FI83629C - Foerfaringssaett foer framstaellning av en gjutmassa, innehaollande vattenglas och aktiverad kisel. - Google Patents

Description

1 83629

Menetelmä sellaisen valumassan valmistamiseksi, joka sisältää vesilasia ja aktivoitua piitä 5 On tunnettua valmistaa valumassoja, jotka sisältävät vesilasia. Käsitteellä "valumassa" tarkoitetaan tässä yhteydessä muovattavia tai plastisia massoja. Vaikkakin nämä sopivimmin muotoillaan valamalla, voidaan niihin kuitenkin monessa tapauksessa kohdistaa muotoava käsittely lopullisten tuot-10 teiden saamiseksi toisella tavalla, esim. puristamalla, valssaamalla tms. tavalla. Sellaisilla valumassoilla on monipuolista käyttöä, esim. kaikenlaisten esineiden valmistukseen, mutta myös sideaineena mitä erilaisimpien pintojen välillä.

15

Sellaista sinänsä tunnettua valumassaa valmistettaessa, ilmaisu, jota siis tässä käytetään laajimmassa merkityksessään, edellä mainitut käyttöalueet ja muokkausmenetelmät mukaanlukien, on menetelty sillä tavoin, että sakeasta 20 alkalisilikaattia, tavallisesti natriumsilikaattia olevasta vesilasiliuoksesta on poistettu vesi tai joka tapauksessa huomattavasti vähennetty sen vesipitoisuutta. Näin on saatu kiinteä tuote, usein "vesilasikvartsiksi" nimitetty, joka on syntynyt joko valuvaa vesilasia kuivaamalla tai lisäämäl-25 lä sopivia happoja pH-arvon muuttamiseksi ja täten alkalis-ten olosuhteiden kumoamiseksi. Näinollen on tapahtunut sellaista, että on lisätty kovetusaineeksi natriumheksa-fluoridia, koska tämä aine toisaalta on vettyvä, toisaalta myös muuttaa pH-arvoa mainittuun suuntaan.

30 Tällainen valumassa voidaan saada siten, että sen kovettu-misprosessin aikana tai välittömästi sitä ennen lisätään toista materiaalia, esim. sinänsä tunnetulla tavalla kvartsi jauhoa (piidioksidia Si02>, jolloin muodostuu enemmän 35 tai vähemmän homogeeninen massa, jossa lisämateriaalin osaset sitoo yhteen vesilasi, josta on poistettu vesi tai jonka vesipitoisuutta on mahdollisesti alennettu.

2 83629

Vesilasi esiintyy osittain natriumsilikaattina (Na), osittain kaliumsilikaattina (K), ja lopuksi vielä natriumin ja kaliumin sekasilikaattina. Tunnetaan myös ammoniumvesilasi, mutta sillä on vähän tai ei minkäänlaista käyttöä. Natrium-5 vesilasi on tavallisimmin esiintyvä muoto, ja kun esillä olevaa keksintöä lähemmin kuvataan, tulee tämä tapahtumaan natriumvesilasin perusteella. Keksintö ei kuitenkaan ole rajattu tämän tietyntyyppisen vesilasin käyttöön.

10 Tällaisesta valumassasta valmistetulla tuotteella on hyvin suuri puristuslujuus ja kulumisenkesto. Sideaineena käytettäessä se kiinnittyy suhteellisen hyvin useimpiin materiaaleihin, myös moniin sellaisiin materiaaleihin, joihin normaalisti esiintyvät sideaineet eivät osoita taipumusta 15 kiinnittyä. Tuotteen vetolujuus ja iskulujuus jopa kasvavat hieman, mutta mitään selvää yhteyttä näiden kolmenlaisen lujuuden välillä ei ole pystytty osoittamaan, paitsi että puristuslujuuden kasvu tavallisesti on silmiinpistävin, kun taas iskulujuuden kasvu on ainoastaan vähäinen.

20

Tunnetaan myös erilaisia valmistusmenetelmiä edellä kuvatun kaltaisille valumassoille, joiden ominaisuuksia on parannettu ja/tai muunnettu lisäämällä eri lisäaineita tarkoituksena massan ominaisuuksien muuntelu.

25

Esillä oleva keksintö koskee edellä esitettyä tyyppiä olevan valumassan valmistusmenetelmää käyttäen jäljempänä esitettyjä lisäaineita, jotka johtavat valumassan ominaisuuksien huomattaviin lisäparannuksiin varsinkin sen vuoksi, että 30 edistetään valumassan reaktion aikana tapahtuvaa kiteenmuo-dostusta, ja että valumassa tulee vähemmän herkäksi vesilasissa olevalle vedelle, kuin mitä se aiemmin on ollut. Sitäpaitsi on osoittautunut, että keksinnön mukaisesti valmistettu valumassa sallii huomattavasti enemmän vaihtelua 35 kyseessä olevissa lisäaineissa, mistä syystä varmistetaan valumassan niiden erityisominaisuuksien parempi jakautuminen, jotka kyseisillä lisäaineilla halutaan saada.

3 83629

Keksinnön mukaan lisätään nimittäin sinänsä tunnettuun valumassaan aktiivista piitä joko puhtaassa muodossa tai piiyhdisteen muodossa. Edullisesti tämä piiyhdiste on sellainen yhdiste, joka on syntynyt korkeampiarvoisen piiyhdis-5 teen hajotessa. Hajoaminen tapahtuu tällöin energianlisäyk-sen, etupäässä lämmönlisäyksen, vaikutuksesta niin, että yhdisteen piiatomit aktivoituvat tavalla, joka jo on tunnettu hiilen ja hiilen kanssa kemiallisesti läheisten alkuaineiden osalta.

