WO2011104010A2 - Leichte pastöse feuerfeste kleber und ihre verwendung - Google Patents

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WO2011104010A2
WO2011104010A2 PCT/EP2011/000874 EP2011000874W WO2011104010A2 WO 2011104010 A2 WO2011104010 A2 WO 2011104010A2 EP 2011000874 W EP2011000874 W EP 2011000874W WO 2011104010 A2 WO2011104010 A2 WO 2011104010A2
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Rainer Angenendt
Heike Meschke
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Vatramaxx Gmbh
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    • 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
    • C04B28/003—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 hybrid binders other than those of the polycarboxylate type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures

Definitions

  • the invention relates to adhesive according to the preamble of claim 1, in particular one-component high-temperature resistant ready-to-use light pasty refractory adhesive with immediate adhesion, which harden when dried and at least one
  • Light filler a binder containing fibers and / or wollastonite and water, for applications up to about 1100 ° C.
  • lightweight fillers are to be understood here as high-melting mineral granules of low density, for example, expanded volcanic ash, expanded perlite, etc.
  • finely divided or fine is not used in the sense of a certain small grain size, but in the sense of “powdery” or “granular” in contrast to “lumpy.” So there is no specific one
  • Bonding of insulation materials for vehicle construction, shipbuilding, aircraft construction, building construction and industry, for bonding against molten metal in foundry technology The main application spectrum is fireproof bonding of mineral wool or other porous insulating materials on various absorbent or non-absorbent substrates, for example in shipbuilding, and in the field of shipbuilding rail vehicle construction. In shipbuilding, aircraft construction and rail vehicle construction is always looking for new lighter materials. In addition to the energy costs that every kilogram of material used consumes, every kilogram of material that is installed above the waterline is problematic, especially in shipbuilding, since this reduces the payload of a ship by one
  • the adhesives according to the invention have, in addition to the adhesive, an insulating (low apparent density 0.250-0.350 g / ml) and optionally a cooling in case of fire
  • Document EP 1 508 602 A1 describes a high-strength assembly adhesive in order to be able to withstand greater loads.
  • the invention has for its object to develop light pasty refractory adhesive of the type mentioned for cost-effective full-surface bonding of insulating areas, which only a very low shrinkage ( ⁇ 1%) and secure fixing of the insulating materials to be mounted or
  • the document EP 1 508 602 A1 describes a mounting adhesive with a creamy consistency on an organic basis with any inorganic fillers. In fact, not all fillers are suitable for this at all. The recipes are kept very vague.
  • a pasty adhesive with hybrid binders wherein the organic fraction is based on an inorganic framework of silica sol grafted, so the organic portion forms a unit with the inorganic portion.
  • the adhesive according to the invention is additionally mixed with binders of pure silica sols and mineral binders of silica which contains finely divided kaolin, the adhesive according to the invention retains its structure even at temperatures up to 1100.degree.
  • Document EP 1 508 602 A1 describes a high-strength assembly adhesive in order to be able to withstand greater loads.
  • an adhesive which is suitable exclusively for fixing lightweight insulating materials or for filling, jointing and coating and whose function is to protect the object in the event of a fire by obtaining the adhesive, coating, etc. Therefore, the content of organic adhesive components is very low (fire class and low energy release) and the inorganic and mineral adhesive components (high
  • the mineral adhesive component kaolin or kaolinite develops its adhesive power completely only at high temperatures of 500 to 1000 ° C, so that the product then obtains its final strength and high fire resistance. At these temperatures, the adhesive according to the
  • the content of fibers and / or wollastonite serves to cohesion of the mass in the wet state.
  • Wollastonite is predestined for combination with microcellular expanded volcanic rocks due to its coarse needle-like structure.
  • the short needles of wollastonite and the microcellular bloated volcanic rocks easily penetrate into open porous layers and thereby reinforce the bond of the surfaces to be bonded together.
  • the hybrid binder (s) provide cohesion after drying at temperatures up to about 200/400 ° C due to the organic constituent and at higher temperatures due to the sintering of the silica particles.
  • the kaolin used and the silica sol are also a binder, which develops its function at elevated temperature. Kaolin is also used at
  • the closed-cell lightweight fillers provide the necessary volume and a very low density compared to the state of the art.
  • the glue can be any suitable material.
  • the kaolin which splits off approximately 14% of water at 550 ° C.
  • Al (OH) 3 is the world's most widely used flame retardant (also known as ATH for "aluminum trihydrate”), which works by splitting off water, which already starts at 150 ° C, cooling and gas-diluting.
  • microcavities are surface treated to protect against water attack in the plastic adhesives, thereby rendering the adhesives shelf stable.
  • Advantageous embodiments of the invention are set forth in the subclaims.
  • the invention relates to the use of the aforementioned adhesive for various advantageous applications according to claim 8.
  • Perlite Korean: perlite
  • volcanic glass obsidian
  • Microcellularly expanded volcanic rocks produced using new environmentally friendly and energy-saving processes, achieve properties and technical values that distinguish them from older, porous expanded volcanic rocks ("expanded perlites").
