DEP0000891DA - Verfahren zur Herstellung von Massen auf der Grundlage der Sorelzement-Verbindung - Google Patents

Description

Bei der Herstellung von Steinholzmassen war es bislang nicht möglich, einwandfreie Fussböden, Platten u.dgl. herzustellen. Es zeigten sich trotzt genauester Einhaltung der vorgeschriebenen Mischungen häufig Ausblüh-, Treib- und Schwind-Erscheinungen. Ausserdem war man an bestimmte Mischungsverhältnisse zwischen Oxyd und Sulfat bzw. Chlorid gebunden, die in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses der Sorelverbindung (3 MgO . MgSO(sub)4 . 11 H(sub)2O bzw. 3 MgO . MgCl(sub)2 . 11 H(sub)2O) liegen. Durch Versuche wurde festgestellt, dass die Ursache dieser Erscheinungen das bei solchen Mischungsverhältnissen nach dem Erhärten immer noch freies Magnesiumsulfat bzw. Magnesiumchlorid vorhanden ist. Ausserdem ist auch bei Massen auf der Grundlage von Oxyd-Chlorid-Gemischen Magnesiumsulfat vorhanden, da in der handelsüblichen technischen Magnesiumchloridlauge ein mehr oder weniger grosser Magnesiumsulfatgehalt vorhanden ist, welcher, ohne bedeutende Erhöhung der Kosten, die ihre praktische Verwendung für den vorliegenden Zweck verbieten, nicht vermeidbar ist.

Arbeitet man mit Magnesiumoxyd-Magnesiumsulfatgemischen, so geht beim Anteigen der Masse mit Wasser das Magnesiumsulfat in Lösung und verbleibt als MgSO(sub)4 . 7 H(sub)2O, das sich - in den meisten Fällen aber nicht völlig - dann zur Sorelverbindung umsetzt. Durch Feuchtigkeitsabgabe je nach der Temperatur und den Witterungsverhältnissen bilden sich aus diesem nicht umgesetzten Magnesiumsulfat nun nachträglich im erhärteten Formling in dauern wechselnder Reihenfolge niedrigere Hydrate mit kleinerer Raumbeanspruchung. (Daher Schwinderscheinungen und Rissbildungen). Durch nachträgliche Wiederaufnahme von Feuchtigkeit aus der Luft, beispielsweise feuchtes Aufwaschen, findet Rückverwandlung in MgSO(sub)4 . 7 H(sub)2O statt, verbunden mit Ausblüherscheinungen.

Man kann diesem Uebelstand zum Teil dadurch abhelfen, dass man die Massen mit einem verhältnismässig grossen MgO-Ueberschuss verarbeitet, so dass das MgSO(sub)4, beziehungsweise der oben erwähnte in technischen Chloridlaugen vorhandene MgSO(sub)4-Anteil zu Magnesiumoxysulfat erhörtet. Der jedoch dadurch entstehende Ueberschuss an freiem MgO setzt die Festigkeit der Massen erheblich herab.

Gemäss Erfindung werden diese Uebelstände dadurch beseitigt, dass man den Massen über das stöchiometrische Verhältnis der Sorelverbindung hinaus freies MgO zusetzt und die geformten Massen bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur in Gegenwart von Kohlensäure schnell erhärten lässt. Dadurch wird das freie MgO durchgehend in Magnesium-Carbonat verwandelt, wodurch die Festigkeit der Massen erheblich vergrössert und ausserdem die Wasserempfindlichkeit der hergestellten Massen praktisch beseitigt wird. Durch entsprechende Gestaltung des Mischungsverhältnisses der Massen kann man gemäss Erfindung auch Gegenstände herstellen, die entweder einen hohen Prozentsatz Sorelverbindung aufweisen oder einen hohen Prozentsatz Magnesiumcarbonat enthalten.

