WO1999051544A2 - Poröser, formstabiler formkörper - Google Patents

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WO1999051544A2
WO1999051544A2 PCT/EP1999/002327 EP9902327W WO9951544A2 WO 1999051544 A2 WO1999051544 A2 WO 1999051544A2 EP 9902327 W EP9902327 W EP 9902327W WO 9951544 A2 WO9951544 A2 WO 9951544A2
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shaped body
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solid particles
glass
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Walter Herding
Urs Herding
Johann Weitl
Hans Joachim Burger
Original Assignee
Herding Gmbh Filtertechnik
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C04B28/26—Silicates of the alkali metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/02—Selection of the hardening environment

Definitions

  • the invention relates to a porous, dimensionally stable molded body which is constructed as the main components
  • Shaped bodies of this type have become known with a large variety of solid particles and a large variety of binders.
  • the invention has for its object to make a shaped body available that is characterized by outstanding ease of manufacture.
  • the shaped body according to the invention is characterized in that a water glass-based binder is provided which is hardened by contacting the raw shaped body with an alcohol-based hardening liquid.
  • the solid particles are held together by a binder based on water glass, which has been hardened in a fundamentally new way, namely by contacting the raw shaped body (ie not yet hardened shaped body) with the alcohol-based hardening liquid.
  • a binder based on water glass which has been hardened in a fundamentally new way, namely by contacting the raw shaped body (ie not yet hardened shaped body) with the alcohol-based hardening liquid.
  • Hardening liquid to a large extent from alcohol the concrete limits being preferably at least 30% alcohol, more preferably at least 40% alcohol, even more preferably at least 50% alcohol, even more preferably at least 70% alcohol, even more preferably approximately 100% alcohol ( as commercially available).
  • the structure of the raw molded body makes it technically simple to contact the water glass-based binder in the entire raw molded body with the hardening liquid as required. It has surprisingly been found that this contact leads to a spontaneous hardening of the binder which takes place in a very short time (essentially in just a few seconds). It is an immense advantage for production that the molded body can be brought from the raw, unhardened state into the hardened state without the use of a heating step and without the use of a longer hardening time.
  • the alcoholic hardening liquid used according to the invention enables the hardening process to take place very quickly, it is probably not a chemical reaction with the binder, rather a physical process seems to be present that is likely
  • Dehydration from the binder has an important effect.
  • solid particles are provided which have internal empty spaces.
  • Such particles have the particular advantage of a comparatively low weight, so that on the one hand material is saved and on the other hand the molded body is lighter and can therefore be handled better and possibly held in a supporting structure. Not all particles need to be void particles, although this is preferred in order to achieve the advantages most consistently.
  • Solid particles selected from the following group of materials are preferably provided:
  • Glass particles preferably foam glass particles
  • Clay particles preferably expanded clay particles.
  • Glass particles have the advantage of excellent chemical resistance and are often made from recycled glass.
  • Foam glass particles are available on the market and show a closed, in the first approximation spherical shell, which runs through some walls in the interior, but is otherwise largely hollow. Compared to solid glass particles, foam glass particles are specifically much lighter with a not significantly reduced strength.
  • Solid particles are preferably provided which for the most part have a size within the limits of 0.2-1 mm, preferably 0.3-0.7 mm.
  • the choice of particle size determines the pore size in the shaped body.
  • "For the most part” means "more than 50% of the volume or weight of the solid particles", preferably “more than 90%”.
  • a molded article with a very large porosity density between the solid particles solid particles of larger size can also be used.
  • particles in the size of 1.0 to 2.0 mm are preferred as favorable.
  • the binder is preferably soda water glass, potassium water glass, lithium water glass or a mixture of at least two of the water glasses mentioned.
  • a mixture of sodium water glass and potassium water glass is particularly common.
  • the fillers can increase the suppleness of the mass for the shaped body and thus improve the processability of this mass. In addition, the strength increases and the shrinkage during hardening from the raw molded article to the finished molded article is reduced.
  • the fibers mentioned are normally mixed into the binder and are disordered in the mass to be molded. This is the difference to the fiber fabrics mentioned above.
  • the shaped body or the mass from which the raw shaped body consists can also contain further components in a minor amount, preferably selected from the following group, either one component from a group or several components from a group or multiple components from multiple groups:
  • One or more fillers preferably talc or
  • Quartz flour one or more auxiliary substances or additives
  • Fibers to increase strength preferably glass fibers.
  • a fastening component preferably in the form of a fiber fabric
  • the fiber scrim can in particular on one Surface of the molded body can be provided, but also as an inner fiber fabric.
  • Fiber fabrics of conventional design can be used, in particular fabric mats.
  • the usual fibers come into consideration as materials, in particular glass fibers, but also carbon fibers. Mineral fibers and others.
  • the mass from which the crude shaped body is to be formed preferably has the following weight percent ranges, based on the total weight:
  • weight percent ranges apply particularly to molded bodies in which solid particles are provided with internal empty spaces.
