DK144681B - Bindemiddel paa basis af en vandig alkalimetalsilikatoploesning - Google Patents

Description

(19) DANMARK

|p (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT on Htl+681 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 1000/78 (51) Int.CI.3 C 09 J 1/02 (22) Indleveringsdag 6. mar. 1978 C 09 D 1/02 (24) Løbedag 6. mar. 1978 C OA B 19/04 (41) Aim. tilgængelig 3. okt. 1978 (44) Fremlagt 10. maj 1982 (86) International ansøgning nr.

(86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 2. apr. 1977, 271^889, DE

(71) Ansøger HENKEL KOMMANDITGESELLSCHAFT AUF AKTIEN, Duesseldorf-Holt= hausen, DE.

(72) Opfinder Helmut v. Freyhold, DE: Wolfgang Pesch, DE.

(74) Fuldmægtig Firmaet Chas. Hude.

(54) Bindemiddel på basis af en van= dig alkallmetalsilikatopløsning.

Opfindelsen angår et bindemiddel på basis af en vandig alkali metalsili-katopløsning med et molforhold SiO^:1^0, hvor M er et alkalimetal, fra 1,8 til 4,0 og et tørstofindhold på 20-55 vægti.

Bindemidler på basis af vandige alkalinetalsilikatopløsninger har været kendt i længere tid og anvendes i stor udstrækning i praksis. De anvendes blandt andet til fremstilling af mineralske isoleringsmaterialer, imprægneringsmidler, overtræksmasser, malinger og kit samt til OQ limning af træ, papir, keramik og mineralsk materiale.

t—

DO

_q Såfremt der til de ovennævnte formål udelukkende anvendes alkalimetalsili= katopløsninger, dvs. uden tilsætning, opfylder de dermed fremstillede r- klæbe- og kitforbindelser, isoleringslag, overtræk og malinger i man- ^ ge tilfælde ikke de talrige tekniske krav. Hårdhed, elasticitet og □ 2 144681 temperatur- og vandbestandighed er således ofte utilfredsstillende.

Der er derfor allerede blevet gjort talrige forsøg på at forbedre disse egenskaber ved tilsætning af egnede stoffer til bindemidlerne.

Som hærdningsmiddel er frem for alt blevet foreslået syrer, syrefra-spaltende eller surt reagerende produkter, som f. eks. urinstof. Størstedelen af de fremkomne forslag viste sig dog i praksis ikke at give de ønskede virkninger i tilstrækkelig grad.

Fra tysk patentskrift nr. 109.666 kendes f.eks. en fremgangsmåde til fremstilling af et flydende klæbemiddel, hvor koncentreret vandglasopløsning, talkum og kridt blandes med natriumhydroxid og fordelagtigt forsynes med en tilsætning af borax.

I det tyske offentliggørelsesskrift nr. 2.460.543 beskrives klæbere eller belægningsmasser på basis af vandglas, som indeholder en tilsætning af lermineralske stoffer, oxider eller carbonater af jordalkalier eller af zink, oxider eller hydroxider af aluminium og/eller bariumsulfat- Disse produkter kan yderligere indeholde i og for sig kendte stoffer, såsom phosphater eller borater af mono-, di- eller trivalente metaller.

US patentskrift nr. 3.505.086 angår zinkstøvfarver, som indeholder alkali metalsilikater, organiske riitroforbindelser samt borsyre eller salte af borsyre, såsom kalium-, natrium- eller ammoniumborater. Tilsætningen af nitroforbindelserne i kombination med borsyre eller deres salte skal bevirke en forlængelse af afbindingstiderne (potlife).

Tysk offentliggørelsesskrift nr. 1.669.235 svarende til svensk fremlæggelsesskrift nr. 322.590 angår fremstillingen af ildfaste alkalirætal-silikatbeskytteisesovertræk, som er bestandige overfor ultraviolet-te stråler og udviser en god lagerbestandighed. Disse midler består af en alkalimetalsilikatbærer, f.eks. kalium- eller natriumsilikat, og aluminiumoxid. De kan desuden også indeholde en alkalimetalhydroxidopløs-ning samt en borsyreopløsning og zinkoxid.

Formålet med den foreliggende opfindelse er imidlertid at tilvejebringe bindemidler på basis af alkalimetalsilikatopløsninger, scan i sammenligning med de kendte produkter har en kortere afbindingstid. Samtidig skal de ved hjælp af disse bindemidler fremstillede klæbninger have forbedret vandfasthed.

3 14468 1

Dette opnås ved hjælp af et bindemiddel ifølge opfindelsen på basis af en vandig alkalimetalsilikatopløsning med et molforhold SiC^lY^O, hvor M er et alkalimetal, fra 1,8 til 4,0 og et tørstofindhold på 20-55 vægt%, hvilket bindemiddel er ejendommeligt ved et indhold af kaliummetaborat, hvorhos molforholdet Si02:KB02 er fra 5 til 20.