10

Keksinnölle on tunnusomaista, että ennen vesilasin kovettumista siihen lisätään aktivoitua piitä määrä, joka on 3-5 paino-% valumassaan sisältyvien aineiden yhteisestä kuiva-painosta laskettuna, sekä kovettamisainetta.

15 Täsmälleen ei tiedetä, miten tämä "aktiivisuus" tulisi selittää, mutta todennäköisesti oikea teoria lähtee siitä, että yksi tai useampi elektronirata ei-aktivoidussa piissä on työntynyt sivuun tavanomaisilta paikoiltaan niin, että 20 on syntynyt sisäinen molekyylijännite, jonka purkautuessa voi vapautua suuria määriä energiaa. Näiden energiamäärien vaikutuksesta voi aktivoitu pii aiheuttaa kemiallisia reaktioita, joita ei esiinny ollenkaan tai esiintyy vain vähäisessä määrin ei-aktivoidussa piissä. Energianlisäys tapahtuu 25 normaalisti siten, että pii tai vastaavasti piiyhdiste kuumennetaan hyvin korkeaan lämpötilaan. Sen seurauksena löytyy aktivoitua piitä erittäin suuressa määrin rautateollisuuden lentotuhkasta, koska rautateollisuudessa esiintyy mainittuja korkeita lämpötiloja.

30

Aktivoitua piitä lisättäessä muuttaa valumassa ominaisuuksiaan niin merkittävällä tavalla, että on perusteltu syy olettaa, että tapahtuu faasikemiallinen reaktio, niinkuin usein tapahtuu silikaattikemian alalla. Kuitenkaan ei ole 35 pystytty selvittämään, kuinka tämä reaktio kehittyy. Hyvin tunnettuahan on, että silikaattikemiassa esiintyy hyvin vaikeasti ymmärrettäviä ja yhä suuressa määrin arvoituksel- < 83629 lisiä reaktioita. Esillä oleva keksintö on sen vuoksi syntynyt puhtaasti kokeellista tietä.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistetun valumassan 5 eräs olennainen etu on siinä, että niiden lisäaineiden lukumäärä, joita voidaan käyttää samalla kuin ylläpidetään lopullisen tuotteen lujuus, kasvaa huomattavasti johtuen siitä, että valmistetulla tuotteella on erityisiä ominaisuuksia, jotka puolestaan johtuvat siitä, että se on valmis-10 tettu lisäämällä aktivoitua piitä, jolloin se on saanut suuren lujuuden ja voimakkaan sitomiskyvyn muihin materiaaleihin.

Tällaisilla valumassoilla tehdyissä kokeissa on myös tutkit-15 tu yksinomaan hienojakoisen selluloosan vesilasiin tai vesilasiseoksiin lisäämisen vaikutusta, ja tällöin on löydetty joukko tähän asti vain empiirisesti havaittuja riippuvuuksia, joihin esillä olevan keksinnön erittäin edullinen toteutusmuoto perustuu. Mainittujen jatkettujen kokeiden 20 tarkoituksena oli ensi sijassa selvittää, missä määrin saatettiin lisätä hienojakoista selluloosaa lisämateriaalina, jotta sillä tavalla aikaansaataisiin tuote, joka olisi käyttökelpoinen useissa tapauksissa, mutta joka halvasta lisämateriaalista johtuen voitaisiin valmistaa hyvin halval-25 la. Tällöin, hämmästyttävää kyllä, ilmeni kuitenkin, että tuotteet saivat täysin odottamattomia ja monessa tapauksessa varsin hyödyllisiä ominaisuuksia, joita selostetaan lähemmin seuraavassa.

30 Neutraalin tai emäksisen selluloosan sekoittaminen osoittautui vähemmän edulliseksi, mutta sitävastoin osoittautui, että heikosti hapan selluloosa tuotti odottamattomia, hyödyllisiä ja arvokkaita ominaisuuksia lopputuotteessa. Kokeita tehtiin myös sen hapon toteamiseksi, Jolla saatiin happa-35 mat ominaisuudet massalle hienojakoisen selluloosan sekoittamisen jälkeen, ja tällöin saatettiin mm. todeta, että kuorijauho antoi hyvin edulliset tulokset. Kuorijauho sisältää pieniä määriä parkkihappoa. Samoin saatiin erittäin 5 83629 hyvä tulos käyttämällä paperi- ja massateollisuuden nk. "nollakuituja", ts. niin pieniä selluloosakuituja, että ne vedenpoiston aikana menevät viiran läpi ja poistuvat jäteveden mukana. Nämä kuidut sisältävät vielä tiettyjä jäännöksiä 5 siitä tai niistä hapoista, joita on käytetty selluloosan keitossa, enimmäkseen rikkihapoketta, mutta myös muita happoja. Yhteistä kyseisille hapoille on kuitenkin, että niiden tulee esiintyä vain hyvin pienissä määrin, tai jos niitä on enemmän, täytyy niiden olla heikosti vaikuttavia, 10 juuri niinkuin ovat mm. parkkihappo ja rikkihapoke.

Keksinnön mukaisen edullisen suoritusmuodon huomattava parannus on siinä, että vesilasin ja aktivoidun piin seokseen lisätään happamesti reagoivaa selluloosamateriaalia 15 hienojakoisena sellainen määrä, jonka tehtyjen kokeiden perusteella täytyy olla 5-75 paino-% koko seoksen kuivapainosta .

Mainituissa kokeissa on sitäpaitsi osoittautunut, että 20 keksinnön mukaisesti valmistettuun valumassaan edullisesti voidaan lisätä erilaisia muoviemulsioita kovettamattomina tai osittain kovettuneina polymeraatteina. Näiden kovettaminen ja vastaavasti niiden jo aloitetun kovettamisen loppuunsaattaminen voi tällöin edullisesti tapahtua samanaikaises-25 ti, kun valumassa kovetusaineen lisäyksen jälkeen kovettuu. Tällä tavoin voidaan valmistaa kaikenlaisia erilaatuisia tuotteita, joilla suuressa määrin on polymeraatiotuotteiden laadulliset ominaisuudet, mutta jotka tuovat esiin nämä ominaisuudet määrällisesti huomattavasti parannettuina.

