DE3212261A1

DE3212261A1 - Waessrige suspension von bentonit und deren verwendung zur beschichtung von waermedaemmplatten

Info

Publication number: DE3212261A1
Application number: DE19823212261
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Chem. Dr. 6450 Hanau Kleinschmit; Sabine Dipl.-Ing. 6454 Bruchköbel Schmidt; Rudolf Dipl.-Chem. Dr. 8755 Alzenau Schwarz
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1982-04-02
Filing date: 1982-04-02
Publication date: 1983-11-10
Also published as: US4670101A

Description

Wässrige Suspension von Bentonit und deren Verwendung zur Beschichtung von Wärmedämmplatten

Die zu Platten verpreßten Hochtemperaturisolationsmaterialien bestehen aus ca. 40 bis 70 Gew.-% einer feinteiligen Komponente, wie z.B. pyrogen hergestelltes Silicumdioxid, 20 bis 50 Gew.~% Trübungsmittel, z.B. Rutil oder Ilmenit und 1 bis 10 Gew.-% einer hochtemperaturbeständigen Faser, z.B. Aluminiumsilikat'faser zur Erhöhung der mechanischen Stabilität.

Sie gelangen als trocken verpreßte Formkörper (Wärmedämmplatten) unterschiedlicher Dichte (200 bis 320 g/l) meist umhüllt mit Glasfasergewebe (Borsilikatglas) in verschiedenen Ausführungen in den Handel.

Die oben genannten Wärmedänunplatten haben einen hohen Materialabrieb und eine geringe mechanische Festigkeit, die eine direkte Verarbeitung und Montage der Wärmedämmplatten ohne zusätzliches verstärkendes Material unmöglich macht. Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, Wärmedämmplatten in eine Hülle aus Faserstoffgewebelagen einzubetten. Dieses Verfahren ist aber sehr arbeitsaufwendig, teuer und weist den Nachteil auf, daß die Hülle bei einer Temperaturbehandlung von

35 500 bis 700⁰C schmilzt (DE-AS 20 36 124).

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Gemäß der DE-OS 29 41 606 ist ein Verfahren, bei dem verschiedene Bindersysteme direkt in den Isolierstoff miteingemischt werden und anschließend thermisch oder katalytisch ausgehärtet werden, bekannt. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß die Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmplatten beträchtlich erhöht wird. Daraus resultiert eine erhebliche Verschlechterung nicht nur der Isolierwirkung sondern auch der thermischen Stabilität.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, Wärmedämmplatten, bei welchen die mechanischen Eigenschaften durch Erhöhung der Biege- und Abriebfestigkeit verbessert sind, zu finden. Dabei soll eine Verschlechterung der Isolier- und thermischen Eigenschaften der.Wärmedämmplatten nicht eintreten.

Gegenstand der Erfindung ist eine wässrige Suspension, bestehend aus 50 bis 90 Gew.-% Wasser, 10 bis 50 Gew.~% Bentonit und 1 bis 2 Gew.-% anorganischer Faser.

Wesentliche Voraussetzung für die Anwendbarkeit der anorganisehen Faser ist ihre Temperaturstabilität bis mxndestens 100⁰C, Als anorganische Faser können vorzugsweise Aluminiumsilikatfaser verwendet werden. Der Al^CK-Anteil kann dabei 5 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-%, betragen.

,Q Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Wärmedämmplatten, die pyrogen hergestelltes Siliciumdioxid als Füllstoff enthalten unter Verwendung der Suspension, welches dadurch ge-

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kennzeichnet ist, daß man die wässrige Suspension, bestehend aus 50 bis 90 Gew.-% Wasser, 10 bis 50 Gew.-% Bentonit und 1 bis 2 Gew.-% anorganischer Faser, gegebenenfalls wiederholt, auf die Wärmedämmplatten aufgibt, die Wärmedämmplatten gegebenenfalls bei einer Temperatur von 100 bis 150⁰C trocknet und gegebenenfalls anschließend bei einer Temperatur von bis 500⁰C, gegebenenfalls wiederholt, tempert.

