EP1076208A1 - Verfahren zur Erzeugung einer Dampf- und Feuchtigkeitssperre in einem keramischen Kamin-Rauchrohr - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung einer Dampf- und Feuchtigkeitssperre in einem keramischen Kamin-Rauchrohr Download PDF

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EP1076208A1 EP00115837A EP00115837A EP1076208A1 EP 1076208 A1 EP1076208 A1 EP 1076208A1 EP 00115837 A EP00115837 A EP 00115837A EP 00115837 A EP00115837 A EP 00115837A EP 1076208 A1 EP1076208 A1 EP 1076208A1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J13/00—Fittings for chimneys or flues 
    • F23J13/02—Linings; Jackets; Casings

Definitions

  • the invention is concerned with a production method a vapor and moisture barrier in ceramic chimney flue pipes and appropriately treated flue pipes.
  • Liquid and vapor condensate travels through the porous capillary structure of ceramic smoke pipes to the outside and occurs on the outside of the flue as moisture on, which must be eliminated by various measures. So it is known for three-shell fireplaces in which the Smoke pipe is surrounded by a thermal barrier coating, To provide ventilation channels in the thermal insulation layer in order to penetration of moisture into the thermal insulation layer prevent. Often are on the chimney base on the outside of the Flue pipe collecting trays or the like for receiving external condensate provided. Another known measure is in ceramic smoke pipes from the outset a barrier against the passage of Build up steam and moisture from the flue gas.
  • the present invention is concerned with such Process for creating a moisture barrier in ceramic smoke pipes, taking her task lies in making the process simple and the Effectiveness of the moisture barrier in terms of temperature and to expand considerably in time.
  • inorganic-organic hybrid polymers Compounds considered to be a molecular or nanostructured Base material with inorganic and have organic elements (cf. "First European Workshop, on Hybrid Organic-Inorganic Materials - Center National de la Recherche Scientifique,le de Bierville, 8-10 November 1993).
  • Such hybrid polymers are known under the brand name ORMOCER of the Fraunhofer Institute for silicate ISC, Würzburg or by the company nanogate GmbH, Saar Hampshire. They are manufactured Hybrid polymers mainly through hydrolysis and condensation of silicic acid esters and metal alcoholates as Basic materials. These are given special properties Systems through the installation of organically modified Silicic acid derivatives in the silicate network. Thereby desired properties can be set and also the organic parts cause the structure an organic polymer network.
  • the hybrid polymers can be in water or solvents be dispersed or dissolved so that the application on the surface to be treated with the usual Coating techniques such as dipping, spinning, pouring or Spraying is possible. Connects to the order process is a drying or hardening process that by thermal treatment or with the help of UV or Heat radiation is feasible. Depending on the type of determination Hybrid polymers can use thermal treatment and drying between room temperature and 400 ° C.
  • the particles making up the hybrid polymers are one size have in the nano range and therefore in the ceramic Capillary structures lighter and deeper than polysiloxanes can penetrate, it is correspondingly sufficient Exposure time of the one or more hybrid polymers contained liquid possible, the hybrid polymers as Moisture barrier not only as a layer on the Smoke pipe surface, but also over several millimeters deep in the near-surface capillary structure. This can clog the pores of the capillary structure so that the one under the surface Moisture barrier remains effective even when the hybrid polymer layer on the surface should be damaged.
  • fluorosilanes are also used.
  • fluorosilanes fluoroalkyl functional silanes into consideration with water with hydrolysis and cleavage of ethanol to one reactive silanol react, the silanol chemically an inorganic substrate can be bound.
  • an Si-O bond is formed on the surface. That there is a cross-linking with formation of a Siloxane network.
  • the fluorosilanes are extraordinary thin layers in the nanometer range Pore openings of the capillary structure of the ceramic Surface and on the free surfaces of the capillary structure built up near the surface inside the ceramic body become.
  • Fluorosilanes of the type described are commercially available under the Brand names DYNASYLAN F 8261 (in variations thereof under F 8262 and F 8263) from Sivento Chemie GmbH, Düsseldorf, available.
  • the fluorosilanes can with water and solvents, such. B. Ethanol, mixed so that application to the treating surface with the usual Coating techniques such as dipping, spraying, painting or Polishing is possible. This is followed by the order process a drying or crosslinking process by thermal treatment or with the help of UV or Heat radiation is feasible.
  • the thermal treatment can be carried out between 80 and 150 ° C.
  • Cheaper is however a baking process at temperatures up to 600 ° C, because it has been shown that this does not affect the weight falling decrease in the fluorosilane hydrophobic property a significant increase in mechanical resilience, such as abrasion resistance, with goes along.