30

Muina lisämateriaaleina, joita voidaan sekoittaa esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistettuun valumassaan, voidaan mainita seuraavat.

35 Valumassaan voidaan lisätä raskaita materiaaleja, varsinkin raskaita metalleja jauhe-, hiukkas- tai raemuodossa. Tällaisista metalleista voidaan mainita lyijy ja kupari sekä eri lejeeringit, joihin sisältyy lyijyä ja/tai kuparia, esim.

6 83629 messinki ja pronssi. Valumassan kyky vastaanottaa ja varastoida lämpöä tulee täten hyvin suureksi. Tuodun lämmön johtuminen valumassaan ja vastaavasti varastoidun lämmön poisjohtuminen valumassasta parantuu samanaikaisesti, mistä 5 on seurauksena sen väistämättömän ajan lyheneminen, joka menee määrätyn lämpömäärän tuomiseen ja poistamiseen.

Valumassa voidaan edelleen, lujuus säilyttäen, tehdä huokoiseksi suuremmassa määrin kuin aiemmin ja tämä voidaan ai-10 kaansaada useilla eri tavoilla. Voidaan esim. sekoittaa jotain sopivaa tensidiä tuomalla samalla ilmaa tai valumassaan voidaan lisätä jotain lämmössä paisuvaa muovia, kuten polystyreeniä tai polyuretaania, ja kuumentaa sen jälkeen valumassa, ennenkuin se on kokonaan läpikovettunut. Sopiva 15 lämpötila polystyreenimuovia lisättäessä on esim. 90°C.

Edellä mainittiin, että joukkoon voidaan sekoittaa hienojakoista selluloosamateriaalia happamissa olosuhteissa. Jos ei arvosteta näin saatavia etuja, voidaan selluloosamateri-20 aali sekoittaa joukkoon emäksisissä olosuhteissa. Tällöin selluloosamateriaalin muodostavat edullisesti nollakuidut, jotka lisätään yhdessä bikarbonaatin kanssa valumassaan, sopivimmin sen jälkeen, kun tälle muovia sekoittamalla on saatu hieman pehmeämpi koostumus.

25

Keksinnön mukaisesti valmistettu valumassa ei ole sekoitettavissa ainoastaan monien eri muovien kanssa, vaan myös muiden aineiden, kuten asfaltin ja lateksin kanssa, sopivimmin silloin, kun nämä aineet ovat emulsioina. Mainitut 30 aineet parantavat valumassan sitomiskykyä muihin aineisiin.

Johtuen hyvästä sitomisvaikutuksesta valumassaa sideaineena käytettäessä soveltuu se myös erittäin hyvin vahvistamiseen. Tällainen vahvistaminen voidaan hyvin tuloksin aikaan-35 saada sellaisilla vahvistusmateriaaleilla, joita aiemmin pidettiin vähemmän hyvin soveltuvina. Usein juuri nämä vahvistusmateriaalit ovat hyvin halpoja, mikä johtaa siihen, että voidaan aikaansaada aiemmin tunnettujen vahvistettujen i 83629 materiaalien kanssa kilpailukykyinen tuote huomattavasti halvemmin kustannuksin.

Työskenneltäessä esillä olevan keksinnön mukaisesti valmis-5 tetulla valumassalla, on osoittautunut, että sen kovettuminen tapahtuu massan ulkopinnalta alkaen siten, että muodostuu plastisesti muovattava, mutta hyvin sitkeä pintakerros, kun taas aluksi tämän pintakerroksen sisäpuolella oleva massa on suuressa määrin plastisesti muovattavissa siten, 10 että se sen jälkeen kykenee säilyttämään annetun muodon.

Sen vuoksi voidaan puristamalla, valssaamalla tai vastaavalla tavalla antaa tälle massamäärälle tietty muoto, jonka se sen jälkeen säilyttää kovettumisen jatkuessa. Tätä seikkaa voidaan hyödyntää esim. kuvioiden tai reliefien painami-15 sessa keksinnön mukaisesti valmistetusta valumassasta tehtyjen esineiden pintaan.

Keksinnön eduista on mainittava myös, että keksinnön mukaisesti valmistettu valumassa antaa selvästi paljon paremman 20 palosuojan, koska sitä tavalla, joka on aiemmin tunnettu perinteisistä vesilasipohjaisista palonsuojatuotteista, käytetään esim. päällysteenä tulenaroissa rakennusten osissa.

25 Sen vuoksi on tullut mahdolliseksi rakennusten osiin, jotka on sivelty tai päällystetty keksinnön mukaisesti valmistetulla valumassalla, palonsuojaominaisuuksia huonontamatta sekoittaa suurehkoja määriä muutoin tulenarkoja materiaaleja, kuten sahajauhoa, turvetta tai muita orgaanisia aineita 30 tai asfalttiemulsioita. Palonesto-omainaisuudet johtavat myös siihen, että valumassasta tulee sopiva sideaine kerrostettujen materiaalien valmistuksessa, varsinkin rakennustarkoituksiin olevissa levyissä, joissa aiemmin on oltu riippuvaisia erilaatuisista liimoista, joilla joko on ollut huono 35 kiinnityskyky tai jotka ovat olleet melko helposti syttyviä.