  • Microcellular expanded volcanic rock is a filler from the group of aluminum silicates and is composed of spherical ("honeycomb"), rod-shaped and flaked particles, resulting in high packing densities and higher bond strengths than conventional hollow microspheres due to mechanical and cohesive bonding forces.
  • the expanded volcanic rock is preferably used in the form of nonporous hollow granules. It is also proposed that the expanded volcanic rocks consist entirely of cellular expanded volcanic rocks. For porous
  • Hollow granules would increase the bulk density, due to the increased need for binders and minerals (infiltrate).
  • the masses would be dull and would be worse to process.
  • the mass after hardening is extremely stable, even at 1000
  • Kaolin also referred to as china clay or aluminum silicate, is a fine, iron-free, white rock containing kaolinite, a weathering product of feldspar, as the major constituent.
  • the kaolin used as a film covers the high-melting light filler and additionally solidifies the structure of the adhesive at 550 ° C and 970 ° C.
  • the strength of the structure and the shrinkage are determined by the ratio
  • Kaolin Siliceous / KieselsoiyAluminiumhydroxyd to the light fillers and their distribution influenced.
  • Another advantage of the used mixture of kaolin / silica sol and / or silica is that the mass after drying in addition to the binder, the fibers and or wollastonite is mechanically stabilized.
  • Binders is used with a binding effect in different temperature ranges.
  • the innovation of the product according to the invention also consists in that suitable, complementary binder systems are used, for.
  • B. the hybrid binder, which adheres the support structures made of fibers and / or wollastonite already during drying under room temperature with the light fillers (microcellular expanded volcanic rock) sufficiently to fix the structure.
  • mineral binders By mineral binders, z.
  • ceramic and / or mineral refractory fibers and / or organic refractory fibers for example carbon fibers, alone or in
  • wollastonite is used.
  • Wollastonite (rarely also tablespar or tablespat) is a frequently occurring mineral with the chemical composition CaSi0 3 , more precisely Ca 3 [Si 3 0 9 ]. From a chemical point of view, wollastonite is a calcium salt of metasilicic acid and therefore belongs to the mineral class of silicates. Based on
  • Crystal structure can explain some macroscopic properties of wollastonite.
  • Monocrystals of wollastonite have a needle-like to fibrous form
  • Oxygen via covalent bonds are interconnected, there is an ionic bond between calcium and oxygen, which is based on a purely electrostatic interaction and thus represents the weaker bond. Due to its fibrous to needle-like crystals and its high melting point (1540 ° C), wollastonite offers a wide range of technical applications (source:
  • Ceramic fibers or ceramic fibers are fibers
  • inorganic, non-metallic material inorganic, non-metallic material.
  • ceramic fibers there are now various polymers, so-called precursors, produced by pyrolysis amorphous fibers, which are referred to by their properties as ceramic fibers.
  • precursors produced by pyrolysis amorphous fibers, which are referred to by their properties as ceramic fibers.
  • amorphous glass fibers which are not counted among the ceramic fibers, is best made possible by the manufacturing process (glass fibers from glass melt, amorphous ceramic fibers from polymeric precursors by pyrolysis).
  • the ceramic fibers are classified into oxidic and non-oxidic.
  • oxide ceramic fibers are fibers based on alumina and
  • Mixed oxide fibers of 85% A1 2 0 3 and 15% Si0 2 are also referred to as mullite fibers. All of these fibers are polycrystalline.
  • Non-oxide, industrially produced fibers (other than carbon fibers) have various types of silicon carbide fibers known.
  • Starting polymers are almost exclusively so-called poly-carbosilanes. These are polymers Hydrocarbons in which individual carbon atoms have been replaced by silicon atoms or silanes in which individual silicon atoms have been replaced by carbon atoms.
  • Additives crosslink the polymers in a curing process, so that they do not simply evaporate after the spinning process during the pyrolysis, but - as in the production of carbon fibers - are converted into an amorphous, usually non-stoichiometric, still free carbon-containing SiC ceramic fiber.
  • Hybrid bonding agent used according to the invention
  • an organic-inorganic hybrid binder is used, which is available under the trade name COL.9 BASF and Inowool W + from the company Inomat.
  • COL 9 contains 50 to 100 nm composite particles containing amorphous silica particles 5 and a polymer 6 based on n-butyl acrylate and methyl methacrylate (see Figure 1). The particles are dispersed in water. Due to the stickiness of the particles due to the polymer content is obtained an excellent binder for low temperatures, up to about 200 ° C. At elevated temperatures, the polymer fraction decomposes and the silica particles remain and thus preserve the structure, wherein the silica particles also forms a solid framework at a correspondingly high temperature.
  • binders have a solids content of about 35 to 60% by weight. proportion, based on the solids content, is 30 to 60 wt .-%.
  • a surface-treated silica is used.
  • Silica is an intimate mixture of finely divided silica and kaolinite.
  • the Neuburg Siliceous Earth is known, which is preferably used according to the invention.
  • the silica is treated with a silane so that the individual particles have a functional hydrophilic surface.