  • the described hybrid polymers and fluorosilanes hold Temperatures up to 600 ° C, d. H. Temperatures that at least with house chimneys not or rarely be crossed, be exceeded, be passed.
  • the hybrid polymers and fluorosilanes used in the process according to the invention exhibit a high mechanical resistance and adhesive strength on the ceramic surface of the smoke tube. This is apparently due to the fact that components of the silicate network of these compounds bind to SiO 2 residues of the smoke tube ceramic material, which leads to the considerable adhesive strength.
  • the hybrid polymers can also be designed by the incorporation of groups or radicals which increase the surface energy in such a way that the adhesion of mortar and adhesive as connecting materials is not impaired but rather promoted.
  • the known hydrophobic behavior of the hybrid polymers and fluorosilanes accelerates the drainage of liquid condensate on the inner wall of the smoke tube and the entrainment of solid particles such as soot or the like.
  • the application of the hybrid polymers and fluorosilanes with different application methods can be carried out the treatment of the flue pipes in the Best diving process. This will make the exterior and Coated inside surfaces of the flue pipe. However, it can be considered to reduce material costs coating the smoke pipes on their inner surface restrict what is done with a spray process can be. Since it has been shown that the ceramic material at elevated temperature the hybrid polymers or the Liquid containing fluorosilane stronger and up to Saturation thus becomes useful in both cases the flue pipe to a temperature of, for example, 150 ° C heated up.

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Abstract

Ein Verfahren zur Erzeugung einer Dampf- und Feuchtigkeitssperre in einem keramischen Kamin-Rauchrohr, bei dem die Innen- und/oder Außenfläche des Rauchrohrs mit einer ein anorganisch-organisches Hybridpolymer oder ein Fluorsilan enthaltenden Flüssigkeit behandelt und anschließend getrocknet wird.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Erzeugung einer Dampf- und Feuchtigkeitssperre in keramischen Kamin-Rauchrohren und entsprechend behandelte Rauchrohre.
Das in der Heiz- und Feuerungstechnik bestehende Bestreben, die Abgastemperatur des Rauchgases möglichst weit zu senken, um den Heizwert des Brennmaterials voll auszunutzen, erschwert die Ableitung des Rauchgases durch Schornsteine. Denn infolge der niedrigen Rauchgastemperatur ist der Auftrieb des Rauchgases gering, so daß in den Fällen besonders niedriger Rauchgastemperatur, nämlich bei Heizwertgeräten, durch Überdruck im Rauchrohr dafür Sorge getragen werden muß, daß das Rauchgas rasch genug abtransportiert wird. Weiterhin tritt aufgrund der niedrigen Rauchgastemperatur über eine beträchtliche Länge des Rauchrohrs Kondensation auf, bei der aus dem Rauchgas aggressive Bestandteile in dampfförmiger und flüssiger Form austreten.
Flüssiges und dampfförmiges Kondensat wandert durch das poröse Kapillargefüge keramischer Rauchrohre nach außen und tritt an der Außenseite des Rauchrohrs als Feuchtigkeit auf, die durch verschiedene Maßnahmen beseitigt werden muß. So ist es bekannt, bei dreischaligen Kaminen, in denen das Rauchrohr von einer Wärmedämmschicht umgeben ist, Hinterlüftungskanäle in der Wärmedämmschicht vorzusehen, um ein Eindringen der Feuchtigkeit in die Wärmedämmschicht zu verhindern. Häufig sind am Kaminfuß auf der Außenseite des Rauchrohrs Auffangschalen oder dergleichen zur Aufnahme von außen herablaufendem Kondensat vorgesehen. Eine weitere bekannte Maßnahme besteht darin, in keramischen Rauchrohren von vornherein eine Sperre gegen das Hindurchtreten von Dampf und Feuchtigkeit aus dem Rauchgas aufzubauen. Dies erfolgt entweder durch Erzeugung einer Glasur zumindest auf der Rauchrohrinnenwand oder durch ein Silikonisieren, um dadurch das keramische Kapillargefüge "abzudichten". Das Aufbringen einer Glasur ist relativ aufwendig und auch nicht in allen Fällen wirkungsvoll, weil die Glasur spröde ist und daher Sprünge oder Beschädigungen erfahren kann, durch die Feuchtigkeit hindurchtreten kann. Da außerdem Rauchrohre ab und zu durch den Kaminkehrer ausgebrannt werden, wobei die Temperatur vorübergehend sehr rasch auf bis zu 1000° C ansteigen kann, muß durch diesen Wärmestoß mit Sprüngen in der Glasur gerechnet werden, der ihre Funktion als Feuchtigkeitssperre beseitigt. Die Silikonisierung hat den Nachteil, daß sie die Wirkung als Feuchtigkeitssperre nur bei relativ niedrigen Rauchgastemperaturen (160 bis 200° C) sicher beibehält und ihre Anwendbarkeit an Rauchrohren daher beschränkt ist. Außerdem behindert die durch das Silikonisieren erzielte Polysiloxan-Schicht auf dem Rauchrohr die Anwendung von Verbindungsmaterialien wie Mörtel oder Kleber, die zum Verbinden von Rauchrohrabschnitten miteinander oder zum Anbringen von Abzweigungen, Anschlußstutzen oder dergleichen benötigt werden.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem solchen Verfahren zur Erzeugung einer Feuchtigkeitssperre in keramischen Rauchrohren, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, das Verfahren einfach zu gestalten und die Wirksamkeit der Feuchtigkeitssperre temperaturmäßig und zeitlich erheblich auszudehnen.