Tarkkoja kokeita on siksi tehty esillä olevan keksinnön syntymisen yhteydessä aktivoidun piin (puhtaassa muodossa β 83629 tai yhdisteen muodossa) määrän toteamiseksi suhteessa vesilasin määrään, mahdollisesti kvartsilla lisättynä. Tällöin on ilmennyt, että vesilasiseoksen kyseiset erityisominaisuudet tulevat esiin lisättäessä aktivoitua piitä niin, että 5 aktivoidun piin osuus, laskettuna piin painona, aktivoidun piin, vesilasin ja mahdollisesti kvartsin yhteisestä kuiva-painosta on 3-5 paino-%. Aktivoidun piin määrä ei saa alittaa 3 paino-%, koska se siinä tapauksessa ei ole riittävä aikaansaamaan mainittuja, edellä lähemmin kuvattuja edulli-10 siä vaikutuksia, eikä sen myöskään pidä ylittää 5 paino-%, koska siinä tapauksessa lujuus huononee ilman, että aktivoidun piin ylimäärä johtaisi mihinkään merkittävään valu-massan edellä mainittujen ominaisuuksien parantumiseen.

Paras tulos saavutetaan, jos aktivoidun piin osuus on välil-15 lä 3,5-4,5 paino-% ts. noin 4 paino-%.

Edellä mainituissa kokeissa hienojakoista selluloosaa, varsinkin paperi- ja massateollisuuden nollakuitumaterlaa-lia, joukkoon sekoitettaessa kävi edelleen ilmi, että sel-20 lainen sekoitus emäksisissä olosuhteissa tosin tietyissä erikoissuhteissa oli eduksi, mutta muissa suhteissa vähemmän edullista. Sitävastoin kävi ilmi, että selluloosamateriaalin sekoittaminen happamissa olosuhteissa antoi erittäin hyvät tulokset. Tällainen sekoitus ei vaikuttanut haitallisesti 25 tulenkestoon, sillä tuote osoittautui edelleen syttymättö- mäksi ja palovarmaksi. Pienellä happaman selluloosan lisäyksellä voitiin tosin ylläpitää heikkoa, voimakkaasti nokeavaa liekkiä, mutta selluloosapitoisuuden kasvaessa tuote saatiin täysin syttymättömäksi ja jos ulkoisella tulella ylläpidet-30 tiin palamista edellä kuvatulla tavalla ja ulkoinen tulen-lähde poistettiin, sammui liekki välittömästi.

Toinen silmiinpistävä ominaisuus keksinnön mukaisesti valmistetusta valumassasta valmistetussa tuotteessa oli sen 35 elastisuus, mikä ei näyttänyt vaikuttavan haitallisesti sen vetolujuuteen. Tuotteilla, joilla on suuri elastinen muovautuvuus ilman murtumisvaaraa, on käyttöä moneen sellai- 9 83629 seen tarkoitukseen, joissa aiemmin on kaivattu halpaa materiaalia.

Tärkein ominaisuus tuotteessa, jota tässä tarkoitetaan, on 5 kuitenkin sen halpuus. Se koostuu olennaisessa määrin materiaalista, jota on aiemmin pidetty ei ainoastaan hyödyttömänä, vaan jopa vahingollisena, ja valitettavasti hyödyllisiin tarkoituksiin kelpaamattomana. Tällöin täytyy olettaa olevan hyvin tärkeää löytää hyödyllinen käyttö näille materiaaleille) le. Eräs sellainen käyttömahdolisuus on syntynyt esillä olevan keksinnön avulla. Tämän lisäksi tulee se, että lopputuotteella on arvokkaita ominaisuuksia ilman, että se siitä syystä tulisi kalliimmaksi. Pikemminkin se voidaan valmistaa halvemmalla tavalla.

15

Niissä kokeissa, joihin esillä olevan keksinnön edullinen suoritusmuoto perustuu, on edelleen osoittautunut, että käytetyn selluloosamateriaalin happamuusasteella (pH) on ratkaiseva merkitys. Liian alhaisella pH-arvolla ei saada 20 edellä selostettuja edullisia ominaisuuksia valumassasta valmistettuun tuotteeseen ja liian korkealla pH-arvolla tapahtuu kovettuminen niin nopeasti, että toisaalta valmis-tustapahtuman ohjaamiseen ei ole käytettävissä vaadittavaa aikaa, toisaalta valmistetusta, muotoillusta kappaleesta 25 tulee hauras ja särkyvä. Jos sen vuoksi pH-arvo valitsemalla aikaansaataisiin se, että näennäisesti kovettuminen tapahtuisi hitaammin kuin olisi toivottavaa rationaalisen valmistuksen kannalta, ei tämä kuitenkaan johda ylipääsemättömiin vaikeuksiin. Täytyy vain lisätä kovettajaan katalyyttiä ja 30 sellaisena käytetään edullisesti jotain sopivaa fosforiyh-distettä, esim. ammoniumfosfaattia.

Kovettaminen voi sitäpaitsi valmistuksen aikana selluloosa-materiaalia happamissa olosuhteissa lisättäessä tapahtua 35 massan läpi johdetulla sähköisellä vaihtovirralla, jolloin saadaan hyvin tehokas väline kovettumisnopeuden säätelyyn.

10 83 629

Sen vuoksi on tehty laajoja kokeita happamen selluloosan pH:n raja-arvojen selville saamiseksi. Nämä kokeet ovat osoittaneet, että pH-arvon täytyy olla välillä 2-6. Jos pH-arvo on alle 2 tai yli 6, ei saada täysiarvoista tuotet-5 ta. Tavallisesti se ei edes olisi käyttökelpoinen.