  • Such an activated silica is available under the trade name "AKTISII EM” from Hoffmann Mineral GmbH, Neuburg (Danube), where the silica is treated with 3-epoxypropyloxipropyltrimethoxysilane.This so-called activated silica can be used in powder form the use of a mixture of silica sol and kaolin / kaolinite.
  • the precisely weighed fibers are carefully added to this mixture, teased by stirring (at low speed) and completely wetted with the aqueous solution.
  • the precisely weighed light fillers and minerals are mixed with each other in a free fall mixer. Both premixes are mixed together with uniform slow stirring in a compulsory mixer for about 45 min. High shear forces, pressure and friction are to be avoided as much as possible in order not to damage the microcellular bloated volcanic rocks.
  • the lightweight fillers must be completely wetted to obtain a homogeneous lightweight pasty adhesive.
  • a central customer benefit when using the products according to the invention is the desired goal of more efficient and safe fire protection
  • Mineral wool or other porous insulating materials used on absorbent or non-absorbent substrates.
  • the fields of application are the industrial furnace construction, the foundry technology, the
  • the light pasty refractory adhesive according to the invention for the o. G. Bonding of mineral fiber insulating materials to metal or other non-absorbent and absorbent substrates is particularly well suited.
  • the paste-like, light-weight structure of the adhesive enables it to adhere to almost any surface, while at the same time allowing the adhesive to be incorporated into porous surfaces. Due to the resulting high capillary forces, the light pasty refractory adhesives can also be used on porous and absorbent substrates.

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Abstract

Die leichten pastösen feuerfesten Kleber, die bei Trocknung erhärten und mindestens einen Leichtfüllstoff, ein Bindemittel, Fasern und/oder Wollastonit und Wasser enthalten, sind dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel ein organisch-anorganisches Bindemittel (Hybridbindemittel) eingesetzt wird, welches feinteilige Kieselsäure und ein organisches Polymer enthält, und dass die Masse bzw. der Mörtel Kaolin oder Kaolinit und Kieselsol, insbesondere Kieselerde enthält.

Description

Leichte pastöse feuerfeste Kleber und ihre Verwendung
Die Erfindung betrifft Kleber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere einkomponentige hochtemperaturbeständige gebrauchsfertige leichte pastöse feuerfeste Kleber mit sofortiger Haftung, die bei Trocknung erhärten und mindestens einen
Leichtfüllstoff, ein Bindemittel, Fasern und/oder Wollastonit und Wasser enthalten, für Anwendungen bis ca. 1100 °C.
Unter dem Begriff Leichtfüllstoffe sind hier hochschmelzende mineralische Granulate niedriger Dichte zu verstehen, zum Beispiel geblähte Vulkanasche, Blähperlit, usw.
In der vorliegenden Anmeldung wird„feinteilig" oder„fein" nicht im Sinne einer bestimmten kleinen Korngröße, sondern im Sinne von„pulverförmig" oder„granulär" im Gegensatz zu„stückig" verwendet. Es kommt also nicht auf eine spezielle
Korngröße oder Korngrößenverteilung an.
Stand der Technik Bekannt sind Klebstoffe auf Basis von Metalloxiden und Siliciumoxid sowie
Wassergläser. Diese Klebstoffe für Temperaturen bis 1000°C und höher haben hohe Dichten von 1 - 2,8 g/ml und neigen zur Schrumpfung bei Trocknung, wodurch feine Risse entstehen können. Auch ist eine Fixierung der zu verklebenden Produkte notwendig.
Verklebung von Dämmstoffen für den Fahrzeugbau, Schiffbau, Flugzeugbau, Hochbau und Industrie, für Verklebungen gegen flüssiges Metall in der Gießereitechnik Haupteinsatzspektrum ist die brandsichere Verklebung von Mineralwolle oder anderen porösen Dämmstoffen auf verschiedenen saugende oder nicht saugende Untergründe, beispielsweise im Schiffbau, und im Bereich des Schienenfahrzeugbaus. Im Schiffbau, Flugzeugbau und Schienenfahrzeugbau wird immer wieder nach neuen leichteren Materialien gesucht. Neben den Energiekosten, den jedes bewegte kg Material ver- braucht, ist speziell im Schiffbau jedes kg Material, das oberhalb der Wasserlinie verbaut wird, problematisch, da hierdurch die Nutzlast eines Schiffes um ein
Vielfaches (Kippmoment)reduziert wird. Andererseits sind gerade im Schiffsbau die Brandschutzvorschriften extrem hoch, da es auf Schiffen keine schnellen und sicheren Fluchtmöglichkeiten gibt.
Die erfindungsgemäßen Kleber haben neben der klebenden eine isolierende (niedrige Rohdichte 0,250 - 0,350 g/ml) und gegebenenfalls eine im Brandfall kühlende
Funktion (Wasserabspaltung aus Mineralien). Durch diese Kombination lassen sich mit herkömmlichen Dämmstoff und Brandschutzmaterialien dünnere, leichtere und sicherere Brandschutzkonstruktionen bauen. Beschrieben wird in Dokument EP 1 508 602 AI ein Montagekleber mit hoher Festigkeit, um größeren Belastungen standhalten zu können.