  • the weight percent range of the solid particles tends to shift to higher values (still within or even partially upwards outside the range specified above) because the solid particles make up a higher proportion of the weight of the shaped body.
  • the weight percent range given relates to commercially available water glass, which usually has a solids content in the region of 50%, somewhat less, the rest
  • Fiber fabric to increase strength was not included.
  • Filter element for gases or liquids
  • Filter element for the flue gases of combustion plants
  • Base body with catalytic coating for catalytic exhaust gas detoxification systems eg those as known from the exhaust gas tract of motor vehicles
  • inorganic solid particles which is preferred
  • inorganic solid particles is a technical element which can also be used at elevated temperature. That is very special
  • a fluid treatment element eg filtering treatment, chemical treatment or implementation
  • a fluid treatment element for hot fluid flowing through.
  • solid particles made of glass or clay continuous operating temperatures of over 200 ° C, but also much higher continuous operating temperatures are not a problem at all.
  • filtration or catalytic treatment of combustion gases in the temperature range of 200 - 950 ° C including Use as a particle filter in the exhaust system of a diesel engine.
  • the shaped body according to the invention is a filter element, it preferably has a surface filtration layer with a smaller pore size on its inflow surface than in the filter element below the surface filtration layer in the ready-to-use state.
  • Filter elements with a surface filtration layer have the particular advantages that the filter element can be cleaned well by backflow and that the pores inside the filter element do not become clogged, which would increase the flow resistance of the filter element in the long run.
  • a surface filtration layer made from fibers, preferably glass fibers or mineral fibers, or from in particular inorganic solid particles is particularly preferred.
  • the invention further relates to a method for producing a porous, dimensionally stable molded body of the type disclosed in the present application, characterized in that
  • the type of hardening of the binder according to the invention allows the molded article to be removed from the mold after a short time, preferably after less than 60 s, most preferably after less than 30 s. It is expedient to remove excess hardening liquid from the shaped body either before removal from the mold or after removal from the mold, for example by draining, centrifuging, blowing, sucking, allowing to evaporate.
  • the shape in which the molded body is produced can have a very simple shape (e.g. cuboid for the manufacture of plate-like products), but also a more complicated shape.
  • the mold can preferably also contain mold cores, so that a molded body with at least one inner cavity is produced, which is closed to the outside or which has a connection to the outside. In most cases, it is advantageous to provide a single-split or a multiple-split shape. Depending on the consistency of the molding compound, it is possible to work with flowing into the mold, but also introducing it with subsequent application of a certain compression pressure, or also introducing and supporting the filling of the mold by vibration or the like.
  • Fluid treatment element is described:
  • 1 shows a top view of a first production mold
  • 2 shows a horizontal cross section of a fluid treatment element after removal from the first
  • Production form 3 shows a top view of a second production mold; 4 shows a top view of a third production mold; Fig. 5 shows a vertical cross section through a "lying", fourth form of manufacture;
  • FIG. 6 shows in section an enlarged detail of a fluid treatment element at point A in FIG. 5, produced in the fourth production mold; finally, a composition example is carried out.
  • the first production mold 2 shown in FIG. 1 has the shape of a relatively flat, internally hollow cuboid, which is closed on five sides and is open on the sixth side. From the open side there are three mandrels 4, which are spaced apart and each rectangular
  • FIG. 2 shows the fluid treatment element 6 produced in the first production mold according to FIG. 1 after removal from the
  • Production form 2 shown. It can in particular be used in such a way that the outer surface 8 represents the inflow surface of the fluid treatment element 6, while the clean gas or the clean liquid is drawn off from the chambers 10 upwards.
  • the second production mold 2 shown in FIG. 3 has a cylindrical mold cavity in which a cylindrical core 4 of smaller diameter is arranged.
  • a fluid treatment element can be produced in the production mold 2, which has the shape of a pipe section.
  • the third production mold 2 shown in FIG. 4 has a mold cavity which, in a modification of the mold cavity of the second production mold, is corrugated-cylindrical.
  • the core 4 has an outer contour which follows this corrugation at a distance.
  • a fluid treatment element which has the shape of a corrugated tube section can thus be produced in the production mold.
  • first, the second and the third production mold 2 can either be provided in such a way that the first, the second and the third production mold 2 can either be provided in such a way that the first, the second and the third production mold 2 can either be provided in such a way that the first, the second and the third production mold 2 can either be provided in such a way that the first, the second and the third production mold 2 can either be provided in such a way that the first, the second and the third production mold 2 can either be provided in such a way that the
  • Cores 4 in the production mold 2 extend to the lower end; then the inner cavity of the fluid treatment elements 6 produced is open at the lower end and at the upper end.
  • FIG. 5 shows a fourth production mold 2 with a somewhat more complicated geometric shape.