Sekoitettaessa joukkoon selluloosamateriaalia sulfaattimas-sateollisuudesta saatavien nollakuitujen muodossa, saadaan välittömästi hyviä tuloksia. Jos sitävastoin nollakuidut 10 otetaan sulfiittimassateollisuudesta, voi syntyä tietty vaikeus. Sulfiittimassateollisuudesta saatava nollakuituma-teriaali on nimittäin tavallisesti niin hapanta, kun se poistuu viiralta, että se tässä tilassa pysyy pH-arvon annettujen rajojen sisällä, mutta materiaali esiintyy vain 15 harvoin tässä tilassa. Mainitun vaikeuden syy on, että nollakuitumateriaalia tähän asti on pidetty vahingollisena tuotteena, ja se on sen vuoksi huuhdottu pois olemassa olevan jäteviemärin kautta läheiseen vesistöön yhdessä viiralta tulevan jäteveden (lipeäveden) kanssa, mutta tämä 20 on johtanut vesistön ja jopa tietyissä tapauksissa pohjaveden happamoitumiseen. Sitä on siksi pidetty ympäristölle vahingollisena ja on annettu määräyksiä, joissa on vaadittu nollakuitumateriaalin neutraloimista, esim. lisäämällä kalkkia (CaO), erillisissä välisäilytysaltaissa. Tällä 25 toimenpiteellä on kuitenkin selluloosateollisuudesta ja varsinkin sulfiittiselluloosateollisuudesta kaupallisesti saatavilla oleva nollakuitumateriaali pH-arvonsa suhteen saatettu niiden rajojen ulkopuolelle, joitten sisällä esillä olevan keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan täytyy 30 pysyä.

Tämä puute täytyy sen vuoksi poistaa, ennenkuin tässä kysymyksessä olevaan valumassaan lisätään nollakuitumateriaalia. Käytännössä tämä tapahtuu siten, että nollakuitumateriaali 35 tehdään happameksi ennen sen lisäämistä vesilasiin. Tämä voi tapahtua lisäämällä valittuja määriä happoa ja käytännössä tulee tällöin ensi sijassa kysymykseen rikkihappo.

11 83629

Sulfiittimassateollisuudesta saatava nollakuitumateriaali on osoittautunut edullisimmaksi, mutta on jopa voitu käyttää sulfaattimassateollisuuden nollakuituselluloosaa. On kuitenkin osoittautunut, että viimeksimainitun nollakuidun happa-5 muus on usein liian korkea, koska se on peräisin vahvasta rikkihaposta (H2SO4). Tiettyihin tarkoituksiin voitaisiin kuitenkin käyttää sitä, ei kuitenkaan sellaisenaan, jos se on otettu suoraan viiralta, missä tapauksessa se täytyy neutraloida.

10

Lisätyn selluloosamateriaalin laatu ei ole merkitykseltään ratkaiseva. Syy siihen, että edellä varsin perusteellisesti on viivytty selluloosateollisuudesta, varsinkin sulfaatti-ja sulfiittimassateollisuudesta, saatavassa nollakuitumate-15 riaalissa on ainoastaan siinä, että toisaalta tämä materiaali on hyvin halpaa, toisaalta sitä on aiemmin pidetty vahingollisena sivutuotteena, ja että senvuoksi sen hyötykäyttö on ollut arvokasta vähentäessään muutoin esiintyviä ympäristövahinko j a.

20

Toinen ympäristön kannalta vähän toivottava jätemateriaali on kuitenkin puun kuori, vaikkakin puunkuoresta johtuvat ympäristöhaitat ovat merkitykseltään jokseenkin vähäisiä, koska puun kuori hitaasti, mutta luonnollisella tavalla 25 lahoaa ja muuttuu metsähumukseksi. Kuitenkin myös kuori on materiaali, jolle mieluummin halutaan löytää hyödyllistä käyttöä, ja sen vuoksi on myös tehty tutkimuksia hienoksijauhetulla kuorijauheella. Kuorijauhe sisältää silloin, kun se tulee havumetsästä, parkkihappoa määriä, jotka sovel-30 tuvat käytettäväksi esillä olevassa keksinnössä. Tavallisesti ei sen vuoksi tarvitse pH-arvoa säätää.

Edellä on mainittu, että lisätyn selluloosamateriaalin määrä voi vaihdella jokseenkin laajoissa rajoissa ja tällaisiksi 35 rajoiksi annettiin silloin 5-75 %, molemmissa tapauksissa koko seokseen kuuluvan massan kuivapainosta laskettuna.

Tämä selluloosapitoisuuden vaihtelu johtaa suuriin vaihteluihin valmistetun materiaalin ominaisuuksissa. Alhaisella 12 83629 selluloosapitoisuudella pienenee materiaalista valmistettujen esineiden lujuus, päinvastoin kuin saattaisi olettaa, mutta samanaikaisesti saadaan hyvin kevyt tuote, jolla on erittäin hyvät elastiset palautuvat muodonmuutosominaisuu-5 det. Lujuus kasvaa asteittain vesilasipohjäisen lähtömateri-aalipitoisuuden kasvaessa, mutta elastisesti palautuva muodonmuutoskyky vähenee samanaikaisesti, tosin vain hitaasti. Vielä korkeimmalla ehdotetulla 75 paino-%:n selluloosa-materiaalipitoisuudella on tämä elastinen palautumiskyky 10 yhä silmiinpistävän voimakas. Sitävastoin tulee tuotteesta tietenkin raskaampi, mitä suurempi määrä vesilasiperusteista lähtömateriaalia sisältyy tuotteeseen ja mitä pienempi selluloosamateriaalin määrä tuotteessa on.

15 Keksinnön mukaisesti valmistetusta valumassasta valmistettujen tuotteiden edullisista ominaisuuksista johtuen niitä voidaan edullisesti käyttää monien erilaisten esineiden valmistukseen. Sellaisista on jo edellä mainittu lämpöakku, jolloin edellytettiin, että massaan lisätään raskasta metal-20 lia, kuten lyijyä tai kuparia. Sekä lyijy että kupari ovat jokseenkin kalliita, ja jos halutaan saada halvempi lämpöakku, joskin hieman vähemmän tehokas, voidaan näiden materiaalien sijasta käyttää jotain muuta materiaalia siitä ryhmästä, jota on tapana nimittää "ruskomateriaaleiksi", ja joihin 25 kuuluvat useat luonnonmateriaalit, kuten vuolukivi, maasälpä, serpentiini, oliviini jne.