Aufgabe der Erfindung und deren Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, leichte pastöse feuerfeste Kleber der eingangs genannten Art zur kostengünstigen vollflächigen Verklebung von zu dämmenden Bereichen zu entwickeln, welche nur einen äußerst geringen Schrumpf (< 1%) und eine sichere Fixierung der zu montierenden Dämmstoffe oder
Brandschutzplatten bis zu Temperaturen von ca. 1100 °C gewährleisten, eine niedrige Rohdichte von nur 0,250 bis 0,350 g/ml vorweisen und gegebenenfalls eine im
Brandfall kühlende Komponente enthalten.
Diese Aufgabe wird bei den leichten pastösen feuerfesten Klebern der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen leichten pastösen feuerfesten Kleber ergeben sich aus den Ausführungen weiter unten.
Vergleich mit dem Stand der Technik
Das Dokument EP 1 508 602 AI beschreibt einen Montagekleber mit einer cremigen Konsistenz auf organischer Basis mit beliebigen anorganischen Füllstoffen. Tatsächlich sind aber nicht alle Füllstoffe dafür überhaupt geeignet. Die Rezepturen sind sehr vage gehalten.
Erfindungsgemäß wird dagegen ein pastöser Kleber mit Hybridbindemitteln beschrieben, wobei der organische Anteil auf ein anorganisches Gerüst aus Kieselsol aufgepfropft ist, also der organische Anteil eine Einheit mit dem anorganischen Anteil bildet. Auf diese Weise wird im Brandfall dem Schrumpfen und damit der Zerstörung der Struktur entgegengewirkt. Da der erfindungsgemäße Kleber zusätzlich mit Bindemitteln aus reinen Kieselsolen und mineralischen Bindemitteln aus Kieselerde, die feinverteiltes Kaolin enthält, versetzt ist, behält der erfindungsgemäße Kleber seine Struktur auch bei Temperaturen bis 1100°C bei.
Beschrieben wird in Dokument EP 1 508 602 AI ein Montagekleber mit hoher Festigkeit, um größeren Belastungen standhalten zu können.
Erfindungsgemäß wird dagegen ein Kleber beschrieben, der ausschließlich zur Fixierung von leichten Dämmstoffen oder zum Verfüllen, Verfugen und Beschichten geeignet ist und dessen Aufgabe es ist, im Brandfall den Gegenstand durch Erhalt der Verklebung, Beschichtung, etc. zu schützen. Deshalb ist der Gehalt an organischen klebenden Komponenten sehr niedrig (Brandklasse und geringe Energiefreisetzung) und der an anorganischen und mineralischen klebenden Komponenten (hoher
Feuerwiderstand) sehr hoch. Die mineralische klebende Komponente Kaolin bzw. Kaolinit entwickelt ihre Klebekraft vollständig erst bei hohen Temperaturen von 500 bis 1000 °C, damit das Produkt dann seine endgültige Festigkeit und den hohen Feuerwiderstand erlangt. Bei diesen Temperaturen hat der Kleber gemäß dem
Dokument EP 1 508 602 AI längst versagt.
Diese Unterschiede zum Klebstoff nach Dokument EP 1 508 602 AI und die völlig anderen Anwendungen zeigen die Neuheit und den erfinderischen Gehalt des erfindungsgemäßen Klebers.
Einzelheiten der Erfindung
Im Folgenden wird die Bedeutung und Funktion der einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen leichten pastösen feuerfesten Kleber erläutert.
Der Gehalt an Fasern und/oder Wollastonit dient zum Zusammenhalt der Masse im feuchten Zustand. Wollastonit ist aufgrund seiner groben nadeligen Struktur prädestiniert für die Kombination mit mikrozellulären geblähten Vulkangesteinen. Die kurzen Nadeln des Wollastonits und die mikrozellulären geblähten Vulkangesteine dringen leicht in offene poröse Schichten ein und verstärken damit den Verbund der miteinander zu verklebenden Flächen. Das/die Hybridbindemittel sorgt/sorgen für den Zusammenhalt nach Trocknung bei Temperaturen bis etwa 200/400 °C aufgrund des organischen Bestandteils und bei höheren Temperaturen durch die Sinterung der Kieselsäurepartikel.
Das eingesetzte Kaolin und das Kieselsol sind ebenfalls ein Bindemittel, welches bei erhöhter Temperatur seine Funktion entfaltet. Kaolin dient außerdem bei
Anwendungen des Klebers in der Gießereitechnik als Abdichtung gegen flüssiges Aluminium.
Die geschlossenzelligen Leichtfüllstoffe sorgen für das notwendige Volumen und für eine sehr niedrige Rohdichte im Vergleich zum Stand der Technik. Zusätzlich zum Kaolin, das ca. 14 % Wasser bei 550 °C abspaltet, kann dem Kleber
Aluminiumhydroxyd zugegeben werden. Al(OH)3 ist das weltweit am meisten eingesetzte Flammschutzmittel (auch ATH für„Aluminiumtrihydrat" genannt). Es wirkt durch Abspaltung von Wasser, welches bereits bei 150 °C beginnt, kühlend und gasverdünnend.
