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Verfahren zur Herstellung ungebrannter Tonkörper hoher Biegefestigkeit
Es ist bekannt, Kaolin als Füllmittel bei der Herstellung von Silikonelastomeren
zu verwenden. Weiterhin sind Verfahren bekannt, durch Verkitten von Glimmerflocken
mit polymeren Methylsiloxanen, Glimmerprodukte herzustellen, die eine hohe dielektrische
Festigkeit und außerdem eine hohe Temperaturbeständigkeit besitzen. Ebenfalls bekannt
sind Verfahren zur Herstellung elektrischer Isolierungen aus selbsttragenden Filmen
oder Platten aus Tonen, wie Bentonit, die mit Massen aus Methylsiloxanen behandelt
worden sind. Man kann diese Körper auch zur Erhöhung ihrer mechanischen Festigkeit
mit Glasfasern verstärken. Die Behandlung mit dem Polysiloxan erfolgt hier im Anschluß
an die Formgebung der Tonkörper. Es sind auch Verfahren beschrieben, Massen aus
Ton und Silikonen als Imprägnierungs-und Konservierungsmittel sowie als Schutzüberzüge
für Holz und andere Materialien zu verwenden. Weiterhin lassen sich verschiedenartige
anorganische Füllstoffe in Silikonharze einarbeiten, wobei man Preßmassen z. B.
für elektrotechnische Zwecke erhält. Zur Herstellung dieser Preßmassen kann man
von Lösungen der Siloxanharze in organischen Lösungsmitteln oder auch von wäßrigen
Emulsionen ausgehen. Als Füllstoffe werden z. B. Asbest, Glimmer, Kieselgur, Quarz,
Schlackenwolle und ähnliche Stoffe verwendet. Die Preßmassen werden in der Hitze
ausgehärtet.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung ungebrannter,
keramischer Tonkörper hoher Festigkeit aus mit Ammoniumsalzen und/oder amphoteren
organischen N-Verbindungen vorbehandeltem Kaolinton durch Verarbeitung mit polymeren,
hitzehärtbaren siliciumorganischen Verbindungen. Der Vorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens gegenüber den bekannten Verfahren der Silikonkeramik besteht vor allem
darin, daß bei Verwendung von mit Ammoniumsalzen und/oder amphoteren organischen
RT-Verbindungen behandelten Tonen höhere Biegefestigkeiten erzielt werden, wobei
wesentlich geringere Mengen von hitzehärtbaren polymeren siliciumorganischen Verbindungen
gebraucht werden.
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Als Ammoniumsalze sind besonders Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat oder
das Ammoniumsalz der a-Aminocapronsäure geeignet. Von den amphoteren organischen
Verbindungen eignen sich besonders amphotere organische Stickstoffverbindungen,
wie Caprolactam und a-Aminocapronsäure. Als siliciumorganische Verbindungen lassen
sich hitzehärtbare, Alkyl-, Aryl-, Alkaryl und/oder Gemische von Alkyl-und Arylgruppen
enthaltende siliciumorganische Verbindungen verwenden. Als Lösungsmittel kommen
organische Lösungsmittel in Frage, wobei allgemein mit niedrigsiedenden Lösungsmitteln
besonders gute Ergebnisse erzielt werden, z. B. mit Methanol, Äthanol, Aceton, Chloroform,
Toluol, Decalin, Tetralin, Xylol u. a.
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Ein mit Ammonverbindungen vorbehandelter Ton liefert bei der Verarbeitung
mit hitzehärtbaren Si-organischen Verbindungen bei Härtungstemperaturen von 120
bis 350° C, vorzugsweise bei 20f1° C, Produkte von hoher Festigkeit. Die so gewonnenen
ungebrannten Tonkörper zeigen die Beschaffenheit von gebranntem Ton und zeichnen
sich dadurch aus, daß sie mechanisch stark beansprucht werden können. Die Biegefestigkeit
liegt teilweise höher als die durchschnittliche Festigkeit gebrannter Produkte aus
Ton. Bei Verwendung bestimmter Silikonharze lassen sich die erhaltenen Produkte
spanabhebend bearbeiten. Führt man die Behandlung des Tones mit Gemischen von Silikonharzen
und Ammoniumverbindungen gleichzeitig aus, d. h. löst man Silikonharz und Caprolactam
gemeinsam in einem organischen Lösungsmittel und verarbeitet die Lösung zusammen
mit getrocknetem, unvorbehandeltem Ton, so erzielt man nur Produkte sehr geringer
Biegefestigkeit. Dies zeigt die folgende Gegenüberstellung:
| 1 ' 11 ' 111 |
| Ton -f- 30% Sand . .. . . . . .. . . . . . . . . . . .. . .
.. .. . . . . . . . . .. 74% 74% 67% |
| Hitzehärtbares Alkyl-Aryl-Polysiloxan ................. 13%
13% 15% |
| Lösungsmittel (Toluol) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 13% 13% 15 0/0 + 3 % |
| Caprolactam |
| Biegefestigkeit nach DIN 51030 . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 57,7 kg/cm2 191,8 kg/cm2 3 bis 10 kg/cm2 |
| 1: Unbehandelter Ton. |
| 11 : Mit NH4-Salzen und Caprolactam vorbehandelter Ton. |
Die Aushärtungsbedingungen bei den drei Vergleichsversuchen waren die gleichen.