Keksinnön mukaisesti valmistettu valumassa sopii sitäpaitsi varsinkin levymäisten rakennusmateriaalien valmistukseen 30 käytettäväksi sellaisissa tapauksissa, joissa aiemmin on käytetty kipsilevyjä, koksikuonalevyjä tai vastaavia. Keksinnön mukaisesti valmistetun valumassan käyttö ei tietenkään rajoitu näihin käyttöalueisiin.

35 Riippumatta siitä, onko lisätty selluloosamateriaalia, samoin kuin jos selluloosamateriaalia on lisätty, siitä riippumatta onko se tapahtunut emäksisissä vai happamissa olosuhteissa, on myös tehty kokeita lisäämällä eri polyme- i3 83629 raatiotuotteita. Tällöin on osoittautunut, että edellä mainitut edut saadaan käytännöllisesti kätösen siitä riippumatta, mitä polymeraattia käytetään täytemateriaalina tarkoituksena saada lopputuotteeseen erityisominaisuuksia.

5 Näissä kokeissa on kuitenkin voitu havaita eräs erikoisuus, jolle ei ole kyetty löytämään luotettavaa selitystä. Jos keksinnössä käytettävään vesilasiseokseen lisätään määrättyjä määriä kahta keskenään erilaista polymeraattia, esim. fenolimuovia ja akryylimuovia tai epoksimuovia ja akryyli-10 muovia, saadaan lopputuote, jossa yhdistyneenä on ei ainoastaan molempien lähtöpolymeraattien laadulliset ominaisuudet, vaan ne ilmenevät määrällisesti vahvistuneessa muodossa.

Esimerkkinä voidaan mainita, että vesilasiseosta voidaan 15 käyttää parantamaan niitä ominaisuuksia, joita on toisaalta akryylimuoveilla, toisaalta epoksimuoveilla, mutta jos lisätään sekä akryylimuovia että epoksimuovia, silloin saadaan valmiin tuotteen lujuudeksi sellainen, joka huomattavasti ylittää sellaisen tuotteen lujuuden, johon on lisät-20 ty vain toista mainituista muoveista. Tätä ei ole pystytty selittämään, mutta on syytä olettaa, että ilmiö voi johtua jonkinlaisista molempien muovien välisistä ristiliitoksista, johon vaikuttavat joko vesilasi tai mikä on luultavampaa, aktivoitu pii, jossa juuri on piilevää energiaa niin, että 25 se voi vaikuttaa aktivoijana/katalysaattorina. Mahdollisesti ottaa myös mukanaoleva kvartsi osaa tähän oletettavasti katalyyttisesti aikaansaatuun reaktioon. Viimemainittu on kuitenkin epävarmaa.

30 Kokeita on sen vuoksi tehty tällaisen kahden valitun polyme-raatin suhteen, ja kummankin polymeraatin täsmällisten ja tarkkojen ominaisuuksien perusteella sinänsä katsottiin, että luotettavin tulos pitäisi saada, jos kokeet tehtiin sillä perusteella, että vesilasiseokseen lisättiin akryyli-35 muovia yhdessä epoksimuovin kanssa. Tällöin saatiin lujuus-arvoja, jotka tosin olivat hieman epämääräisiä, mutta jotka keskimäärin olivat noin 40 % korkeampia kuin ne arvot, jotka voitiin saada, kun vesilasiseoksiin lisättiin ainoastaan 14 83629 toista kahdesta muovista. Sen seikan, että lujuusarvot olivat hieman epämääräisiä, katsottiin johtuvat siitä, että kokeisiin ryhdyttäessä ei muoveista ollut valmistettu kauttaaltaan yhdenmuotoisia ja -kokoisia hiukkasia, mutta tämän 5 epävarmuustekijän katsottiin vastaavan käytännössä esiintyviä olosuhteita.

Ilmiö oli erittäin voimakkaasti havaittavissa alueella, jossa akryylimuovia oli 10-30 paino-% ja epoksimuovia samoin 10 10-30 palno-%, jolloin nämä prosenttiluvut molemmissa ta pauksissa laskettiin kokonaismassan kuivapainosta. Mainittavaa eroa ei voitu havaita, jos esim. toista muovia lisättiin 10 paino-% ja toista muovia 30 paino-% tai päinvastoin. Sensijaan saatettiin havaita, että suurin purlstuslujuus 15 saatiin, kun muoveja lisättiin 15-25 paino-% vesilasin aktivoidun piin ja mahdollisen kvartsin kokonaiskuivapainos-ta.

Osoittautui, että iskulujuus, purlstuslujuus ja vetolujuus 20 kaikki kasvoivat edellä mainitulla odottamattomalla tavalla, mutta että vetolujuus kasvoi vähemmän voimakkaasti kuin molemmat muut lujuudet. Mitään yhtenäistä vastausta ei voitu saada siihen kysymykseen, miksi kaikki kolme lujuutta kas-voivat keskenään eri määriä.

25

Keskiarvoksi kolmen edellä mainitun lujuuden kasvulle laskettiin noin 30 % enemmän kuin se lujuuden kasvu, joka saatiin, kun vesilasin, aktivoidun piin ja mahdollisen kvartsin seokseen lisättiin vain ensimmäistä tai toista 30 kahdesta polymeraatista. Tämä keskiarvo oli siten hieman alempi kuin edellä mainittu arvo noin 40 %.