Die Mikrohohlkörper sind oberflächenbehandelt, um sie gegen Wasserangriff in den plastischen Klebern zu schützen, wodurch die Kleber lagerbeständig werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung der eingangs genannten Kleber für verschiedene vorteilhafte Anwendungen entsprechend dem Anspruch 8.
Als Leichtfüllstoff werden vorzugsweise geblähte zelluläre Vulkangesteine eingesetzt.
Perlit (englisch: perlite) bezeichnet in den Geowissenschaften ein alteriertes (chemisch und physikalisch umgewandeltes) vulkanisches Glas (Obsidian) und zählt damit zu den Gesteinen. Die so genannte perlitische Struktur wird hier durch etwa erbsengroße
Glaskügelchen gebildet. Perlit enthält bis zu 2 % Wasser und hat eine Dichte von etwa 900 bis 1000 kg/m3 (Schüttdichte des Rohperlit). Durch Glühen auf ca. 800°C bis 1000 °C bläht sich Perlit auf das fünfzehn- bis zwanzigfache seines Ursprungsvolumens auf und hat dann eine Schüttdichte von 50 bis 100 kg/m3 und eine Wärmeleitfähigkeit von λ = 0,040 bis 0,070 W/mK. Mikrozellular expandierte Vulkangesteine, nach neuen umweltschonenden und energiesparenden Verfahren hergestellt, erzielen Eigenschaften und technische Werte, die es von älteren, porig expandierten Vulkangesteinen ("expandierten Perliten") unterscheidet. Mikrozellulares, expandiertes Vulkangestein ist ein Füllstoff aus der Gruppe der Aluminiumsilikate und setzt sich aus kugeligen ("Bienenwabenstruktur"), stäbchenförmigen und flockigen Teilchen zusammen, woraus hohe Packungsdichten und höhere Verbundsfestigkeiten als bei herkömmlichen Mikrohohlkugeln durch mechanische und kohäsive Bindungskräfte resultieren. Gezielte
Oberflächenbeschichtungen ermöglichen einen vorteilhaften Verbund mit der anorganischen bzw. organischen Matrix. Hieraus resultiert weniger Schwund und bessere technische Eigenschaften.
Kommerziell erhältlich ist geblähtes imprägniertes Perlit z. B. unter dem
Handelsnamen NOBLITE® (Produkt der Fa. NOBLITE, Route de Claye, F-77181 LE PIN, Frankreich)und Technoperl® (Produkt der Europerl Deutschland D-94032 Passau, Nibelungenplatz 4).
Vorzugsweise wird das geblähte Vulkangestein in Form nichtporöser Hohlgranulate eingesetzt. Vorgeschlagen wird weiterhin, dass die geblähten Vulkangesteine vollständig aus zellular expandierten Vulkangesteinen bestehen. Bei porösen
Hohlgranulaten würde sich die Rohdichte, durch den erhöhten bedarf an Bindemitteln und Mineralien (einsickern), erhöhen. Die Massen würden stumpfer und wären damit schlechter zu verarbeiten. Erfindungsgemäß ist die Masse nach dem Erhärten äußerst stabil, zeigt selbst bei 1000
°C praktisch keinen Schrumpf, keine äußeren oder innere Risse und ist für
Dauertemperaturen bis 1000 °C geeignet.
Kaolin, auch als Porzellanerde oder Aluminiumsilikat bezeichnet, ist ein feines, eisenfreies, weißes Gestein, das als Hauptbestandteil Kaolinit, ein Verwitterungsprodukt des Feldspats, enthält.
Das eingesetzte Kaolin bedeckt als Film den hoch schmelzenden Leichtfüllstoff und verfestigt zusätzlich die Struktur des Klebers bei 550 °C und 970 °C. Die Festigkeit der Struktur und der Schrumpf werden durch das Verhältnis
Kaolin Kieselerde/KieselsoiyAluminiumhydroxyd zu den Leichtfüllstoffen und deren Verteilung beeinflusst. Ein weiterer Vorteil des eingesetzten Gemischs von Kaolin/ Kieselsol und/oder Kieselerde liegt darin, dass die Masse nach dem Trocknen zusätzlich zum Bindemittel, den Fasern und oder Wollastonit mechanisch stabilisiert wird.