  • a “lying”, upper mold half 2b is analogously profiled on its lower side with wave crests and wave troughs. If the lower mold half 2a and the upper mold half 2b on the
  • Forming half 12 are assembled, as shown in Fig. 5, they define a mold cavity 14, which is like a thick corrugated sheet
  • a fiber fabric in particular a glass fiber fabric mat, can be inserted before the mass is introduced into the lower mold half 2a, or alternatively only a part of the mass into the lower one
  • Half of the mold 2a is filled in and then the fiber fabric is put on.
  • FIG. 6 shows in an enlarged view how the fluid treatment element half 6 'looks in detail.
  • the fiber fabric 16 in the area of a surface of the fluid treatment element half 6 ' is indicated with double hatching. It is also illustrated that the - 11 -
  • a surface filtration layer 18, indicated by double hatching, can then be applied to the outside of the fluid treatment element half 6 '.
  • This mass had a consistency comparable to that of moist earth.
  • the mass was poured into a mold as shown in FIG. 1, the cuboid mold cavity (at which is shown away).
  • the molded body was then post-cured in an oven at 120 ° C. for 1 hour.

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Abstract

Poröser, formstabiler Formkörper, der als Hauptkomponenten aufgebaut ist aus: (a) Feststoffteilchen; (b) und Binder, der die Feststoffteilchen zu dem Formkörper zusammenhält, dadurch gekennzeichnet, dass ein Binder auf Wasserglasbasis vorgesehen ist, der durch Kontaktieren des rohen Formkörpers mit einer Härtungsflüssigkeit auf Alkoholbasis gehärtet ist.

Description

Poröser, formstabiler Formkörper
Die Erfindung bezieht sich auf einen porösen, formstabilen Formkörper, der als Hauptkomponenten aufgebaut ist aus
(a) Feststoffteilchen;
(b) und Binder, der die Feststoff teilchen zu dem Formkörper zusammenhält.
Derartige Formkörper sind mit einer großen Vielfalt von Feststoffteilchen und einer großen Vielfalt von Bindern bekannt geworden. Als ein Beispiel sei auf Formkörper hingewiesen, die aus Metallteilchen, die über Verbindungsbrücken aus einem Metall mit niedrigerem Schmelz- punkt zusammengehalten sind, bestehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Formkörper verfügbar zu machen, der sich durch herausragend einfache Herstellbarkeit auszeichnet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Formkörper erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Binder auf Wasserglasbasis vorgesehen ist, der durch Kontaktieren des rohen Formkörpers mit einer Härtungsflüssigkeit auf Alkohol- basis gehärtet ist.
Der Einsatz von Bindern auf Wasserglasbasis ist insbesondere bei der Herstellung von Gießformkernen bekannt. Zur Härtung von Bindern auf Wasserglasbasis hat man bisher eingesetzt: - Begasen mit CO2;
Förderung der CO2-Aufnahme aus der Luft durch Erwärmen; Langzeiterhärtung bei Raumtemperatur an der Luft; Zumischen eines Metalloxids zu dem Wasserglas; Zumischen einer Säure zu dem Wasserglas; - Zumischen eines Esters zu dem Wasserglas. Erfindungsgemäß werden die Feststoffteilchen durch einen Binder auf Wasserglasbasis zusammengehalten, der auf grundlegend neuartige Weise gehärtet worden ist, nämlich indem der rohe Formkörper (d.h. noch nicht gehärtete Formkörper), mit der Härtungsflüssigkeit auf Alko- holbasis kontaktiert worden ist. Vorzugsweise bestellt die
Härtungsflüssigkeit zu einem erheblichen Teil aus Alkohol, wobei als konkrete Grenzen vorzugsweise mindestens 30% Alkohol, stärker bevorzugt mindestens 40% Alkohol, noch stärker bevorzugt mindestens 50% Alkohol, noch stärker bevorzugt mindestens 70% Alkohol, noch stärker bevorzugt ca. 100% Alkohol (wie handelsüblich erhältlich) genannt werden. Vorzugsweise ist der für den Härtungsvorgang verantwortliche Bestandteil ein einwertiger Alkohol oder auch eine Mischung mehrerer einwertiger Alkohole. Besonders brauchbare und leicht und kostengünstig erhältliche Alkohole sind Äthanol, Methanol, Isopropanol, Brennspiritus ( = vergällter Äthanol). Wegen der porösen
Struktur des rohen Formkörpers ist es vom technischen Ablauf her einfach, den Binder auf Wasserglasbasis in dem gesamten rohen Formkörper im erforderlichen Ausmaß mit der Härtungsflüssigkeit zu kontaktieren. Es hat sich überraschend gezeigt, daß dieses Kontaktieren zu einer spontanen, in sehr kurzer Zeit (im wesentlichen schon in wenigen Sekunden) ablaufenden Härtung des Binders führt. Es ist ein für die Produktion immenser Vorteil, daß der Formkörper ohne den Einsatz eines Erwärmungsschritts und ohne den Einsatz einer längeren Härtungszeit von dem rohen, ungehärteten Zustand in den gehärteten Zustand gebracht werden kann.