Bekanntlich lässt sich auch aus der Sorelverbindung das Magnesiumchlorid bzw. Magnesiumsulfat durch längeres Behandeln mit Wasser praktisch unter Zerstörung des Gefüges langsam auslaugen. Dieser Prozess wird durch das Einhüllen der wasserempfindlichen Teilchen der Sorelverbindung durch das schwerlösliche Magnesiumcarbonat unterbunden. Risse und Treiberscheinungen zeigen sich dann nicht mehr, da ausser den Sorelverbindungen nur stabile Endprodukte vorliegen.

Damit sich die Sorelverbindung ausbilden kann, ist es vorteilhaft, nach dem Misch- und Verformungsvorgang vor der Kohlensäurebehandlung je nach dem Verwendungszweck der Massen eine mehr oder weniger lange Zeitspanne einzuschalten, während der vorteilhaft eine Wärmebehandlung erfolgt. Es ist jedoch auch möglich, gemäss dem Verfahren der Erfindung Gegenstände herzustellen, ohne

Anwendung der für die Bildung der Sorelverbindung erwünschten Wärmebehandlung. In diesem Falle ist jedoch die Fabrikation gebunden an die atmosphärischen Verhältnisse und das Verfahren dauert dementsprechend länger. Die Einschaltung der Wärmebehandlung hat ausserdem den Vorteil, Massen mit bedeutend höherer Festigkeit zu liefern, da die Teilchen der sich ausscheidenden Verbindung ein erheblich feineres Gefüge aufweisen, wenn sie schnell gebildet werden.

Bei Formlingen von 2 bis 3 cm Dicke, z.B Fussbodenplatten genügt bei einem Lagern von beispielsweise 150-2000°C schon eine Wärmebehandlung von 10 bis 15 Minuten vor der Einwirkung der Kohlensäure, um die Sorelverbindung zu bilden. Werden die Massen weiter bei dieser Temperatur gehalten, dann genügt eine Einwirkung von Kohlensäure während 10 bis 15 Minuten zur fertigen Erhärtung. Die Kohlensäurebehandlung wird so lange durchgeführt, bis die Masse, bezogen auf Magnesiumoxyd 20-80 Gew.-%, vorzugsweise 40-60 Gew.-% Kohlendioxyd aufgenommen hat. Für diese Behandlung kann Kohlensäure in beliebiger Form, auch gegebenenfalls als Rauchgas angewandt werden.

Es wurde gefunden, dass sich als Bindemittel für die Herstellung der erfindungsgemässen Massen besonders gut partiell reduziertes Magnesiumsulfat eignet, d.h. Magnesiumoxyd mit einem gewissen Gehalt an Sulfat aus seiner Herstellung. Dabei kann der Restsulfatgehalt unbeschadet der Festigkeit bis zu 20 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 1-15 Gew.-% betragen. Der Masse wird vorteilhaft einer der üblichen Füllstoffe, beispielsweise Sägespäne, zugemischt.

Aufgrund des beschriebenen Erhärtungsvorgangs lassen sich Steinholzfussböden in der Weise herstellen, dass die in der üblichen Weise verlegte angeteigte Masse aus beispielsweise durch partielle Reduktion gewonnenem sulfathaltigem Magnesiumoxyd und Füllstoffen in zweckmässig abgedichteten Räumen unter Kohlensäureatmosphäre gesetzt wird. Aeusserst vorteilhaft ist die Herstellung fertiger Steinholzplatten nach der Erfindung. Die

Kohlensäurebehandlung geschieht dabei zweckmässig in einem geschlossenen Kasten unter Kreislaufführung mit Ersetzung der verbrauchten Kohlensäure zwecks Erzielung eines gleichmässigen und schnellen Härtungseffektes.