Det har nemlig overraskende vist sig, at tilsætningen af kaliummetaborat til bindemidler af den omhandlede type bevirker en kortere afbindingstid samt en forbedret vandfasthed af de dermed fremstillede klæbninger. Afgørende herfor er tilsætningen af et ganske bestemt borat, nemlig kaliummetaborat i det angivne molforhold Si02:KB02·

Med andre alkalimetalborater, f.eks. borax (Na2B^O^, 10H2O) , kaliumtetra-borat eller natriumtetraborat, opnås denne virkning ikke. Dette fremgår af sammenligningsforsøgene i eksempel 1 (tabel 1, E og F). Heller ikke på baggrund af den ovenfor omtalte kendte teknik kunne det forudses, at der ville indtræde en sådan virkning, især da man ikke i noget tilfælde kommer ind på anvendelsen af kaliummetaborat.

Koncentrationen af silikatopløsningerne og molforholdet af SiC>2 til alkalimetaloxid i opløsningerne kan variere som angivet oq ret-ter sig efter, hvortil bindemidlet skal anvendes. I almindelighed anvendes i handelen værende natrium-, kalium- og lithiumsilikatopløs-ninger.

Det til fremstillingen af de hidtil ukendte bindemidler nødvendige kaliummetaborat fås hensigtsmæssigt ved blanding af borsyre med den ifølge ligningen h3bo3 + KOH -» kbo2 + h2o nødvendige støkiometriske mængde koncentreret kaliumhydroxidopløsning.

Bindemiddelfremstillingen sker ved simpel blanding af alkalimetalsilikat= opløsningerne med den mængde kaliummetaboratopløsning, som svarer til det ønskede molforhold.

De hidtil ukendte bindemidler på basis af alkalimetalsilikater kan indeholde kendte tilsætninger, som f. eks. aminer og kvaternære ammonium= 14 4 S 8 1 4 baser. Ved sådanne tilsætninger kan bindemiddelopløsningernes egenskaber og egenskaberne af de ved hjælp heraf fremstillede bindinger modificeres yderligere. Disse stoffer iblandes i almindelighed i mængder fra 0,05 til 1 vægt% beregnet på den samlede bindemiddelmæng-de.

De hidtil ukendte produkter er lagringstabile og besidder en høj sammenhængskraft. I sammenligning med de kendte vandglasbindemidler har de en større afbindingshastighed. De ved hjælp heraf fremstillede bindinger har en væsentlig større vandfasthed end sådanne, der blev fremstillet ved hjælp af kendte bindemidler på basis af vandglas.

De følgende eksempler belyser den foreliggende opfindelse.

Eksempel 1.

Til fremstilling af isoleringsemner blev der til hvert blandet 1000 g vermiculitpulver (kornstørrelse 2-4 mm eller 3-6 mm) med 1000 g bindemiddel. De opnåede masser blev i en formpresse presset til plader, hvorved der indtrådte en komprimering til ca. 50% af det oprindelige volumen. De således opnåede emner havde straks efter presningen en til transporten tilstrækkelig styrke. De blev tørret ved stuetemperatur og derpå opvarmet til 180°C eller 300°C i seks timer.

Som bindemiddel blev anvendt produkterne A, B og C ifølge opfindelsen: A) 1887 g natriums il ika topløsning (SiC>2:Na20 = 3,42; 29,0 vægt% SiC^; 36,4 vægt% tørstofindhold; 40/42°Bé) + 109 g kaliummetaboratopløs-ning fremstillet af 31 g (0,5 mol) borsyre, ren og 78 g 38%'ig kalium= hydroxidopløsning. Molforhold SiC^iKBC^ =17,6.

B) 1826 g natriumsilikat (som under A) + 174 g kaliummetaboratopløsning fremstillet af 49,6 g (0,8 mol) borsyre, ren og 124 g 38%'ig kalium= hydroxidopløsning. Molforhold SiC^iKBC^ = 10,6.

C) 1738 g natriumsilikatopløsning (som under A) + 261,6 g kaliummeta= boratopløsning fremstillet af 74,4 g (1,2 mol) borsyre, ren og 187,2 g 144681 5 38%'ig kaliumhydroxidopløsning. Molforhold SiC^sKBC^ = 6,75.

Til sammenligning anvendtes produkterne D-F som bindemiddel: D) natriumsilikatopløsning (som under A), dog uden tilsætning.

E) 1929 g natriumsilikatopløsning (som under A) + 71 g natriummetaborat-opløsning fremstillet af 31 g (0,5 mol) borsyre, ren og 40 g 50%'ig natriumhydroxidopløsning. Molforhold SiC^NaBC^ = 17,9.

F) 1880 g natriumsilikatopløsning (som under A) + 113,6 g natriummeta= boratopløsning fremstillet af 49,6 (o,8 mol) borsyre, ren og 64 g 50%'ig natriumhydroxidopløsning. Molforhold SiC^iNaBC^ = 10,95.

G) 1865 g natriumsilikatopløsning (som under A) + 67,5 g natriummeta= phosphatopløsning, fremstillet af 30,6 g (NaPO^)g og 36,9 g vand. Molforhold SiC^NaPC^ - 14,5.