Erfindungsgemäß wird dies durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 erreicht.
Als anorganisch-organische Hybridpolymere kommen Verbindungen in Betracht, die ein molekulares oder nanostrukturiertes Basismaterial mit anorganischen und organischen Elementen aufweisen (vgl. "First European Workshop, on Hybrid Organic-Inorganic Materials - Centre National de la Recherche Scientifique, Château de Bierville, 8.-10. November 1993). Solche Hybridpolymere sind bekannt unter dem Markennamen ORMOCER des Fraunhofer-Instituts für Silikat ISC, Würzburg oder durch die Firma nanogate GmbH, Saarbrücken. Hergestellt werden die Hybridpolymere überwiegend durch Hydrolyse und Kondensation von Kieselsäureestern und Metallalkoholaten als Grundmaterialien. Spezielle Eigenschaften erhalten diese Systeme durch den Einbau von organisch modifizierten Kieselsäurederivaten in das Silikat-Netzwerk. Dadurch können gezielt erwünschte Eigenschaften eingestellt werden und außerdem bewirken die organischen Anteile den Aufbau eines organischen Polymer-Netzwerks.
Die Hybridpolymere können in Wasser oder Lösemitteln dispergiert oder gelöst werden, so daß das Auftragen auf die zu behandelnde Oberfläche mit den üblichen Beschichtungstechniken wie Tauchen, Schleudern, Gießen oder Spritzen möglich ist. An das Auftragsverfahren schließt sich ein Trocknungs- oder Härtungsprozeß an, der durch thermische Behandlung oder mit Hilfe von UV- oder Wärmestrahlung durchführbar ist. Je nach Bestimmungsart der Hybridpolymere kann die thermische Behandlung und Trocknung zwischen Raumtemperatur und 400°C durchgeführt werden.
Da die die Hybridpolymere aufbauenden Teilchen eine Größe im Nano-Bereich haben und daher in das keramische Kapillargefüge leichter und tiefer als Polysiloxane eindringen können, ist es bei entsprechend ausreichender Einwirkungsdauer der das oder die Hybridpolymere enthaltenen Flüssigkeit möglich, die Hybridpolymere als Feuchtigkeitssperre nicht nur als Schicht an der Rauchrohroberfläche, sondern auch über mehrere Millimeter tief in dem oberflächennahen Kapillargefüge auszubilden. Dadurch können die Poren des Kapillargefüges verstopft werden, so daß die unter der Oberfläche befindliche Feuchtigkeitssperre selbst dann wirksam bleibt, wenn die auf der Oberfläche befindliche Hybridpolymerschicht beschädigt sein sollte.
Nach Anspruch 2 kommen erfindungsgemäß zur Erzeugung einer Dampf- und Feuchtigkeitssperre an keramischen Rauchrohren auch Fluorsilane zum Einsatz. Als Fluorsilane kommen fluoralkylfunktionelle Silane in Betracht, die mit Wasser unter Hydrolyse und Abspaltung von Ethanol zu einem reaktiven Silanol reagieren, wobei das Silanol chemisch an ein anorganisches Substrat gebunden werden kann. Durch chemische Reaktion mit der zu behandelnden Oberfläche wird eine Si-O-Bindung an die Oberfläche ausgebildet. Daran schließt sich eine Quervernetzung unter Ausbildung eines Siloxan-Netzwerks an. Die Fluorsilane ergeben außerordentlich dünne Schichten im Nanometerbereich, die in den Porenöffnungen des Kapillargefüges der keramischen Oberfläche und auf den freien Flächen des Kapillargefüges nahe der Oberfläche im Inneren des Keramikkörpers aufgebaut werden.
Fluorsilane der beschriebenen Art sind im Handel unter dem Markennamen DYNASYLAN F 8261 (in Abwandlungen davon unter F 8262 und F 8263) der Firma Sivento Chemie GmbH, Düsseldorf, erhältlich.
