Opis patentowy opublikowano: 88 09 30 144081 CZYTtthUA Urzedu Patentowego hlskiwi I7- ? ' * #v Int O.4 D21H5/18 Twórcy wynalazku* Henryk Gonera, Arkadiusz Szymanski, Tomasz Marcinkowski, Marian Chrzeszczyk, Jan Antosz Uprawniony z patentu: Instytut Celulozowo-Ikpierniczy, Lódz; Instytut Materialów Ogniotrwalych, GLiwice (Rolska) SPOSÓB WYTWARZANIA PAPIEROPODOBNYCH MATERIALÓW ODPORNYCH NA WYSOKIE TEMPERATURY Frzedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania papieropodobnyeh materialów odpornych na wysokie temperatury, metoda papiernicza, z wodnych zawiesin zawierajacych wlókna mineralne* Wlókna mineralne maja wiele zalet, takich jak dobre wlasnosci dielektryczne, niepalnosc i odpornosc na wysokie temperatury* Jednak formowanie z tych wlókien elastycznej wstegi metoda papiernicza napotyka na znaczne trudnosci ze wzgledu na ich kruchosc i niezdolnosc do tworzenia wiazan typu mostków wodorowych, jak to ma miejsce w przypadku wlókien roslinnych. Wodna zawiesina wlókien mineral¬ nych charakteryzuje sie tak wysoka odwadnialnoscia, ze praktycznie wykazuje brak oporu filtracji, co w wysokim stopniu utrudnia formowanie wstegi na sicie maszyny papierniczej* Uzyskana wstega ma luzna strukture warstwowa, w której wlókna, jak i poszczególne ich warstwy, powiazane sa tylko silami napiecia powierzchniowego, a wiec po wysuszeniu nie posiada jakiejkolwiek wytrzymalosci* Znane jest dodawanie do zawiesiny wlókien mineralnych silnie zmielonych wlókien celu¬ lozowych, które nie tylko poprawiaja warunki formowania wstegi, ale równiez spelniaja role srodka wiazacego* Dodatkowy wzrost wytrzymalosci mozna tez osiagnac np* w wyniku dodatku zywic melamino¬ we-formaldehydowyeh lub poliestrowych, kauczuku syntetycznego czy gum roslinnych* Stosowanie organicznych srodków wiazacych daje produkt o dobrych wlasnosciach wytrzy¬ malosciowych, ale nieodporny na wysokie temperatury, przez co nie moga byc w pelni wykorzystane wlasnosci wlókien mineralnych* Znane sa doniesienia o korzystnych skutkach stosowania np* jako dodatku, do wlókien szklanych lub ceramicznych, wlókien azbestowych lub mikif a równiez o stosowaniu takich nie¬ organicznych srodków wiazacych wlókna mineralne, jak krzemiany metali ziem alkalicznych czy fosforany glinowe*2 144 081 Ze swiad* autorskiego ZSRR nr 870 556 znane Jest stosowanie zelu kwasu krzemowego, Jako srodka do wiazania mieszaniny wlókien bazaltowych i azbestowych, w procesie formowania wstegi materialu odpornego na wysokie temperatury* Zel otrzymuje sie w tym przypadku w wyniku reakcji kwasu ortofosforowego ze szklem wodnym. Zawiera on krzemionke i fosforan sodowy.Zadaniem wynalazku bylo opracowanie sposobu wytwarzania metoda papiernicza i na urza¬ dzeniach papierniczych, z wlókien mineralnych, materialu o bardzo dobrej odpornosci na wysoka temperature i wystarczajacej wytrzymalosci mechanicznej* Stwierdzono, ze jako srodek do wiazania wlókien mineralnych mozna zastosowac zel kwasu krzemowego, jednak sposób stracania powstalej krzemionki, nie jest obojetny, gdyz w zaleznosci od doboru srodka stracajacego uzyskuje sie rózny sklad chemiczny powstalego zelu, a co za tym idzie, odmienne wlasnosci wiazania.Jako wlókna mineralne wytypowano wlókna ceramiczne. Sa to wlókna o zawartosci tlenków litowców nie przekraczajacej 2% i o srednicy ponizej 8 yum* Odznaczaja sie szczególnie duza wytrzymaloscia na wysokie temperatury* Istota wynalazku polega na zastosowaniu jako srodka wiazacego (spoiwa) wlókna produktów reakcji fluorokrzemianu sodowego z roztworem szkla wodnego* Wydzielajacy sie w wyniku tej reakcji kwas ortokrzemowy przy pH 5.5-7 ulega reakcji kondensacji, która prowadzi do zestalenia roztworu w postaci galarety* Galareta ta daje sie latwo zdyspergowac i wymieszac z zawiesina wodna wlókien mineralnych* Dzieki zawartosci jonów fluorkowych mogacych wchodzic w reakcje ze skladnikami wlókien, np* i 2F" + Ca2+ • CaF2 \ spoiwo takie wykazuje wysoka adhezje do tych wlókien zmniejszajac przez to znacznie odwadnial- nosc ich wodnej zawiesiny, a po ufornorwaniu pilsni stanowi dla nich lepiszcze* Suszenie zelu, które nastepuje w procesie fomorwania wstegi, sprzyja dalszej kondensacji kwasów krzemowych, czego efektem jest lepsze zwiazanie wstegi* W sposobie wedlug wynalazku, material odporny na wysokie temperatury formuje sie metoda papiernicza, z wodnej zawiesiny zawierajacej wlókna ceramiczne i zel kwasu krzemowego, otrzy¬ many w wyniku reakcji fluorokrzemianu sodowego z roztworem szkla wodnego* Stosunek