Bei gleicher Mischung bzw. Zusammensetzung erhält man je nach den Härtungsbedingungen
unterschiedliche Biegefestigkeiten.
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Vorbehandlung des Tones: Grubenfeuchter oder bei 200° C getrockneter
Kaolinton mit einem A1203 Gehalt von 20 bis 40% wird mit einer gesättigten Ammoniumchloridlösung
1 bis 24 Stunden, vorzugsweise 2 Stunden, geschüttelt oder gerührt, wobei Temperaturen
von 0 bis 90'C, vorzugsweise 20°C, eingehalten werden. Anschließend filtriert
man die Aufschlämmung und behandelt den noch feuchten oder bei Temperaturen unterhalb
200' C getrockneten Ton mit einer wäßrigen Lösung von Caprolactam. Die Lösung soll
mindestens 10% Caprolactam enthalten. Mit dieser Lösung wird der bereits mit Ammoniumchlorid
vorbehandelte Ton so lange mit der Caprolactamlösung bei 0 bis 90° C, vorzugsweise
20° C, geschüttelt oder gerührt, bis der Ton praktisch kein Caprolactam mehr aus
der Lösung aufnimmt. Dazu sind 1 bis 14 Stunden, durchschnittlich 3 Stunden, erforderlich.
Die Suspension wird abfiltriert und der i» der beschriebenen Weise vorbehandelte
Ton optimal bei 105 bis 110° C getrocknet. Der Reaktionsablauf während der
Vorbehandlung des Tones ist nicht bekannt. Es wird vermutet daß das Caprolactam
mit dem Kaolinit unter Bildung einer heteropolaren Verbindung reagiert.
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Der vorbehandelte Ton wird gemahlen und gesiebt. Die Korngröße des
getrockneten Produktes soll unterhalb von 0,6 mm, vorzugsweise unterhalb von 0,1
mm, liegen. Die feinkörnige Tonsubstanz wird entweder allein oder gemischt mit Sand
oder auch anderen Magerungsinitteln mit Lösungen hitzehärtbarer Alkyl-bzw. Aryl-
bzw. Alkyl-Aryl-Polsiloxanen oder mit wäßrigen Emulsionen dieser Silikone angepastet
und nach inniger Durchmischung in Formen eingeschlagen. Anschließend können die
so geformten Körper in der Form oder nach Entfernung der Form gehärtet werden. Zu
diesem Zweck setzt man sie 2 bis 8 Stunden, vorzugsweise 2 Stunden, einer Temperatur
von 120 bis 350° C aus. Die Härtung kann auch unter vermindertem Druck oder erhöhtem
Druck erfolgen. Beispiele 1. Kaolinton mit einem Al20.i-Gehalt von 38 bis -10% wird
1 Stunde mit einer gesättigten Ammoniumchloridlüsung geschüttelt. Die Aufschlämmung
wird 1 Stunde auf 90 bis 95° C erhitzt. Sodann wird der Ton abgefiltert. Der abgefilterte
Ton wird dann 1 Stunde mit einer 50%igen wäßrigeii Caprolactam-Lösung geschüttelt.
Hierauf wird der Ton abfiltriert und anschließend bei 105 bis 110° C getrocknet,
gemahlen und gesiebt. Die Fraktion mit einer Korngröße unterhalb 0,1 mm wird mit
einer Lösung eines Alkyl-Polysiloxaii-Harzes in Toluol zu einer formbaren Masse
verknetet. Diese besteht vorzugsweise aus 74% Ton, 13% Silikonharz und 130/a Toluol.
Die Masse wird nach der Formgebung durch 5stündiges Erhitzen auf 200° C gehärtet.
Die Biegefestigkeit (nach DIN 51030) beträgt 191,8 kg/cm2 (Mittel aus zehn Werten).
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2. Der nach Beispiel 1 vorbehandelte Ton wird mit einer Lösung eines
hitzehärtbaren Alkyl-Aryl-Polysiloxans verknetet und anschließend in einer Form
2 Stunden auf 250° C gehärtet. Die Ausgangsmasse bestand aus 74% Ton, 13°/o Polysiloxan
und 13a/0 Toluol. Es resultieren Körper von tonartiger Beschaffenheit, die leicht
spanabhebend zu bearbeiten sind und deren Biegefestigkeit 182,4 kg/cm2 beträgt (Mittel
aus zehn Werten). Die Produkte eignen sich für chemisch-technische Zwecke, z. B.
Elektroisoliermaterial, isolierende Stampf-, Verkleidungs-, Überzugs- und Auskleidungsmassen;
Gebrauchskeramik, z. B. Fliesen, Platten, Geschirr; als Füllstoffe für andere Kunststoffe,
als Flammschutz- oder korrosionsverhindernde Überzüge u. dgl. Sie können auch mit
Asbest, Schlackenwolle, Glasfasern und/oder Draht-bzw. Drahtgeweben verarbeitet
werden in dem Sinne, daß nach Einarbeitung der angeführten Materialien Aushärtung
erfolgt.