Die Fluorsilane können mit Wasser und Lösemitteln, z. B. Ethanol, gemischt werden, so daß das Auftragen auf die zu behandelnde Oberfläche mit den üblichen Beschichtungstechniken wie Tauchen, Sprühen, Streichen oder Polieren möglich ist. An das Auftragverfahren schließt sich ein Trocknungs- oder Vernetzungsprozeß an, der durch thermische Behandlung oder mit Hilfe von UV- oder Wärmestrahlung durchführbar ist. Die thermische Behandlung kann zwischen 80 und 150°C durchgeführt werden. Günstiger ist jedoch ein Einbrennvorgang bei Temperaturen bis 600°C, weil sich gezeigt hat, daß dadurch ohne ins Gewicht fallende Herabsetzung der durch das Fluorsilan erhaltenen hydrophoben Eigenschaft eine erhebliche Steigerung der mechanischen Belastbarkeit, wie Abriebfestigkeit, mit einhergeht.
Die geschilderten Hybridpolymere und Fluorsilane halten Temperaturen bis zu 600°C stand, d. h. Temperaturen, die zumindest bei Hausschornsteinen nicht oder selten überschritten werden.
Es hat sich gezeigt, daß die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Hybridpolymere und Fluorsilane eine hohe mechanische Widerstands- und Haftfestigkeit an der keramischen Oberfläche des Rauchrohrs entfalten. Das beruht offenbar darauf, daß Komponenten des Silikat-Netzwerks dieser Verbindungen eine Bindung an SiO2-Reste des Rauchrohr-Keramikmaterials eingehen, die zu der beträchtlichen Haftfestigkeit führt. Die Hybridpolymere können weiterhin auch durch den Einbau von die Oberflächenenergie heraufsetzenden Gruppen oder Radikalen so ausgelegt werden, daß die Haftung von Mörtel und Kleber als Verbindungsmaterialien nicht beeinträchtigt, sondern eher gefördert wird. Darüber hinaus beschleunigt das bekannte hydrophobe Verhalten der Hybridpolymere und Fluorsilane das Ablaufen von flüssigem Kondensat an der Innenwand des Rauchrohrs und die Mitnahme von Festkörperteilchen wie Ruß oder dergleichen.
Obwohl das Auftragen der Hybridpolymere und Fluorsilane mit unterschiedlichen Auftragverfahren durchführbar ist, eignet sich hierfür die Behandlung der Rauchrohre im Tauchverfahren am besten. Dadurch werden die Außen- und Innenflächen des Rauchrohrs beschichtet. Es kann jedoch daran gedacht werden, zur Herabsetzung von Materialkosten das Beschichten der Rauchrohre auf deren Innenfläche zu beschränken, was mit einem Sprühverfahren durchgeführt werden kann. Da sich gezeigt hat, daß das Keramikmaterial bei erhöhter Temperatur die die Hybridpolymere bzw. das Fluorsilan enthaltende Flüssigkeit stärker und bis hin zur Sättigung damit aufnimmt, wird zweckmäßig in beiden Fällen das Rauchrohr auf eine Temperatur von beispielsweise 150°C aufgeheizt.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Erzeugung einer Dampf- und Feuchtigkeitssperre in einem keramischen Kamin-Rauchrohr, bei dem die Innen- und/oder Außenfläche des Rauchrohrs mit einer ein anorganisch-organisches Hybridpolymer enthaltenden Flüssigkeit behandelt und anschließend getrocknet wird.
  2. Verfahren zur Erzeugung einer Dampf- und Feuchtigkeitssperre in einem keramischen Kamin-Rauchrohr, bei dem die Innen- und/oder Außenfläche des Rauchrohrs mit einer ein Fluorsilan enthaltenden Flüssigkeit behandelt und anschließend getrocknet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Rauchrohr während einer Zeitdauer behandelt wird, die ein Eindringen der Flüssigkeit in das keramische Kapillargefüge des Rauchrohrs erlaubt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Rauchrohr in der Flüssigkeit getaucht wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Innenfläche des Rauchrohrs mit der Flüssigkeit besprüht wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Rauchrohr vor oder bei dem Behandlungsvorgang aufgeheizt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Rauchrohr auf eine Temperatur von 150°C aufgeheizt wird.
  8. Rauchrohr, das auf der Innen- und/oder Außenfläche mit einem anorganisch-organischen Hybridpolymer beschichtet ist.
  9. Rauchrohr, das auf der Innen- und/oder Außenfläche mit einem Fluorsilan beschichtet ist.
  10. Rauchrohr nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Hybridpolymer bzw. das Fluorsilan in einer oberflächennahen Schicht des keramischen Kapillargefüges enthalten ist.
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