wagowy wlókien ceramicznych do kwasu krzemowego wynosi co najmniej 1:9« Oba te skladniki stanowia co najmniej 80% wagowych czesci stalych zawiesiny* Reszte stanowic moga wlókna organiczne lub organiczne srodki wiazace* Uformowana wstega ma wytrzymalosc dostateczna do ostroznego manipulowania nia* Jezeli zachodzi potrzeba, mozna uzyskac dodatkowy wzrost wytrzymalosci, nasycajac wstege lepiszczami znanymi w produkcji materialów izolacyjnych, takimi jak emulsje polichlorku winylu, emulsje silikonowe lub karboksymetyloceluloza* Nasyceniu mozna poddawac wstege w stanie wilgotnym, w trakcie suszenia lub po calkowitym wysuszeniu* Uformowany papieropodobny produkt wykazuje bardzo dobra odpornosc na wysoka tempera¬ ture* W wyniku podgrzania powyzej 600-1000 K ubytek jego masy nie przekracza 20% i zachowuje swoja pierwotna porowata strukture* Brodukty te w postaci wsteg, arkuszy lub plyt, moga znalezc szerokie zastosowanie jako materialy do izolacji termicznej, elektrycznej, akustycznej, a takze jako przegrody filtracyjne odporne na dzialanie wysokiej temperatury* Sposób wytwarzania papieropodobnej wstegi odpornej na wysokie temperatury ilustruje ponizszy przyklad* Przyklad* Spoiwo otrzymano w wyniku reakcji roztworu szkla wodnego i fluorokrze¬ mianu sodowego przez zmieszanie ich w takim stosunku, aby pH mieszaniny reagentów osiagnelo wartosc 5-7, a stezenie powstajacego w wyniku tej reakcji kwasu krzemowego wynosilo 1%, w przeliczeniu na Si02* R okolo 30 minutach nastapilo zgalaretowanie roztworu: 4,2 kg wlókien glinkokrzemianowych zdyspergowano w mieszalniku wyposazonym w mieszadlo smiglowe w 700 1 wody, do której dodano uprzednio 0,42 kg kwasu krzemowego w postaci galarety przygotowanej opisanym wyzej sposobem* Z zawiesiny tej uformowano wstege na laboratoryjnej maszynie papierniczej* ft wysuszeniu wstege poddano powierzchniowemu zaklejeniu 2,596 roztworem karboksymetylocelulozy*144 081 3 Roztwór nanoszono na obydwie powierzchnie wstegi za pomoca walkówi Wytworzona wstega posiadala nastepujace wlasnosci: gramatura - 250 g/m , grubosc - 0,75 mm, gestosc pozorna - 0,33 kg/dm , obciazenie zrywajace - kierunek podlujny/kierunek poprzeczny: - wstegi niezaklejonej - 0,7/0,5 N/15 mm, - po zaklejeniu - 15f6/l3t7 N/15 mm,-po wyprazeniu w temperaturze 1200 K - 0,5/0,3 N/15 nim, straty prazenia w temperaturze 900 K - wstegi niezaklejonej - 3%,-wstegi zaklejonej - Q%m PLThe patent description was published: 88 09 30 144081 READTHUA of the Hlskiwi Patent Office I7-? '* #v Int O.4 D21H5 / 18 Creators of the invention * Henryk Gonera, Arkadiusz Szymanski, Tomasz Marcinkowski, Marian Chrzeszczyk, Jan Antosz Authorized by the patent: Pulp and Paper Institute, Lódz; Institute of Refractory Materials, GLiwice (Rolska) METHOD OF MAKING PAPER-LIKE MATERIALS RESISTANT TO HIGH TEMPERATURES The subject of the invention is a method of producing paper-like materials resistant to high temperatures, the paper method, from aqueous suspensions containing mineral fibers, such as mineral fibers, good fiber * non-flammability and high temperature resistance * However, the papermaking method has significant difficulties in forming flexible webs from these fibers due to their brittleness and the inability to form hydrogen bonds, as is the case with vegetable fibers. The aqueous suspension of mineral fibers is characterized by such high dewaterability that it practically lacks filtration resistance, which makes it difficult to form the web on the paper machine wire. * The obtained web has a loose layered structure in which the fibers and their individual layers are bound together only surface tension forces, so after drying it does not have any strength * It is known to add finely ground cellulose fibers to the slurry of mineral fibers, which not only improve the forming conditions but also act as a binder * Additional increase in strength can also be achieved e.g. * as a result of the addition of melamine-formaldehyde or polyester resins, synthetic rubber or vegetable gums * The use of organic binders gives a product with good strength properties, but not resistant to high temperatures, so the properties of mineral fibers cannot be fully utilized * Know There are reports of beneficial effects of using, for example, as an additive, to glass or ceramic fibers, asbestos or microfibers, as well as the use of such inorganic binders for mineral fibers as alkaline earth metal silicates or aluminum phosphates * 2 144 081 USSR copyright 870 556 