-
Verfahren zur Verbesserung der Trockenbiegefestigkeit von Kaolinen
Die Erfindung betrifft die Verbesserung bzw. Erhöhung der Trockenbiegefestigkeit
von geschlämmten Kaolinen unter Beibehaltung, gegebenenfalls sogar unter wesentlicher
Verbesserung der Verflüssigungs-und Bildsamkeitseigenschaften zur Formgebung keramischer
Erzeugnisse. Die Bildsamkeit und Trockenbruch- oder -biegefestigkeit der Kaoline
ist nicht nur eine Funktion der Teilchengröße, sondern unter anderem auch des Mineralgehaltes
der darin enthaltene austauschfähigen Kationen und des Kolloidgehaltes. Die Trockenbruchfestigkeit
auch weniger bildsamer Kaoline läßt sich deshalb durch anorganische und organische
Zusätze beeinflussen.
-
Es ist bekannt, die Trockenbiegefestigkeit tonmineralhaltiger Rohstoffe
durch Zusatz von Natriumcarbonat etwas zu erhöhen. Der Zusatz ist jedoch auf kleinste
Mengen bis höchstens 0,1% begrenzt, weil sonst eine merkliche und unerwünschte Verflüssigung
im System Feststoff-Wasser-Natriumcarbonat eintritt. Deshalb ist durch den Zusatz
von Natriumcarbonat eine Verbesserung der Trockenbiegefestigkeit nur in sehr geringem
Maße möglich.
-
Es ist auch bekannt, daß man durch das in frühesten Zeiten der Porzellanherstellung
gebräuchliche Mauken der Porzellanmassen mit Jauche oder Moorwasser eine gute Trockenbiegefestigkeit
erzielt. Hierfür benötigt man jedoch längere Zeiten, vielfach Jahre, die sich z.
B. bei der Herstellung von alten chinesischen Porzellanen auf eine oder zwei Generationen
erstreckten.
-
Ebenso es es bekannt, daß sich die Anwesenheit von Humus im Kaolin
sehr vorteilhaft auf dessen Bildsamkeit auswirkt, so daß die sehr feinen schmiegsamen
Humusteilchen und deren hoher Gehalt an austauschfähigen Kationen, besonders Alkaliionen,
als Ursache einer besseren Bildsamkeit des Kaolins anzusehen sind. Daher hat man
auch schon versucht, mit Hilfe von Huminsäuren oder deren Salzen, den Huminaten,
besonders Alkalihuminaten, die Trokkenbiegefestigkeit von Kaolinen zu verbessern.
-
Auch durch den Zusatz von Celluloseäthern oder stark quellfähigem
montmorillonithaltigem Material, wie Bentonit, läßt sich bekanntlich die Trockenbiegefestigkeit
verbessern. Eine bekannte positive Wirkung hat auch längeres Mauken tonmineralhaltiger
Rohstoffe, wobei durch Ausscheidungen und Zersetzungsprodukte von Mikroorganismen
die bildsamen Eigenschaften verbessert werden. Weiterhin ist es bekannt, daß durch
Einrühren von Kaolinit in gesättigte wässerige Harnstofflösungen oder Harnstoffschmelzen
Harnstoff in das Kristallgitter des Kaolinits zwischen den Silicatschichten eingelagert
und der Schichtabstand aufgeweitet wird. Hierbei lassen sich die Bildsamkeit und
die Trockenbruchfestigkeit nur dann erhöhen, wenn der Kaolin unter ziemlich umständlichen
Maßnahmen von den verhältnismäßig großen Harnstoffmengen durch Auswaschen befreit
und darauf noch mechanisch durch Verreiben oder Mahlen nachbehandelt wird. In ähnlicher
Weise versuchte man, die Trockenbiegefestigkeit von Kaolin durch den Zusatz von
Alkaliacetat, besonders Ammoniurnacetat, zu verbessern.
-
Es wurde nun gefunden, daß man die durch die oben erwähnten langen
Behandlungszeiten oder recht umständlichen Maßnahmen zur Vorbereitung des Kaolins
bedingten Nachteile vermeiden kann, wenn man der Kaolinsuspension eine wässerige
Lösung von geringen Mengen eines Gemisches aus einem Alkalicarbonat, Alkalihuminat
und Harnstoff homogen zumischt. Als Alkalisalze der Kohlensäure sowie der Huminsäure
verwendet man zweckmäßig hierbei deren Natriumsalze.
-
Am günstigsten erwies sich ein Zusatz eines Gemisches aus 0,111/o
Natriumcarbonat, 0,1% Natriumhuminat und 0,0511/o Harnstoff, bezogen auf Festsubstanz
Kaolin. Dies geht aus der folgenden Tabelle I hervor.