Da durch die erfindungsgemäß eingesetzte, alkoholische Härtungsflüssigkeit der Härtungsvorgang sehr rasch abläuft, handelt es sich wohl nicht um eine chemische Reaktion mit dem Binder, vielmehr scheint ein physikalischer Vorgang vorzuliegen, der wahrscheinlich
Wasserentzug aus dem Binder als wichtigen Effekt aufweist.
Die nachfolgende Beschreibung wird stärker verdeutlichen, daß zu den genannten Hauptkomponenten in der Regel keine weiteren hinzutreten - 3 - müssen, um den grundsätzlichen Aufbau des Formkörpers zu schaffen. Festigkeitserhöhende Komponenten und/oder Ergänzungskomponenten, sei es für die Rohmasse zur Bildung des rohen Formkörpers, sei es Ergänzungskomponenten am gehärteten Formkörper, können allerdings hinzutreten. Weitere Einzelheiten hierzu werden weiter unten erläutert.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung sind Feststoffteilchen vorgesehen, die innere Leerräume haben. Solche Teilchen haben insbesondere den Vorteil eines vergleichsweise geringen Gewichts, so daß einer- seits Material gespart wird und andererseits der Formkörper leichter ist und deshalb besser gehandhabt und gegebenenfalls in einer Tragstruktur gehaltert werden kann. Es müssen nicht alle Teilchen Leerraum-Teilchen sein, wiewohl dies zur konsequentesten Erreichung der Vorteile bevorzugt ist.
Vorzugsweise sind aus der folgenden Materialgruppe ausgewählte Feststoffteilchen vorgesehen:
Glasteilchen, vorzugsweise Schaumglasteilchen;
Tonteilchen, vorzugsweise Blähtonteilchen.
Glasteilchen haben den Vorteil hervorragender chemischer Beständigkeit und werden häufig aus recyceltem Glas hergestellt. Schaumglasteilchen sind am Markt erhältlich und zeigen eine geschlossene, in erster Näherung kugelförmige Hülle, die im Inneren von einigen Wänden durch- zogen, aber ansonsten großenteils hohl ist. Gegenüber massiven Glasteilchen sind Schaumglasteilchen bei nicht wesentlich verringerter Festigkeit spezifisch sehr viel leichter.
Vorzugsweise sind Feststoffteilchen vorgesehen, die zum größten Teil eine Größe in den Grenzen 0,2 - 1 mm, vorzugsweise 0,3 - 0,7 mm, haben. Die Wahl der Teilchengröße bestimmt die Porengröße in dem Formkörper. "Zum größten Teil" bedeutet "zu mehr als 50 % des Volumens oder Gewichts der Feststoffteilchen" , vorzugsweise "zu mehr als 90 % ". Wenn man jedoch z.B. einen Formkörper mit sehr großer Poro- sität zwischen den Feststoffteilchen wünscht, kann man auch Feststoffteilchen größerer Größe einsetzen. Insbesondere bei Formkörpern als Katalysatorträger in Abgasanlagen sind Teilchen in der Größe 1,0 bis 2,0 mm als günstig bevorzugt.
Vorzugsweise ist der Binder Natronwasserglas, Kaliumwasserglas, Lithiumwasserglas oder eine Mischung aus mindestens zwei der genannten Wassergläser. Besonders handelsüblich ist ein Gemisch aus Natronwasserglas und Kaliumwasserglas.
Die Füllstoffe können die Geschmeidigkeit der Masse für den Formkörper erhöhen und so die Verarbeitbarkeit dieser Masse verbessern. Außerdem erhöht sich die Festigkeit und verringert sich die Schwindung bei der Härtung vom rohen Formkörper zum fertig geformten Formkörper. Die genannten Fasern werden normalerweise dem Binder hinzugemischt und liegen in der zu formenden Masse ungeordnet vor. Hier liegt der Unterschied zu den weiter vorn angesprochenen Fasergelegen.
Außer den bisher angesprochenen Komponenten kann der Formkörper bzw. die Masse, aus der der rohe Formkörper besteht, noch weitere Komponenten in untergeordneter Menge enthalten, vorzugsweise ausgewählt aus der folgenden Gruppe, und zwar entweder eine Komponente aus einer Gruppe oder mehrere Komponenten aus einer Gruppe oder mehrere Komponenten aus mehreren Gruppen:
Einen oder mehrere Füllstoffe, vorzugsweise Talkum oder
Quarzmehl; einen oder mehrere Hilfstoffe oder Additive;
Fasern zur Festigkeitserhöhung, vorzugsweise Glasfasern.
Insbesondere in den Fällen, in denen relativ hohe Festigkeit des Formkörpers gefordert wird, ist das Vorsehen einer Festigungskomponente, vorzugsweise in Form eines Fasergeleges, als günstig bevorzugt. Das Fasergelege kann insbesondere an einer Oberfläche des Formkörpers vorgesehen sein, aber auch als innere Fasergelege. Es können Fasergelege üblicher Ausbildung eingesetzt werden inbesondere Gewebematten. Als Materialien kommen die üblichen Fasern in Betracht, insbesondere Glasfasern, aber auch Kohlefasern. Mineralfasern und andere.
