweise bei 1000 ºC.
Wir haben Tests durchgeführt, um den Effekt einer Flammenwärmebehandlung auf die Oberfläche eines Blocks aus hydrophobem, mikroporösem Wärrneisolierungsmaterial zu ermitteln.
Bei einem ersten Test wurde die längliche Düse des Brenners 3 4 cm über der Oberfläche des hydrophoben, mikroporösen Wärmeisolierungsmaterials gehalten und die Dicke der hergestellten hydrophilen Schicht für unterschiedliche Erhitzungszeiten ermittelt. Die Ergebnisse des ersten Tests sind in Fig. 6 zusammengefaßt, die zeigt, daß die Dicke der hydrophilen Schicht mit zunehmender Erhitzungszeit zunimmt, wie man erwarten würde. Fig. 6 zeigt jedoch auch, daß eine meßbare Dicke für die hydrophile Schicht bei relativ kurzen Erhitzungszeiten ansteigt, während die Zunahme der Dicke der hydrophilen Schicht mit zunehmender Erhitzungszeit zurückgeht. Somit ist die Dicke der hydrophilen Schicht relativ unempfindlich gegenüber der Erhitzungszeit in der Flamme, und es kann eine hydrophile Oberflächenschicht erzeugt werden, ohne den hydrophoben Charakter des darunterliegenden Materials zu zerstören.
Bei einem zweiten Test wurde eine wärmequelle in der Form der länglichen Flammendüse des Brenners 3 in unterschiedlichen Abständen über der Oberfläche des hydrophoben, mikroporösen Wärmeisolierungsmaterials gehalten, und die Dicke der hergestellten hydrophilen Schicht wurde für Erhitzungszeiten in der Flamme von 10 Sekunden und 20 Sekunden ermittelt. Die Ergebnisse des zweiten Tests sind in Fig. 7 zusammengefaßt, in der die Ergebnisse für eine Erhitzungszeit von 20 Sekunden als durchgehende Linie und die Ergebnisse für eine Erhitzungszeit von 10 Sekunden als gestrichelte Linie dargestellt sind. Fig. 7 zeigt, daß die Dicke der hydrophilen Schicht mit zunehmendem Abstand von der Flammendüse abnimmt, wie man erwarten würde. Fig. 7 zeigt jedoch auch, daß die Dicke der hydrophilen Schicht über einen breiten Bereich von Abständen relativ konstant ist. Somit ist die Dicke der hydrophilen Schicht relativ unempfindlich gegenüber dem Abstand der Flammendüse von der Oberfläche des hydrophoben, mikroporösen Warmeisolierungsmaterials.
Diese Tests zeigen, daß die Wärmebehandlung von hydrophobem, mikroporösern Wärrneisolierungsmaterial für die Verwendung in einer Industrieumgebung geeignet ist, wo sowohl die Erhitzungszeit als auch der Abstand einer Handflammendüse, zum Beispiel, wahrscheinlich variieren werden. Die Wärmebehandlung ergibt in einem breiten Rahmen eine hydrophile Oberflächenschicht, die problemlos eine Beschichtung akzeptiert, ohne den hydrophoben Charakter des darunterliegenden mikroporösen Materials zu zerstören.

Claims

1. Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines Körpers aus hydrophobem, mikroporösem Wärmeisolierungsmaterial, umfassend die folgenden Schritte:

Bereitstellen eines Körpers aus einem mikroporösen Wärmeisolierungsmaterial (1); Einbauen eines Hydrophobierungsmittels, um das Isolierungsmaterial hydrophob zu machen;

Wärmebehandeln der Oberfläche des Körpers des mikroporösen Warmeisolierungsmaterials (1), um eine hydrophile Oberflächenschicht auf dem Körper aus hydrophobem Material zu erzeugen; und

Aufbringen einer Schicht auf Wasserbasis auf die hydrophile Oberflächenschicht des Körpers aus hydrophobem Material.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Oberfläche des Körpers aus dem mikroporösen Wärmeisolierungsmaterial (1) mit einem Gasbrenner (3) erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasbrenner mit einer länglichen Flammendüse versehen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasbrenner (3) mit einem Gemisch aus einem entzündbaren Gas und Druckluft gespeist wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Körpers aus dem mikroporösen Wärmeisolierungsmaterial (1) in einem Ofen (4) erhitzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug durch Aufstreichen oder Aufsprühen aufgebracht wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug einen Silikatklebstoff auf Wasserbasis umfaßt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das den Schritt des Aufbringens einer scheuer- und schlagfesten Deckschicht (7) auf den Überzug beinhaltet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (7) Glasfasertuch umfaßt.