Vorgeschlagen wird außerdem, dass eine Bindemittelmischung aus mehreren
Bindemitteln mit einer Bindewirkung in unterschiedlichen Temperaturbereichen eingesetzt wird. Die Innovation des erfindungsgemäßen Produktes besteht auch darin, dass geeignete, sich ergänzende Bindemittel-Systeme eingesetzt werden, z. B. das Hybridbindemittel, welches die Stützkonstruktionen aus Fasern und/oder Wollastonit bereits bei der Trocknung unter Raumtemperatur mit den Leichtfüllstoffen (mikrozellulär geblähtes Vulkangestein) ausreichend verklebt, um die Struktur zu fixieren. Durch mineralische Bindemittel, z. B. Kaolin und Kieselsol und/oder Kieselerde, die bereits fein verteilt enthalten sind, sowie die im Hybridbindemittel enthaltende Kieselsäure wird diese Struktur auch in Temperaturbereichen oberhalb 300 °C ausreichend stark verfestigt. Bei ca. 550 °C wird die Struktur nochmals durch die Umsetzung von Kaolinit in Metakaolin verfestigt. Ab ca. 970 °C erfolgt eine weitere Verfestigung des Klebers durch Umsetzung von Metakaolin in Spinell und Quarz. Bei Temperaturen oberhalb 1100°C schmelzen die Leichtfüllstoffe und reduzieren dadurch das Volumen des Klebstoffes, die Verklebung als solches bleibt jedoch auch oberhalb von 1100°C erhalten. Besonders innovativ ist dabei, dass sich die unterschiedlichen Bindemittel und das hoch schmelzende mineralische Granulat hinsichtlich der bei Temperaturerhöhung erfolgende Verfestigung dieser Materialien so ergänzen, dass ein formstabiles und gewichtskonstantes Produkt mit hohen Festigkeiten bis zu der maximalen
Anwendungstemperatur entsteht.
Erfindungsgemäß eingesetzte Fasern
Insbesondere können keramische und/oder mineralische hochschmelzende Fasern und/oder organische hochschmelzende Fasern, zum Beispiel Kohlefasern, allein oder in
Kombination mit Wollastonit eingesetzt. Bevorzugt wird Wollastonit eingesetzt. Wollastonit (selten auch Tafelspat oder Tafelspath) ist ein häufig auftretendes Mineral mit der chemischen Zusammensetzung CaSi03, genauer Ca3[Si309]. Chemisch gesehen ist Wollastonit ein Calcium-Salz der Metakieselsäure und zählt daher zur Mineralklasse der Silicate. Anhand der
Kristallstruktur lassen sich einige makroskopische Eigenschaften von Wollastonit erklären. Einkristalle von Wollastonit besitzen eine nadelige bis faserige Form
(Habitus), da die Kristalle bevorzugt in Richtung der kristallographischen b- Achse wachsen, was der Orientierung der Silicatketten in der Kristallstruktur entspricht. Bricht man eine Wollastonit-Nadel in der Mitte durch, das heißt man zerbricht die Silicatketten, ergeben sich unebene Bruchflächen während bei mechanischer Belastung parallel zur b-Achse ebene Spaltflächen entstehen. Dies lässt sich auch durch die chemischen Bindungsverhältnisse im Kristall erklären. Während Silizium und
Sauerstoff über kovalente Bindungen (Atombindungen) miteinander verbunden sind, besteht zwischen Calcium und Sauerstoff eine ionische Bindung, die auf einer rein elektrostatischen Wechselwirkung beruht und somit die schwächere Bindung darstellt. Wollastonit bietet aufgrund seiner faserig bis nadeligen Kristalle und seines hohen Schmelzpunktes (1540 °C) vielfältige technische Einsatzmöglichkeiten (Quelle:
Wikipedia). Bei Keramikfasern oder keramischen Fasern handelt es sich um Fasern aus
anorganischem, nicht-metallischem Material. Ursprünglich sind nur polykristalline anorganische Werkstoffe als keramisch bezeichnet worden. Inzwischen gibt es aber aus verschiedenen Polymeren, so genannten Precursoren, durch Pyrolyse hergestellte amorphe Fasern, die auf Grund ihrer Eigenschaften als keramische Fasern bezeichnet werden. Die Abgrenzung zu ebenfalls amorphen Glasfasern, die nicht zu den keramischen Fasern gezählt werden, ist am besten durch den Herstellprozess möglich (Glasfasern aus Glasschmelze, amorphe Keramikfasern aus polymeren Vorstufen durch Pyrolyse). Die keramischen Fasern werden in oxidische und nicht-oxidische eingeteilt. An oxidischen Keramikfasern sind Fasern auf der Basis von Aluminiumoxid und
Siliciumdioxid in unterschiedlichen Anteilen und zum Teil noch mit zusätzlichem Boroxid oder Zirkonoxid bekannt. Mischoxidfasern aus 85 % A1203 und 15 % Si02 werden auch als Mullitfasern bezeichnet. Alle diese Fasern sind polykristallin. An nichtoxidischen, industriell hergestellten Fasern (außer den Kohlenstofffasern) sind verschiedene Typen von Siliciumcarbidfasern bekannt. Ausgangspolymere sind fast ausschließlich so genannte Poly-Carbosilane. Es handelt sich hierbei um Polymere aus Kohlenwasserstoffen, in denen einzelne Kohlenstoff- durch Siliciumatome oder Silane, in denen einzelne Silicium- durch Kohlenstoffatome ersetzt worden sind. Durch Zusätze werden die Polymere in einem Härtungsprozess vernetzt, damit sie nach dem Spinnprozess bei der Pyrolyse nicht einfach verdampfen, sondern - wie bei der Herstellung von Kohlenstofffasern - in eine amorphe, meist nicht-stöchiometrische, noch freien Kohlenstoff enthaltende SiC-Keramikfaser umgewandelt werden. Bei speziellen Herstellverfahren ist auch die Herstellung sehr feinkristalliner und reiner SiC- Fasern mit deutlich verbesserten Hochtemperatureigenschaften möglich.