Von den genannten, ergänzenden Komponenten zu unterscheiden sind Komponenten, die gewünschtenfalls dem Formkörper nach der Härtung hinzugefügt werden, z.B. bestimmte Oberflächenschichten, Imprägnierungen und dergleichen.
Vorzugsweise weist die Masse, aus welcher der rohe Formkörper geformt werden soll, bezogen auf das Gesamtgewicht die folgenden Gewichtsprozent-Bereiche auf:
10 - - 50 % Wasserglas
0 - 5 % Füllstoff oder Füllstoffe
0 - 5 % Füllstoffe oder Additive
0 - 5 % Fasern
35 - • 90 % Feststoffteilchen (als Rest)
Diese Gewichtsprozent-Bereiche gelten ganz besonders für Forrnkörper, bei denen Feststoffteilchen mit inneren Leerräumen vorgesehen sind. Bei massiven Feststoffteilchen verschiebt sich der Gewichtsprozent-Bereich der Feststoffteilchen eher zu höheren Werten (noch innerhalb oder schon teilweise nach oben außerhalb des oben angegebenen Bereichs), weil die Feststoffteilchen einen höheren Anteil des Gewichts des Formkörpers ausmachen. Beim Wasserglas bezieht sich der angegebene Gewichtsprozent-Bereich auf handelsübliches Wasserglas, das üblicherweise einen Feststoffgehalt in der Gegend von 50%, auch etwas darunter, Rest
Wasser hat. Ferner wird darauf hingewiesen, daß viele Füllstoffe, insbesondere auch das bereits genannte Talkum oder das bereits genannte Quarzmehl, viele Hilfsstoffe und/oder Additive, und auch in die Masse verteilt eingebrachte Fasern spezifisch sehr leicht sind; trotz der angegebenen, niedrigen Gewichtsprozent-Bereiche dieser Komponenten können diese Komponenten jeweils einen deutlich höheren Anteil des Volumens der zu dem rohen Formkörper zu formenden Masse ausmachen. Schließlich wird darauf hingewiesen, daß bei dem Bezugsgewicht von 100% der zu formenden Masse ein etwaiges
Fasergelege zur Festigkeitserhöhung nicht einbezogen war.
Für den erfindungsgemäßen Formkörper gibt es eine Fülle technischer Einsatz- und Verwendungsmöglichkeiten. Einige dieser Möglichkeiten seien als besonders bevorzugt genannt und herausgestellt:
Filterelement für Gase oder Flüssigkeiten; Filterelement für die Rauchgase von Verbrennungsanlagen; Partikelfilter für Abgasanlagen von Dieselmotoren; Basiskörper mit katalytischer Beschichtung für katalytische Ab- gasentgiftungsanlagen (z. B. solche, wie man sie aus dem Abgastrakt von Kraftfahrzeugen kennt);
Bauprodukte im umfassenden Sinn mit Schwerpunkt bei Anwendungen der Isolation und des Feuerschutzes, z.B. wärmedämmende Bauplatte, aber auch Baufundament; - Absorberbauteil für Aufprallenergie; künstlerische Skulptur oder restaurierter Bereich einer Skulptur.
Ganz besonders sei hervorgehoben, daß der Formkörper bei der Wahl anorganischer Feststoffteilchen (was bevorzugt ist) ein auch bei erhöhter Temperatur einsetzbares technisches Element ist. Ganz besonders sei die
Verwendung als Fluidbehandlungselement (z.B. filternde Behandlung, chemische Behandlung bzw. Umsetzung) für hindurchströmendes Heiß- fluid genannt. Z.B. bei Feststoff teilchen aus Glas oder Ton stellen Dauerbetriebstemperaturen von über 200 °C, aber auch noch sehr viel höhere Dauerbetriebstemperaturen überhaupt kein Problem dar. Ganz besonders sei auf die Filtration oder katalytische Behandlung von Verbrennungsabgasen im Temperaturbereich von 200 - 950°C hingewiesen, einschließlich Einsatz als Partikelfilter im Abgastrakt eines Dieselmotors. - 7 -
Wenn der erfindungsgemäße Formkörper ein Filterelement ist, besitzt er im einsatzfähigen Endzustand vorzugsweise an seiner Zuströmoberfläche eine Oberflächenfiltrationsschicht mit kleinerer Porengröße als im Filterelement unterhalb der Oberflächenfiltrationsschicht. Filterelemente mit Oberflächenfiltrationsschicht haben insbesondere die Vorteile, daß sich das Filterelement durch Rückströmen gut abreinigen läßt und daß sich die Poren im Inneren des Filterelements nicht zusetzen, was den Durchströmungswiderstand des Filterelements auf die Dauer immer weiter erhöhen würde. Besonders bevorzugt ist eine Oberflächenfil- trationsschicht aus Fasern, vorzugsweise Glasfasern oder Mineralfasern, oder aus insbesondere anorganischen Feststoffteilchen.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines porösen, formstabilen Formkörpers der in der vorliegenden An- meidung offenbarten Art, dadurch gekennzeichnet,
(a) daß die Komponenten für den rohen Formkörper zu einer bildsamen oder fließfähigen Masse vermischt werden,
(b) daß die Masse in eine Form eingebracht wird;
(c) daß die Härtungsflüssigkeit in einer derartigen Menge dem Form- inhalt zugeführt wird, daß der Binder mindestens nahezu vollständig von der Härtungsflüssigkeit kontaktiert wird;
(d) und daß der gehärtete Formkörper aus der Form entnommen wird.