| Tabelle I Trocken- |
| Biegefestigkeit |
| kp/cm2 |
| 1. Kaolin ohne Zusatz .............. 16,4 |
| 2. mit 0,10% Natriumcarbonat ...... 21,7 |
| 3. mit 0,10"/o Natriumcarbonat |
| -f- 0,05 % Harnstoff ............. - 25,3 |
| 4. mit 0,100% Natriumcarbonat |
| * 0,05"/o Natriumhuminat . |
| -!- 0,05% Harnstoff . . *********' 29,9 |
| 5. mit 0,10% Natriumcarbonat |
| -@ 0,10 "/a Natriumhuminat |
| _-f- 0,05% Harnstoff - ......... ,. . . . . 35,4.*). |
| *) Mehrmalige Wiederholungen mit der unter 5 an- |
| gegebenen Zusammensetzung ergaben Werte zwischen 30 |
| und 42 kp/cm2. |
Die Trockenbiegefestigkeit dieser Kaolinproben wurde an vakuumstranggepreßten, anschließend
bei 40° C getrockneten Rundstäben von 14 mm Durchmesser bei 150 mm Auflageabstand
bestimmt. Angegeben sind die Mittelwerte von je zehn Stäben. Das erfindungsgemäß
zuzusetzende Gemisch kann entweder der geschlämmten, auf ein Litergewicht von 1130
bis 1200 g eingedickten Kaolinsuspension oder auch später dem nochmals neu aufgeschlämmten
Kaolin zugegeben werden. Im letztgenannten Fall empfiehlt es sich, das Gemisch dem
zum Aufschlämmen zu verwendenden Wasser zuzusetzen, in welchem dann der Kaolin neu
aufgeschlämmt wird. Für die Einwirkung der Zusatzstoffe auf den Kaolin ist mindestens
eine Dauer von 1, besser jedoch von 3 Tagen bei normaler Temperatur erforderlich.
Erfolgt diese Behandlung in der Wärme (hydrothermale Behandlung), dann ist noch
eine weitere Steigerung der Trockenbiegefestigkeit bzw. eine Verkürzung der Einwirkungsdauer
möglich. Bei der Anwendung von reaktionsbeschleunigenden Spezial-Rührgeräten bzw.
Kolloidmühlen läßt sich die erwähnte Einwirkungsdauer von 1 bis 3 Tagen noch erheblich
verkürzen.
-
Vakuumstrangepreßte Stäbe ergeben aus naheliegenden Gründen höhere
Trockenbiegefestigkeitswerte mit geringeren Schwankungen als die in Gipsformen von
Hand hergestellten Stäbe mit trapezförmigem Querschnitt (DIN51030), an denen die
in Tabelle II angeführten Biegefestigkeiten von verschiedenen Kaolinen ermittelt
worden sind.
-
Hierzu wurden sieben geschlämmte Kaoline von verschiedenen Lagerstätten
und deshalb mit unterschiedlichen ursprünglichen Trockenbiegefestigkeiten in einer
gegenüber ihrem Trockengewicht doppelten Menge Wasser suspendiert, worin 0,1% Natriumcarbonat,
0;1% Natriumhuminat und 0,05% Harnstoff (bezogen auf Festsubstanz Kaolin) gelöst
waren. Die Einwirkungszeit betrug 3 Tage, worauf bis zum bildsamen Zustand entwässert
wurde. Die Stäbe mit trapezförmigem Querschnitt wurden dann von Hand geformt und
bei 40° C getrocknet. Die Messung der Trockenbiegefestigkeit erfolgte dann gemäß
DIN 51030 bei einem Auflageabstand von 200 mm. Der Bruch von den gemessenen Stäben
wurde anschließend nochmals in der auf das Kaolintrockengewicht bezogenen doppelten
Menge Wasser ohne weiteren Zusatz aufgeschlämmt, entwässert und in gleicher Weise
wie vorher von daraus neu geformten Stäben die Trockenbiegefestigkeit bestimmt.
In Tabelle II sind die ermittelten Durchschnittswerte der Trockenbiegefestigkeit
von jeweils sechs Stäben angegeben.
| Tabelle 1I |
| Trockenbiegefestigkeit in kp/cm2 . |
| Kaolin Nr. normal. mit Zusätzen |
| zum zweiten Mal |
| aufgeschlämmt |
| 1 11,0 13,3 16,7 |
| 2 15,4 23,8 19;8 |
| 3 4,0 7,6 6,7 |
| .. 4 12,2 _ ,23,0 _ _ 20,5 . _ |
| 5 _4,8 r ._ __$,ö __ 6,7 |
| 6 8,9 20,7 17,1 |
| 7 11,0 - 20,1 1.6,8 |
Durch die Zusätze gemäß der. Erfindung läßt sich also die Trockenbiegefestigkeit
von Kaolinen im allgemeinen um den 1,5- bis 2fachen Wert erhöhen. Auch nach nochmaligem
Aufschlämmen des erfindungsgemäß behandelten Kaolins bleiben durchschnittlich 85
bis 90% der erhöhten Trockenbiegefestigkeit erhalten, obwohl die Behandlungszeit
gegenüber den bisher bekannten Verfahren bei einfachster Verfahrensdurchführung
von verhältnismäßig sehr kurzer Dauer ist.
-
Bei den Kaolinen 2, 4 und 6 wird durch den erfindungsgemäßen Zusatz
eine verbesserte Bildsamkeit spürbar, während die an sich schlechte Bildsamkeit
der Kaoline 3 und 5 durch den Zusatz nicht in befriedigendem Maße verbessert werden
kann. Alle nach der Erfindung- verbesserten Kaoline sind durch Drehen verformbar.
Ohne den Zusatz war jedoch ein sauberes Verformen der Kaoline 3 und 5 nicht möglich.
Auch ein Loslösen der eingedrehten Formlinge aus Kaolin 3 von der Gipsformwandung
wurde nur durch die erfindungsgemäße Vorbehandlung des Kaolins erreicht.