Seuraavassa annetaan joitakin esimerkkejä keksinnön sovelluksista. Kaikkia näitä on kokeiltu ja huomattu niiden hyvin 35 laajalti täyttävän toiveet edellä esitetyistä hyvistä puolista.

is 83629

Esimerkki 1 Tämä esimerkki koski seoksen käyttöä sideaineena rakennusteollisuudessa, tarkemmin sanoen itse paikalla siinä tilanteessa, jolloin tarvittiin eri materiaalien välistä liitos-5 ta. Seoksella oli seuraava kokoonpano:

Natriumvesilasia, kuivapaino 295 osaa

Kvartsijauhoa, kuivapaino 291 osaa

Aktivoitua piitä, joka sisältyy kor-10 keassa lämpötilassa muodostuneeseen lentotuhkaan, kuivapaino 25 osaa

Kovetusainetta (natriumheksafluoridia) 36 osaa

Seoksella saatiin poikkeuksellisen hyvä kiinnittymiskyky 15 myös sellaiseen materiaaliin, johon vesilasi yksin tai muut tunnetut vesilasiseokset, joihin on lisätty kvartsia, eivät ollenkaan kiinnittyneet. Kovettamisaineen lisäyksen jälkeen jähmettyi seos vajaassa kymmenessä minuutissa. Vertailevassa kokeessa samantapaisella seoksella ilman aktivoitua piitä, 20 mutta samalla kovettamisainemäärällä vei jähmettyminen vähintään useita tunteja ja tietyissä tapauksissa yhden tai useampia päiviä.

Esimerkki 2 25 Tämä esimerkki koski samoin sideaineena käytettävää seosta, tällä kertaa kuitenkin rakennustarkoituksiin olevan lamelli-levyn lamellien välissä. Myös tässä tehtiin vertailukoe ilman aktivoitua piitä ja osoittautui, että aktivoitua piitä sisältävällä seoksella saatiin sidos, joka oli noin 30 % 30 pitävämpi kuin se, joka saatiin samalla seoksella ilman aktivoitua piitä. Seoksella oli seuraava kokoonpano:

Natriumvesilasia, kuivapaino 270 osaa

Aktivoitua piitä, joka sisältyy kor-35 keassa lämpötilassa muodostuneeseen lentotuhkaan, kuivapaino 11 osaa

Kovetusainetta, samanlaista kuin esim. 1 18 osaa

Kokeissa osoittautui mm., että sideaine kiinnittyi hyvin 40 ikkunalasiin, johon materiaaliin perinteiset vesilasiperus-taiset sideaineet ylipäänsä eivät kiinnity tai jos lasi on 16 83629 mattapintainen, kiinnittyvät kylläkin, mutta eivät pysyvästi. Sama päti kiiltäville metallipinnoille.

Esimerkki 3 5 Tämän materiaalin tarkoituksena oli lattiapäällystemateriaa-lin luominen käytettäväksi mm. teollisuustiloissa, joissa raskaat ajoneuvot kulkevat. Tarkoituksena oli aikaansaada kestävä, äänenvaimentava päällys. Seoksella oli seuraava kokoonpano: 10

Natriumvesilasia 270 osaa

Kvartsij auhoa 300 osaa

Aktivoitua piitä, joka sisältyy korkeassa lämpötilassa muodostuneeseen 15 lentotuhkaan 24 osaa

Kovetusainetta (samaa kuin esim. 1) 18 osaa

Sama seos valmistettiin myös jättäen kvartsijauho pois. Molempia seoksia verrattiin aivan samoissa olosuhteissa.

20 Molemmat jähmettyivät 8-12 min:ssa kovettamisaineenlisäyksen jälkeen. Jäteöljy tai rasvat eivät kiinnittyneet päällystetyn lattian pinnalle, mikä osoittautui tämän lattiapäällys-teen kenties tärkeimmäksi eduksi, koska sitä käytetään teollisuustiloissa. Molempiin koelattiapäällysteisiin koh-25 distettiin koepenkissä keinotekoinen rasitus vaihtelevin iskuin ja tärytyksin, joiden laskettiin vastaavan voimakkuudeltaan noin viiden vuoden normaalia rasitusta. Kvartsi-jauhoa sisältävän lattiapäällysteen pinnat pysyivät ehjinä. Sen lattiapäällysteen pinnassa, joka ei sisältänyt kvartsi-30 jauhoa, esiintyi noin 4-5 vuotta vastaavan ajan kuluttua pienehköjä murtumia, mutta nämä eivät olleet syviä. Kvartsi-jauhon kanssa valmistettu lattiapäällys pysyi samanaikaisesti yhä ehjänä.

35 Esimerkki 4

Seosta käytettiin tässä tapauksessa hyväksi lämpöä varastoivien kappaleiden valmistamiseen höyrygeneraattoreihin. Seoksen koostumus oli seuraava: 40 17 83629

Natriumvesilasia 250 osaa

Kuparirakeita 750 osaa

Vahvistusainetta (teräsvillaa) 40 osaa

Aktivoitua piitä, joka sisältyy kor-5 keassa lämpötilassa muodostuneeseen lentotuhkaan 50 osaa

Kovetusainetta (samaa kuin esim.l. 54 osaa Höyrygeneraattorissa kuumennettiin kuumentimet 400°C:een 10 ja jäähdytettiin sen jälkeen suihkuttamalla niin, että niiden lämpötila laski sekunnissa 85°C:een. Aiemmin samaan tarkoitukseen oli käytetty koostumukseltaan samanlaisia kuumentimia kuitenkin ilman aktivoitua piitä. Aktivoitua piitä sisältävien kuumentimien elinikä osoittautui olevan 15 keskimäärin kahdeksan kertaa niin pitkä kuin aktivoitua piitä sisältämättömien kuumentimien. Aktivoitua piitä sisältämättömät kuumentimet rikkoutuivat lyhyessä ajassa kappaleiksi tai pienempiin paloihin, joita osittain voitiin pitää j auheena.