Obwohl das Kontaktieren mit der Härtungsflüssigkeit zu einer so weit- gehenden, spontanen Härtung des Formkörpers führt, daß er der Form entnommen werden kann und eine gute Anfangsformstabilität hat, schließt sich häufig eine abschließende Austrocknung und Nachhärtung, insbesondere bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur von vorzugsweise 100 bis 150°C.
Die erfindungsgemäße Art der Härtung des Binders erlaubt es, den Formkörper nach kurzer Zeit, vorzugsweise nach weniger als 60 s, höchst vorzugsweise nach weniger als 30 s, der Form zu entnehmen. Es ist günstig, aus dem Formkörper entweder vor Entnahme aus der Form oder nach Entnahme aus der Form überschüssige Härtungsflüssigkeit zu entfernen, z.B. durch Abtropfenlassen, Abschleudern, Durchblasen, Durchsaugen, Verdunstenlassen.
Die Form, in der der Formkörper hergestellt wird, kann eine sehr einfache Gestalt (z.B. quaderförmig für die Herstellung von plattenartigen Produkten) haben, aber auch eine kompliziertere Gestalt. Die Form kann vorzugsweise auch Formkerne enthalten, so daß ein Formkörper mit mindestens einem Innenhohlraum hergestellt wird, der nach außen abgeschlossen ist oder der eine Verbindung nach außen hat. In den meisten Fällen ist es günstig, eine einfach geteilte oder auch eine mehrfach geteilte Form vorzusehen. Je nach Konsistenz der Formmasse kann man mit Einfließen in die Form, aber auch Einbringen mit anschließender Aufbringung eines gewissen Verdichtungsdrucks, oder auch Einbringen und Unterstützen der Füllung der Form durch Vibrieren oder dergleichen arbeiten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert, wobei der Formkörper beispielhaft konkreter als
Fluidbehandiungselement beschrieben wird:
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Herstellungsform; Fig. 2 zeigt in einem horizontalen Querschnitt ein Fluidbehandiungselement nach Entnahme aus der ersten
Herstellungsform; Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite Herstellungsform; Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine dritte Herstellungsform; Fig. 5 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch eine "liegende", vierte Herstellungsform;
Fig. 6 zeigt im Schnitt ein vergrößertes Detail eines Fluidbehandlungselements an der Stelle A in Fig. 5, hergestellt in der vierten Herstellungsform; schließlich wird ein Zusammensetzungsbeispiel ausgeführt. Die in Fig. 1 dargestellte, erste Herstellungsform 2 hat die Gestalt eines relativ flachen, innen hohlen Quaders, der an fünf Seiten geschlossen ist und an der sechsten Seite offen ist. Von der offenen Seite her sind drei Formkerne 4, die voneinander beabstandet sind und jeweils rechteckigen
Querschnitt haben, eingesetzt; die Formkerne 4 sieht man in Fig. 1 im Schnitt, weil sie nach oben aus der offenen Form herausragen.
In Fig. 2 ist das in der ersten Herstellungsform gemäß Fig. 1 hergestellte Fluidbehandiungselement 6 nach Entnahme aus der
Herstellungsform 2 dargestellt. Es läßt sich insbesondere so einsetzen, daß die Außenoberfläche 8 die Zuströmoberfläche des Fluidbehandlungselements 6 darstellt, während das Reingas oder die Reinflüssigkeit aus den Kammern 10 nach oben abgezogen wird.
Die in Fig. 3 dargestellte, zweite Herstellungsform 2 hat einen zylindrischen Formhohlraum, in dem ein zylindrischer Kern 4 kleineren Durchmessers angeordnet ist. Somit läßt sich in der Herstellungsform 2 ein Fluidbehandiungselement herstellen, das die Gestalt eines Rohrabschnitts hat.
Die in Fig. 4 dargestellte, dritte Herstellungsform 2 hat einen Formhohlraum, der in Abwandlung des Formhohlraums der zweiten Herstellungsform gewellt-zylindrisch ist. Der Kern 4 hat eine Außenkontur, die dieser Wellung beabstandet folgt. Mit der dritten
Herstellungsform läßt sich somit ein Fluidbehandiungselement herstellen, das die Gestalt eines Wellrohrabschnitts hat.