is known to use silicic acid gel as a means for binding a mixture of basalt and asbestos fibers in the process of forming a web of material resistant to high temperatures. In this case, the gel is obtained by reacting orthophosphoric acid with water glass. It contains silica and sodium phosphate. The task of the invention was to develop a method of production by means of paper and paper equipment, from mineral fibers, a material with very good heat resistance and sufficient mechanical strength * It was found that it can be used as a means for binding mineral fibers. Silicic acid gel, however, the method of losing the formed silica is not inert, because depending on the choice of the losing agent, a different chemical composition of the resulting gel is obtained, and thus different binding properties. Ceramic fibers were selected as mineral fibers. They are fibers with a content of alkali metal oxides not exceeding 2% and with a diameter of less than 8 yum * They have a particularly high resistance to high temperatures * The essence of the invention consists in the use of fibers of the reaction products of sodium fluorosilicate with a water glass solution as a binding agent (binder) * As a result of this reaction, orthosilicic acid undergoes a condensation reaction at pH 5.5-7, which leads to solidification of the solution in the form of jelly * This jelly can be easily dispersed and mixed with an aqueous suspension of mineral fibers * Due to the content of fluoride ions that can react with fiber components, e.g. * and 2F "+ Ca2 + • CaF2 \ such a binder shows high adhesion to these fibers, thus significantly reducing the dewaterability of their aqueous suspension, and after plowing with pilsni, it is a binder for them * Drying of the gel, which takes place in the process of forming the ribbon, promotes further condensation silicic acids, which results in better band binding * In the method according to the invention, the heat-resistant material is formed by the papermaking method, from an aqueous slurry containing ceramic fibers and a silicic acid gel obtained by reacting sodium fluorosilicate with a water glass solution. The weight ratio of ceramic fibers to silicic acid is at least 1 : 9 «Both of these components make up at least 80% by weight of the solids in the suspension * The rest may be organic fibers or organic binders * The formed ribbon has sufficient strength to handle it carefully * If necessary, additional strength can be obtained by impregnating the ribbons with known binders in the production of insulation materials, such as polyvinyl chloride emulsions, silicone emulsions or carboxymethylcellulose * Saturation can be applied wet, during drying or after complete drying * The formed paper-like product shows very good resistance to high temperatures * As a result of heat over 600-1000 K, its weight loss does not exceed 20% and retains its original porous structure * These inlays in the form of ribbons, sheets or plates, can be widely used as thermal, electrical and acoustic insulation materials, as well as filtering resistant barriers to high temperature * The method of producing a paper-like web resistant to high temperatures is illustrated by the following example * Example * A binder was obtained by reacting a solution of water glass and sodium fluorosilicate by mixing them in such a ratio that the pH of the mixture of reagents reached a value of 5-7, and the concentration of the silicic acid formed as a result of this reaction was 1%, based on SiO2 * R, about 30 minutes, the solution was gelatinized: 4.2 kg of aluminosilicate fibers were dispersed in 700 l of water in a mixer equipped with a propeller stirrer, to which 0.42 was previously added kg of silicic acid in the form of jelly prepared as described above * Z this suspension was formed into a ribbon on a laboratory paper machine * ft, dried, the ribbon was subjected to surface sizing with 2,596 carboxymethylcellulose solution * 144 081 3 The solution was applied to both surfaces of the ribbon by means of rollers and the produced ribbon had the following properties: weight - 250 g / m, thickness - 0.75 mm , apparent density - 0.33 kg / dm, breaking load - oblique direction / transverse direction: - unsticked band - 0.7 / 0.5 N / 15 mm, - after gluing - 15f6 / l3t7 N / 15 mm, -after roasting at the temperature of 1200 K - 0.5 / 0.3 N / 15 m, ignition loss at the temperature of 900 K - unsticked web - 3%, - glued web - Q% m PL