Erfindungsgemäß eingesetztes Hvbridbindemittel
Vorzugsweise wird ein organisch-anorganisches Hybridbindemittel eingesetzt, welches unter dem Handelsnamen COL.9 der Firma BASF erhältlich ist und Inowool W+ der Firma Inomat. COL 9 enthält 50 bis 100 nm große zusammengesetzte Partikel, welche amorphe Kieselsäurepartikel 5 und ein Polymer 6 auf der Basis von n-Butylacrylat und Methylmethacrylat enthalten (siehe Figur 1). Die Partikel sind in Wasser dispergiert. Durch die Klebrigkeit der Partikel aufgrund des Polymergehaltes erhält man ein ausgezeichnetes Bindemittel für niedrige Temperaturen, etwa bis 200 °C. Bei erhöhten Temperaturen zersetzt sich der Polymeranteil und die Kieselsäurepartikel bleiben übrig und damit die Struktur erhalten, wobei die Kieselsäurepartikel bei einer entsprechend hohen Temperatur ebenfalls ein festes Gerüst bildet. Dies gilt auch für das Bindemittel „Inoflamm basis". Hier ist das Polymer ein alkylmodifiziertes Polysiloxan. Ein Schrumpf tritt daher weder bei niedriger noch bei erhöhter Temperatur auf. Beide Bindemittel haben einen Festkörpergehalt von etwa 35 bis 60 Gew.-%. Der Silicat- anteil, bezogen auf den Feststoffgehalt, beträgt 30 bis 60 Gew.-%.
Erfindungsgemäß eingesetzte Kieselerde
Vorzugsweise wird eine oberflächenbehandelte Kieselerde eingesetzt. Unter Kieselerde versteht man ein inniges Gemisch von feinteiliger Kieselsäure und Kaolinit. Bekannt ist zum Beispiel die Neuburger Kieselerde, die erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzt wird. Für die bessere Benetzbarkeit mit Wasser ist die Kieselerde mit einem Silan behandelt, so dass die einzelnen Partikel eine funktionelle hydrophile Oberfläche erhalten. Erhältlich ist eine derartige aktivierte Kieselerde unter dem Handelsnamen„AKTISII EM" der Firma Hoffmann Mineral GmbH, Neuburg (Donau). Hier ist die Kieselerde mit 3-Epoxipropyloxipropyltrimethoxisilan behandelt. Diese so genannte aktivierte Kieselerde kann in Pulverform eingesetzt werden. Möglich ist erfindungsgemäß aber auch der Einsatz eines Gemisches von Kieselsol und Kaolin/Kaolinit.
Beispielrezeptur
für 100 kg leichten pastösen feuerfesten Kleber:
Mikrozelluär geblähtes Vulkangestein„Noblite 200 EC"
der Firma Noblite 30,00 kg Bindemittel„Inowool W+" der Firma Inomat 14,00 kg
Kieselerde„Aktisil EM" der Firma Hoffmann Mineral 7,00 kg
Oberflächenmodifiziertes Wollastonitmehl„Tremin-300 EST"
der Firma Quarzwerke 7,00 kg
Oberflächenmodifiziertes Aluminiumhydroxyd„Trefil 744-300 EST"
der Firma Quarzwerke 5,00 kg Lose Steinwolle der Firma Rockwool 3,00 kg
Bindemittel„COL. 9" der Firma BASF 3,00 kg
Wasser 31,00 kg Herstellungsbeispiel für leichten pastösen feuerfesten Kleber
Sämtliche flüssige Komponenten der Rezeptur werden genau eingewogen und vorsichtig unter Vermeidung von Schaumbildung miteinander vermischt. Hier haben sich in der Praxis einfache Zahnscheibenrührer bewährt.
Die genau abgewogenen Fasern werden dieser Mischung vorsichtig zugefügt, durch Verrühren zerrupft (bei niedriger Drehzahl) und vollständig mit der wässrigen Lösung benetzt.
Danach werden die genau abgewogenen Leichtfüllstoffe und Mineralien untereinander in einem Freifallmischer gemischt. Beide Vormischungen werden unter gleichmäßigem langsamem Rühren in einen Zwangsmischer ca. 45 min miteinander vermengt. Hohe Scherkräfte, Druck und Reibung sind weitestgehend zu vermeiden um die mikrozelluar geblähten Vulkangesteine nicht zu beschädigen. Die Leichtfüllstoffe müssen vollständig benetzt sein, um einen homogenen leichten pastösen Kleber zu erhalten.