Es wird darauf hingewiesen, daß die erste, die zweite und die dritte Herstellungsform 2 entweder so vorgesehen sein können, daß sich die
Kerne 4 in der Herstellungsform 2 bis zu deren unterem Abschluß erstrecken; dann ist der innere Hohlraum der hergestellten Fluidbehandlungselemente 6 am unteren Ende und am oberen Ende offen. Alternativ kann man die Kerne 4 mit ihrem unteren Stirnende mit Abstand vom unteren Abschluß des Formhohlraums anordnen; dann werden Fluidbehandlungselemente 6 erzeugt, deren Hohlräume unten abgeschlossen sind und nur nach oben hin offen sind.
In Fig. 5 ist eine vierte Herstellungsform 2 mit etwas komplizierterer geometrischer Gestalt dargestellt. Es gibt eine "liegende" , untere Formhälfte 2a, die eine Abfolge parallel verlaufender "Wellenberge" und "Wellentäler" hat. Eine "liegende", obere Formhälfte 2b ist an ihrer unteren Seite analog mit Wellenbergen und Wellentälern profiliert. Wenn die untere Formhälfte 2a und die obere Formhälfte 2b an der
Formteilungshälfte 12 zusammengesetzt sind, wie in Fig. 5 gezeigt, begrenzen sie einen Formhohlraum 14, der wie ein dickes Wellblech
& ge' staltet ist.
Zur Herstellung einer Fluidbehandlungselement-Hälfte 6' wird bei geöffneter Herstellungsform 2 eine dosierte Menge an aus den Komponenten gemischter Masse in die untere Formhälfte 2a eingefüllt. Dann wird die obere Formhälfte 2b in Richtung auf die untere Formhälfte 2a abgesenkt und so stark angepreßt, daß ein Verdichtungsdruck auf den Forminhalt ausgeübt wird.
Wenn zur Festigkeitssteigerung der Fluidbehandlungselement-Hälfte 6' gewünscht, kann vor dem Einbringen der Masse in die untere Formhälfte 2a ein Fasergelege, insbesondere eine Glasfasergewebematte, eingelegt werden, alternativ auch erst ein Teil der Masse in die untere
Formhälfte 2a eingefüllt und dann das Fasergelege aufgelegt werden.
In Fig. 6 ist in vergrößerter Darstellung veranschaulicht, wie die Fluidbehandlungselement-Hälfte 6' im Detail aussieht. Der poröse Aufbau aus anorganischen Feststoffteilchen mit inneren Leerräumen, die durch gehärteten Binder auf Wasserglasbasis zusammengehalten sind, ist durch Punktierung angedeutet. Das Fasergelege 16 im Bereich einer Oberfläche der Fluidbehandlungselement-Hälfte 6' ist mit doppelter Schraffur angedeutet. Außerdem ist veranschaulicht, daß man auf der - 11 -
Außenseite der Fluidbehandlungselement-Hälfte 6' anschließend eine Oberflächenfiltrationsschicht 18, angedeutet durch doppelte Schraffur, aufbringen kann.
Wenn man sich eine zweite Fluidbehandlungselement-Hälfte 6" spiegelbildlich von unten her gegen die in der Herstellungsform 2 von Fig. 5 hergestellte, erste Fluidbehandlungselement-Hälfte 6' angesetzt und an den Stellen 20 mit ihr verbunden denkt (vorzugsweise mit Hilfe von Wasserglas-Binder), hat man wiederum ein, grob gesprochen, gewellt-flachquaderförmiges Fluidbehandiungselement mit Hohlräumen vor sich. Man kann wiederum entweder so arbeiten, daß die Hohlräume jeweils an ihren zwei Enden offen sind. Alternativ kann die vierte Herstellungsform 2 an einer Seite so gestaltet sein, daß die Hohlräume einseitig geschlossen sind; dann hat man ein gewellt-flachquaderförmiges Fluidbehandiungselement 6 vor sich, das an fünf Seiten geschlossen und an der sechsten Seite zu den Hohlräumen offen ist.
Zusammensetzungsbeispiel
Es wurde eine Masse folgender Zusammensetzung hergestellt:
32 Gew% handelsübliches Wasserglas (Mischung aus Natronwasserglas und Kaliumwasserglas, Feststoffgehalt 45%); - 3 Gew% Talkum
65 Gew% Schaumglasteilchen (0,25 bis 0,5 mm ).
Diese Masse hatte eine Konsistenz vergleichbar der Konsistenz feuchter Erde. Die Masse wurde in eine Form wie in Fig. 1 dargestellt eingefüllt, wobei der quaderförmige Formhohlraum (bei weggedachten
Kernen) etwa die Größe 30 cm x 20 cm x 5 cm umschloß. Die Form und die Kerne bestanden aus Metall. Beim Einfüllen der beschriebenen Masse wurde mit einem Art Stempel auf den Forminhalt gedrückt, um ihn mäßig zu verdichten. Dann wurden von oben her 100 ml Brennspiritus verteilt in den Forminhalt gegossen. Ein Heraustropfen von überschüssigem Brennspiritus unten aus der Form (bei geteilter Form aus der Teilungsebene, sonst aus dünnen Flüssigkeitsaustrittsöffnungen) zeigte an, daß der Forminhalt in erforderlicher Vollständigkeit mit dem Brennspiritus kontaktiert worden war. Nach sehr kurzer Zeit (10-20 s) konnte mit Fingerdruck auf die Oberseite des Forminhalts festgestellt werden, daß Härtung eingetreten war. Danach konnte der Formkörper entnommen werden.