Claims (10)

1. Menetelmä sellaisen valumassan valmistamiseksi, joka sisältää vesilasia, suositeltavlmmin natriumvesilasia, ja mahdollisesti myös hienojakoista kvartsia (SiC^), tunnettu 5 siitä, että ennen vesilasin kovettumista siihen lisätään aktivoitua piitä määrä, joka on 3-5 paino-% valumassaan sisältyvien aineiden yhteisestä kuivapainosta laskettuna, sekä kovettamisainetta.

2. Förfaringssätt enligt patentkravet 1, kännetecknat av att man till gjutmassan tillsätter finfördelad cellulosa i 35 basisk miljö, företrädesvis ästadkommen medelst bikarbonat.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valumassaan lisätään hienojakoista selluloosaa emäksisissä olosuhteissa, jotka sopivimmin on aikaansaatu bikarbonaatilla.

3. Förfaringssätt enligt patentkravet 1, kännetecknat av att man till gjutmassan tillsätter finfördelad cellulosa i 20 8 3 6 2 9 sur miljö i en kvantitet, motsvarande mellan 5 och 75 vikt-% av torrvikten av hela gjutmassan, varvid cellulosan, vilken företrädesvls bestär av sä kailade nollflbrer frän massaindustrien, har ett värde pä sltt pH av mellan 2 och 5 6.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valumassaan lisätään hienojakoista selluloosaa happamissa olosuhteissa määrä, joka vastaa 5-75 paino-% koko valumassan kuivapainosta, jolloin selluloosan, joka sopivimmin on massateollisuuden nk. nollakuituja, pH-arvo 20 on 2-6.

4. Förfaringssätt enligt patentkravet 3, kännetecknat av att cellulosamaterlalet utgöres av barkmjöl, företrädesvls frän barrskog, med innehäll av garvsyra. 10

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että selluloosamateriaali on kuorijauhoa, sopivimmin havumetsästä, sisältäen parkkihappoa. 25

5. Förfaringssätt enligt patentkravet 3 eller 4, kännetecknat av att dels en komposition av vattenglas och aktive-rad kisel, eventuellt med innehäll av kvarts, beredes, dels cellulosamaterlalet beredes med önskat pH-värde, och däref- 15 ter de bäda preparaten sammanföres.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisaalta valmistetaan seos vesilasista ja aktivoidusta piistä, mahdollisesti yhdessä kvartsin kanssa ja toisaalta valmistetaan halutun pH-arvon omaava sellu- 30 loosamateriaali, minkä jälkeen molemmat valmisteet yhdistetään.

6. Förfaringssätt enligt nägot av föregäende patentkrav, kännetecknat av att man till gjutmassan tillsätter i för-delad form plastemulsioner i icke härdad eller ofullständigt 20 härdad form, varvid härdningen av plasten resp. plasterna ästadkommes samtidigt med gjutmassans härdning.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valumassaan lisätään jaetussa 35 muodossa muoviemulsioita kovettumattomassa tai osittain kovettuneessa tilassa, jolloin muovin tai muovien kovettuminen tapahtuu samanaikaisesti valumassan kovettumisen kanssa. 19 83629

7. Förfaringssätt enligt patentkravet 6, kännetecknat av att man tillsätter ätminstone tvä olika plaster i emul-25 sion, företrädesvls dels en akrylplast, dels en epoxiplast eller en fenolplast, vardera i en kvantitet av mellan 10 och 30 vikts-% beräknat pä hela massans torrvikt.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisätään ainakin kahta eri muovia emulsioina, sopivimmin osaksi akryylimuovia osaksi epoksimuovia tai fenolimuovia, kumpaakin 10-30 paino-% koko massan kuivapa!- 5 nosta laskettuna.

8. Förfaringssätt enligt nägot av patentkraven 1-5, känne-30 tecknat av att man till gjutmassan tillsätter tunga material, företrädesvls tunga metaller säsom bly, koppar eller legeringar i vilka bly och/eller koppar ingär, i granulerad form för användning av den av gjutmassan framställda produk-ten säsom värmeackumulator. 35

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valumassaan lisätään raskaita materiaaleja raemuodossa, sopivimmin raskaita metalleja, kuten lyijyä, 10 kuparia tai lejeerinkejä, joihin sisältyy lyijyä ja/tai kuparia, valumassasta valmistettujen tuotteiden käyttämiseksi lämpöakkuna.

9. Förfaringssätt enligt nägot av patentkraven 1-5, kännetecknat av att gjutmassan poroseras pä kemisk väg, företrä- 2i 83629 desvis genom att man till densamma före dess härdnande tillsätter en tensid under lufttillförsel.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tun-15 nettu siitä, että valumassa tehdään huokoiseksi kemiallisesti, sopivimmin lisäämällä siihen ennen sen kovettumista tensidiä samanaikaisesti ilmaa lisäten.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että valumassaan lisätään lämmössä paisuvaa muovia, sopivimmin polystyreeniä ja kuumennetaan valumassaa muovin tällöin vaahdottuessa. 25 1. Förfaringssätt för framställning av en gjutmassa, innehällande vattenglas, företrädesvis natriumvattenglas, och eventuellt även kvarts (Si02) i finfördelad form, känne-tecknat av att man före vattenglasets härdnande tili detsam-ma tillsätter aktiverad kisel i en kvantitet av mellan 3 30 och 5 vikt-%, beräknat pä den sammanlagda torrvikten av de i gjutmassan ingäende ämnena, samt härdningsmedel.

10. Förfaringssätt enligt patentkravet 9, kännetecknat av 5 att man till gjutmassan tillsätter en under värme expande-rande plast, företrädesvis polystyren, och uppvärmer gjutmassan under porosering av plasten.