De med bindemidlerne A, B og C ifølge opfindelsen fremstillede emner havde en højere styrke, specielt ved kanterne, end de med produkterne D-G opnåede.

Til bestemmelse af vandfastheden blev isoleringsemnerne lagret i deio= niseret vand og afprøvet med hensyn til fasthed med 24 timers mellemrum. Resultaterne af disse forsøg er angivet i tabel I.

Tabel I.

Vandfasthed af vermiculit-isoleringsemner.

Bindemiddel Varmebehandlet ved __180°C _300°C_ A 5 uger 7 uger B 5 uger 7 uger C 6 uger 7 uger D 1 dag 1 dag E 3 dage 1 dag F 5 dage 2 dage G 1 dag 4 dage

Der blev opnået tilsvarende resultater, når der til fremstilling af de formede emner blev anvendt vermiculit-bindemiddel-blandinger i vægtforhold 2:1, 3:1 og 4:1.

6 144681

Eksempel 2.

1000 g natriumsilikatopløsning (SiC>2:Na20 = 2,4; 33,2 vægt% SiC^; 47,0 vægt% tørstofindhold; 50/52°Bé) blev behandlet med 87,2 g kali= ummetaboratopløsning, som var blevet fremstillet af 24,8 g (0,4 mol) borsyre, ren og 62,4 g 38%'ig kaliumhydroxidopløsning. I det således opnåede bindemiddel var molforholdet SiC^sKBC^ = 13,8.

Til fremstilling af støbekerner blev 9,6 g formsand blandet med 400 g af det ovenfor beskrevne bindemiddel. Blandingen blev presset i forme, og de pressede emner blev hærdet ved behandling med carbondioxid (0,5 ato CC^; 7 sekunder) og derefter varmebehandlet i 60 minutter ved 180°C. Til bestemmelse af lagringstabiliteten blev de således opnåede støbekerner lagret i et klimarum ved 25°C og en luftfugtighed på 75%. Som mål for lagringsbestandigheden blev forskydningsstyrken af støbekernerne bestemt med de i tabel II angivne tidsintervaller fra fremstillingen.

Til sammenligning blev der fremstillet støbekerner ifølge den ovennævnte metode, dog under anvendelse af den ovenfor angivne natriumsilikatopløsning uden KBC^-tilsætning,og lagringsforholdene heraf blev afprøvet. Resultaterne af lagringstabilitetundersøgelserne er angivet i tabel II.

Tabel II.

Lagringstabilitet af støbekernerne ved 25°C og en luftfugtighed på 75%.

-

Forskydningsstyrke i kp/cm

Lagringstid Bindemiddel ifølge Sammenligning ___opfindelsen__ 24 timer 80 65 72 timer 60 28 1 uge 49 26 2 uger 42 32 3 uger 42 31 4 uger 35 26 7 144681

Eksempel 3.

Til fremstilling af stærkere byggeelementer blev asbestcementplader og asbestcement-celluloseplader klæbet sammen. Som bindemiddel blev anvendt de i eksempel 1 under A-C beskrevne med kaliummetaborat modificerede natriumsilikatopløsninger. De sammenklæbede plader blev tørret i 6 timer ved 180°C. Såfremt man lagrede de således opnåede byggeelementer i 6 uger i vand og derpå med vold forsøgte at adskille pladerne fra hinanden, opstod der brud i pladematerialet og ikke i klæbefugen.

Til sammenligning blev asbestcementplader og asbestcement-cellulose= plader sammenklaiiet under anvendelse af en natriumsilikatopløsning (Si02:Na20 = 3,42; 29,0 vægt% SiC^; 36,4 vægt% tørstofindhold; 40/42° Bé) uden kaliummetaborattilsætning og tørret i 6 timer ved 180°C.

Såfremt man lagrede disse sammenklæbede elementer i vand, kunne pladerne allerede 3 dage senere adskilles fra hinanden i klæbefugen uden materialebeskadigelse.

Eksempel 4.

Ved fremstillingen af spiralviklede paprør blev papirbaner forsynet med et vandglasbindemiddel viklet spiralformet på en spindel, presset og samtidig transporteret videre på spindelen. Derved skal sammenbindingen mellem papirlagene i brøkdele af sekunder være fastgjort i så høj grad, at banen ved videre transport af det viklede rør ikke mere kan forskydes i forhold til hinanden. Ved gennemskæring af rørstykkerne i enden af spindelen skal de mod snitkanterne liggende ender af den ydre papbane ikke løsne sig.

For at opfylde kravene til en hurtig fiksering af bindingen var man hidtil tvunget til at anvende vandglasopløsninger med et højt tørstofindhold og en høj viskositet 350 mP). Disse opløsningers viskositet skulle før påføring på papirbanerne ved opvarmning reduceres så meget (150-180 mP), at man kunne sikre sig et tyndt bindemiddellag.

Ved anvendelse af bindemidlerne ifølge opfindelsen kan viskositeten nedsættes til de til opgaven nødvendige værdier ved fortynding, uden at den nødvendige mindste afbindingshastighed overskrides.