Der Formkörper wurde anschließend für 1 Stunde bei 120 °C in einem Ofen nachgehärtet.
Mit einer Masse gleicher Zusammensetzung konnte analog in den
Herstellungsformen gemäß Fig. 3, 4 und 5 gearbeitet werden.

Claims

Ansprüche
1. Poröser, formstabiler Formkörper, der als Hauptkomponenten aufgebaut ist aus
(a) Feststoffteilchen;
(b) und Binder, der die Feststoffteilchen zu dem Formkörper zusammenhält,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Binder auf Wasserglasbasis vorgesehen ist, der durch Kontaktieren des rohen Formkörpers mit einer Härtungsflüssigkeit auf Alkoholbasis gehärtet ist.
2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Feststoffteilchen mit inneren Leerräumen vorgesehen sind.
3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus der folgenden Materialgruppe ausgewählte Feststoffteilchen vorgesehen sind:
Glasteilchen, vorzugsweise Schaumglasteilchen, Tonteilchen, vorzugsweise Blähtonteilchen.
4. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffteilchen zum größten Teil eine Größe in den Grenzen 0,2 bis 1 mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,7 mm, haben.
5. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder Natronwasserglas, Kaliumwasserglas, Lithiumwasserglas oder eine Mischung aus mindestens zwei der genannten Wassergläser ist.
6. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Härtungsflüssigkeit auf der Basis eines oder mehrerer einwertiger Alkohole vorgesehen ist.
7. Formkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Äthanol, Methanol, Isopropanol, Brennspiritus oder eine Mischung aus mehreren dieser Stoffe vorgesehen ist.
8. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Forrnkörper außerdem, einzeln oder in Kombination mehrerer, enthält: einen oder mehrere Füllstoffe, vorzugweise Talkum oder Quarzmehl; einen oder mehrere Hilfsstoffe oder Additive;
Fasern zur Festigkeitserhöhung, vorzugsweise Glasfasern.
9. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Komponenten in folgenden Gewichtsprozent-Bereichen, bezogen auf das Gewicht des rohen Formkörpers, vorhanden sind:
10 bis 50 % Wasserglas 0 bis 5 % Füllstoff oder Füllstoffe
0 bis 5 % Hilfsstoffe und/oder Additive
0 bis 5 % Fasern
35 bis 90 % Feststoffteilchen (als Rest)
10. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Fasergelege, vorzugsweise eine Glasfasergewebematte, zur Festigkeitserhöhung enthält.
11. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Filterelement ist.
12. Formkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an seiner Zuströmoberfläche eine Oberflächenfiltrationsschicht mit kleinerer Porengröße als im Filterelement unterhalb der Oberflächenfiltrationsschicht vorgesehen ist.
13. Formkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Fasern, vorzugsweise Glasfasern, aufgebaute Oberflächenfiltrationsschicht vorgesehen ist.
14. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Basiskörper mit katalytischer Beschichtung für katalytische Abgasentgiftungsanlagen ist.
15. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Bauplatte ist.
16. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Skulptur oder ein restaurierter
Bereich einer Skulptur ist.
17. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er ein medizinischer Stützkörper ist.
18. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Absorber für Aufprallenergie ist.
19. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Baufundament ist.
20. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Fluidbehandiungselement für hindurchströmendes Heißfluid ist.
21. Verfahren zur Herstellung eines porösen, formstabilen Formkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet,
(a) daß die Komponenten für den rohen Formkörper zu einer bildsamen oder fließfähigen Masse vermischt werden;
(b) daß die Masse in eine Form eingebracht wird; (c) daß die Härtungsflüssigkeit in einer derartigen Menge dem
Forminhalt zugeführt wird, daß der Binder mindestens nahezu vollständig von der Härtungsflüssigkeit kontaktiert wird; (d) und daß der gehärtete Formkörper aus der Form entnommen wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper nach kurzer Zeit, vorzugsweise nach weniger als 60 s, höchst vorzugsweise nach weniger als 30 s, der Form entnommen wird.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß überschüssige Härtungsflüssigkeit von dem gehärteten Formkörper entfernt wird, und zwar vor Entnahme aus der Form oder nach Entnahme aus der Form.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Form Formkerne enthält, so daß ein Formkörper mit mindestens einem Innenhohlraum hergestellt wird, der nach außen abgeschlossen ist oder der eine Verbindung nach außen hat.
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