Von besonderem Vorteil bei der Herstellung dieser in Kohlendioxydatmosphäre abgebundenen Massen ist das Arbeiten bei erhöhter Temperatur. Dadurch erzielt man eine wesentliche Verkürzung der Erhärtungszeit und dadurch beispielsweise bei einer Plattenherstellung eine erhebliche Erhöhung der pro Zeiteinheit herstellbaren Plattenmenge. Zweckmässig arbeitet man bei Temperaturen bis zu 250°C, vorzugsweise im Bereich von 100-180°C.

Es gelingt, nach dem geschilderten Verfahren die Herstellung von Steinholzfussböden dadurch wesentlich zu vereinfachen, dass unter Verzicht auf die wärmeisolierende Unterschicht der Boden in Form von vorgefertigten Platten einschichtig verlegt werden kann, und zwar erreicht man dann dieselbe Wärmeisolierung wie bei zweischichtigem Verlegen beispielsweise durch folgende Arbeitsweise:

Infolge der hohen Festigkeitswerte kann der Füllstoffgehalt der Platten so weit erhöht werden, beispielsweise auf ein Volumen Magnesiumoxyd zu drei Volumen Füllstoff (Raumgewicht der Platten 800 kg/cbm), dass dieselbe Wärmeisolierung bei Verlegung dieser Platten in einer Schichtdicke von 2 cm Stärke erreicht wird, wie sonst bei Verlegung in zwei Schichten von je 1 cm Stärke, wobei die Unterschicht ein Volumen Magnesiumoxyd zu vier Volumen Füllstoff und die Nutzschicht ein Volumen Magnesiumoxyd zu zwei Volumen Füllstoff hat. Durch feines Vermahlen oder Absieben des Füllstoffes unter 0,5 mm Korngrösse wird trotz des hohen Füllstoffgehaltes noch eine genügend glatte Oberfläche der Platten erzielt. Darüber hinaus ist es möglich, den Füllstoffgehalt bis zum Volumenverhältnis von partiell reduziertem Sulfat zu Sägemehl wie 1 : 4 zu erhöhen, ohne dass die Festigkeitswerte für die praktische Verwendung dieser Mischungen zu gering würden.

Zweckmässig ist es noch, das sulfathaltige Magnesiumoxyd für das geschilderte Verfahren auf einen ausreichend hohen Feinheitsgrad zu bringen, wie er beispielsweise durch Kombination von Mahlen und Windschichten erreicht werden kann. Das windgeschichtete, sulfathaltige Magnesiumoxyd soll ohne merklichen Rückstand durch ein Sieb von 3600 Maschen/cm(exp)2, vorzugsweise jedoch durch ein solches von 4900 Maschen/cm(exp)2 gehen.

Ausführungsbeispiel:

Eine Mischung von durch partielle Reduktion hergestelltem sulfathaltigem Magnesiumoxyd (Magnesiumsulfatgehalt 15 Gew.-%) mit feinem Sägemehl im Verhältnis 1 Vol. Magnesiumoxyd zu 2 Vol. Sägemehl wurde mit Wasser zu einer leicht verformbaren Masse angeteigt und mit einer Kelle in einfache Holzrahmen gestrichen. Darauf wurde sofort entformt und die Platten wurden in einem geschlossenen Kasten bei Zimmertemperatur in wasserdampfhaltiger Kohlensäureatmosphäre der Erhärtung überlassen. Nach zwei Tagen wurden die Platten noch kurze Zeit an der Luft getrocknet und hatten danach eine Biegefestigkeit von 100 kg/cm(exp)2 und eine Brinellhärte von 10 kg/mm(exp)2. Der Kohlendioxydverbrauch betrug 0,4 kg pro kg MgO. Die Kohlensäureaufnahme der Gesamtmasse war 12%.

Demgegenüber wurde unter Verwendung von sulfatfreiem Magnesiumoxyd in genau der gleichen Weise eine Platte geformt und der Kohlensäurebindung unterworfen. Die erzielten Festigkeiten waren jedoch nur 40 kg/cm(exp)2 für die Biegefestigkeit und 2 kg/mm(exp)2 für Brinellhärte, obwohl der Kohlendioxydverbrauch in diesem Falle etwa 0,6 kg pro kg MgO und die Kohlensäureaufnahme der Gesamtmasse 25% betrug.