Besonderer Vorteil
Ein zentraler Kundennutzen beim Einsatz der erfindungsgemäßen Produkte liegt in dem gewünschten Ziel eines effizienteren und sicheren Brandschutzes bei
gleichzeitiger Gewichtseinsparung bei einfacher und sicherer Verarbeitung. Weitere wichtige Vorteile der erfindungsgemäßen sind:
• Geringes Gewicht
• Hohe Haftung auch auf porösen Materialien
• Hohe Temperaturbeständigkeit
• Niedrige Wärmeleitfähigkeit
· Gute Festigkeitseigenschaften
• Einfache Montage und Verarbeitung
• Viele Kombinationsmöglichkeiten
• Geringe Rauchgasentwicklung
• Geringe Alkalität
· Hohe Chemikalienbeständigkeit
• Recyclebar
• Deponiefähig Erfindungsgemäße Verwendung Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Kleber für die Verklebung von
Mineralwolle oder anderen porösen Dämmstoffen auf saugende oder nicht saugende Untergründe verwendet.
Die Anwendungsfelder sind der industrielle Ofenbau, die Gießereitechnik, der
Schiffbau, Flugzeug- und Fahrzeugbau, der industrielle Kraftwerks- und Anlagenbau, der Schienenfahrzeugbau, der Hochbau und die technische Wärme-Isolierung.
Insbesondere ist der erfindungsgemäße leichte pastöse feuerfeste Kleber für die o. g. Verklebung von Mineralfaserdämmstoffen auf Metall oder andere nicht saugende und saugende Untergründe besonders gut geeignet.
Die pastöse leichte Struktur des Klebers ermöglicht eine Haftung auf nahezu allen Untergründen, gleichzeitig lässt sich der Kleber in poröse Oberflächen einarbeiten. Aufgrund der entstehenden hohen Kapillarkräfte können die leichten pastösen feuerfesten Kleber auch auf porösen und saugenden Untergründen verwendet werden.
Aus den verschiedenen Anwendungs- und Verarbeitungsmöglichkeiten der
erfindungsgemäßen Kleber ergibt sich eine enorme Anzahl von Einsatzmöglichkeiten, die hier, ohne Anspruch auf Vollständigkeit, stichpunktartig zusammengefasst werden:
· Kabel-/Rohrabschottungen,
• Fugenabdichtungen,
• Verschließen von Löchern und Rissen in Wänden und Decken,
• Brandschutzabdichtungen,
• Beschichtungen für Auspuffanlagen, Hitzeschutzschilder, Elektrogeräte,
Motoren, Öfen und Grillgeräte,
• Reparatur von Kaminen,
• Wand- und Deckenbeschichtungen
• Spritzputz an Stahlbetonkonstruktionen,
• Spritzputzbekleidungen.

Claims

Ansprüche
Pastöser feuerfester Kleber, der bei Trocknung erhärtet und mindestens
- einen Leichtfüllstoff,
- ein Bindemittel,
- Fasern und/oder Wollastonit,
- Wasser
enthält,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Bindemittel ein oder mehrere organisch-anorganische
Hybridbindemittel eingesetzt werden, welche Kieselsäure und ein organisches Polymer enthalten, dass der Kleber Kaolin und/oder Kaolinit enthält, dass der Kleber Kieselerde und/oder Kieselsol enthält.
Kleber nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Hybridbindemittel Partikel enthält, die wiederum aus amorphen Kieselsäurepartikeln (5) zusammengesetzt sind, die als Bindemittel ein Polymer (6) auf Acrylatbasis enthalten, insbesondere n-Butylacrylat und
Methylmethacrylat und/oder alkylmodifizierte Polysiloxane.
Kleber nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine modifizierte Kieselerde eingesetzt wird, die Kieselsäure-Kaolinit- Partikel enthält, deren Oberfläche mit einem Netzmittel, insbesondere einem Silan, beschichtet ist.
4. Kleber nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Leichtfüllstoff geblähtes geschlossenzelliges Vulkangestein eingesetzt wird.
5. Kleber nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das geblähte geschlossenzellige Vulkangestein oberflächenbehandelt ist. Kleber nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine einheitliche Art von Fasern oder ein Gemisch unterschiedlicher Fasern und/oder WoUastonit, insbesondere oberflächenmodifiziertes Wollastonitmehl, mit Erweichungspunkten von mindestens 950 °C eingesetzt werden.
Kleber nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
die folgende Zusammensetzung
Leichtfüllstoff 20 bis 40 Gew.-%
Hybridbindemittel 10 bis 25 Gew.-%
Fasern Obis 7Gew.-%
WoUastonit 0 bis 15 Gew.-%
modifizierte Kieselerde oder Kieselsol 0 bis 30 Gew.-%
weitere mineralische Füllstoffe 0 bis 20 Gew.-%
Rest Wasser
8. Verwendung der leichten pastösen feuerfesten Kleber nach Anspruch 1 als Hochtemperaturkleber, zur Unterstützung des Brandschutzes und/oder der Wärmedämmung, als Füllmasse oder zum Abdichten von kleinen Hohlräumen oder zum Beschichten von Wandflächen.
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