Bei Erhärten in Kohlensäureatmosphäre bei Raumtemperatur ist es vorteilhaft, Magnesiumsulfat nur in Form des Restsulfates anzuwenden, da hierbei die erzielbaren Festigkeiten durch Zumischung von Magnesiumsulfat verringert werden. Beim Erhärten bei erhöhter Temperatur können Magnesiumsalzlösungen zum Anteigen verwendet werden.

Mit dem Magnesiumsulfat-Magnesiumoxyd beziehungsweise Magnesiumchlorid-Magnesiumoxyd-Gemisch kann man gemäss Erfindung auch Isoliermasse für die Elektroindustrie mit hoher Dielektrizitätskonstante herstellen. Reine Sorelverbindungen sind für diese Zwecke ungeeignet infolge der höheren Leitfähigkeit und der sich ergebenden Säureabspaltung bei höheren Temperaturen. Reine Magnesiumcarbonatverbindungen sind ebenfalls ungeeignet, da diese sich nachträglich nicht bearbeiten und verformen lassen. Durch entsprechende Einstellung des Mischungsverhältnisses gelingt es gemäss der Erfindung jedoch, mechanisch bearbeitbare Massen herzustellen, bei denen die Sorelzementverbindung durch eine Magnesiumcarbonathülle isoliert ist. Besonderes bei solchen Massen ist die Wärmezwischenbehandlung zur Bildung der Sorelverbindung vorteilhaft. Hierdurch wird ein Wasserüberschuss in der Masse vermieden, der in den seither bekannten Sorelmischungen in den meisten Fällen zurückblieb und die Dielektrizitätskonstante durch Bildung eines Elektrolyten stark verminderte.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Massen auf der Grundlage der Sorel-Zement-Verbindung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnesiumoxyd-Magnesiumsulfat- oder Magnesiumoxyd-Magnesiumchlorid-Gemisch mit einem freien mehr oder weniger grossen Magnesiumoxyd-Ueberschuss über das stöchiometrische Verhältnis der Sorelverbindung hinaus, gegebenenfalls mit Füllstoffen, nach Anteigen mit Wasser oder gegebenenfalls Magnesiumsalzlösung und Formgebung in Kohlendioxydatmosphäre zum Erhärten gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in wasserdampfhaltiger bzw. in mit Wasserdampf gesättigter Kohlendioxyd-Atmosphäre gearbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere bei Verwendung von Gemischen von Kohlendioxyd mit anderen Gasen, z.B. Rauchgasen, für eine ständige Bewegung der die Erhärtung bewirkenden Gase, z.B. durch Kreislaufführung, gesorgt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Verformung gleichzeitig mit der Kohlensäurebehandlung oder vor derselben oder bei beiden eine Wärmebehandlung stattfindet.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Verformung der Massen und vor der Kohlensäurebehandlung eine Zeitspanne eingeschaltet wird zur Ausbildung der Sorelverbindung.

6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch partielle Reduktion von Magnesiumsulfat gewonnenes sulfathaltiges Magnesiumoxyd mit bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 1-5 Gew.-% Restsulfat als Magnesiumoxyd-Magnesiumsulfat-Gemisch verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein partiell reduziertes Magnesiumsulfat verwendet wird, das ohne Rückstand durch ein Sieb von 3600 Maschen auf den qcm, zweckmässig 4900 Maschen/qcm geht.

8. Verfahren nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse bei erhöhter Temperatur, z.B. zwischen 60 und 250°, vorteilhaft zwischen 100 und 150° zum Erhärten gebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Füllstoffen Mischungsverhältnisse von 1 Vol. MgO zu bis zu 4 Vol. Füllstoff, insbesondere Sägemehl, eingehalten werden.