Die Suspension kann mit Hilfe eines Spritzgerätes, das mit Druckluft betrieben werden kann, auf die Wärmedämmplatte, die aus einem hochdispersen Füllstoff, Trübungsmitteln und Fasern besteht, aufgesprüht werden. Die Suspension kann weiterhin mittels Tauchen, Streichen, Pinseln, Spachteln o.a. auf die Wärmedämmplatte aufgebracht werden. Es bildet sich schon nach kurzer Zeit eine elastische Haut auf der Isolierplatte. Die geringen Faserzusätze verhindern ein Aufplatzen der Hülle. Um stärkere Schichtdicken zu erreichen, kann man das Aufspritzverfahren mehrmals wiederholen oder Suspensionen mit höherem Feststoffgehalt verwenden. Die erhaltene Wärmedämmplatte besitzt nach der erfindungsgemäßen Behandlung verbesserte mechanische Eigenschaften. Je nach Grad der gewünschten Abriebfestigkeit können die Platten nochmals bei 300 bis 500⁰C getempert werden.

Zur weiteren Erhöhung der mechanischen Festigkeit, hauptsächlich der Druck- und Biegefestigkeit, kann man zusätzlieh ein Fasernetz oder einen Faserfilz auf die Wärmedämmplatte aufpressen und anschließend eine Bentonitsuspensxon aufgeben.

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Die Wärmedämmplatte]! können untereinander in einem Bausteinprinzip ebenfalls mit der Suspension aus Bentonit, Wasser und Faser verbunden werden, wodurch eine fugenfreie Verbindung der Wärmedämmplatten möglich wird. Die Suspension aus Bentonit, Wasser und Faser gibt man dazu auf mindestens eine Seite der Wärmedämmplatten auf, und fügt diese Wärmedämmplatten mit ^⁰ weiteren Wärmedämmplatten zusammen, wobei die Suspension, indem sie eine Schicht, bestehend aus Bentonit und anorganischer Faser bildet, als Bindemittel wirkt.

Zur Erhöhung der Klebeeigenschaften können der Bentonitsuspen- * sion beliebige Mengen an Kieselsäuresol, Kieselsäureester oder ■ Wasserglas zugemischt werden. Dabei sollte gewährleistet sein, daß die Bentonitsuspension weiterverarbeitet, beispielsweise

versprüht, werden kann.

"^ Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Wärmedämmplatten, welche dadurch gekennzeichnet sind, daß sie mit einem Gemisch aus Bentonit und anorganischer Faser beschichtet sind. Dabei können die Wärmedämmplatten mit einem Fasernetz oder einem Faserfilz, auf dem die Schicht, bestehend aus einem Gemisch von Bentonit und anorganischer Faser, aufgebracht ist, umgeben sein. Die Wärmedämmplatten können untereinander in einem Bausteinprinzip mit einer Schicht, bestehend aus einem Gemisch von Bentonit und anorganischer Faser, verbunden sein, wobei zusätzlich die nicht verbundenene Seiten mit dem Ge-

^® misch, bestehend aus Bentonit und Faser, beschichtet sind.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform bestehen die Wärmedämmplatten aus ca. 4 0 bis 70 Gew.-% einer feinteiligen

Komponente, wie z.B. pyrogen hergestelltes Silciumdioxid, 35

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0-449'S

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bis 50 Gew.-% eines Trübungsinittels wie z.B. Quarzmehl, Rutil oder Ilmenit, und 1 bis 10 Gew.-% einer hochtemperaturbeständigen Faser, wie z.B. Aluminiumsilikatfaser

Das Zusammenfügen kann auch dann durchgeführt werden, wenn man die Wärmedämmplatten bereits vollständig mit der Suspension behandelt hat.

Die Erfindung weist die folgenden Vorteile auf:

- geringe Materialkosten, sehr einfaches Verarbeitungsverfahren

- die Isolierwirkung der Wärmedämnplatten wird in keiner
Weise beeinträchtigt, im Gegensatz zu bekannten Wänaedämmplatten, bei denen die Bindersysteme direkt in den
Isolierstoff miteingemischt werden

- die TemperaturStabilität der Wärmedämmplatten bleibt er-

halten, bzw. wird geringfügig verbessert. Die Wärmedämmplatten werden nach einer Wärmebehandlung nicht verformt oder rissig. Es bildet sich ein keramischer überzug, der einer Schrumpfung entgegenwirken kann. Bei bekannten

Wärmedämmplatten schmilzt die Umhüllung nach einer ent-

sprechenden Temperaturbeanspruchung und beeinträchtigt

damit die Isolierwirkung.

- durch die. Verwendung der Bentonitsuspension als Bindemittel ist eine fugenfreie Verarbeitung der Platten möglich.

Beispiele

Der in den Beispielen verwendete Bentonit hat folgende Zu

sammensetzung:

= 18,60 %

35 SiO₂ = 57,20 %

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Ol82 130 FH	2	- 8.	,10 %
Na₂O	0	,40 %
)5 K₂O	1	,10 %
CaO	2	,50 %
MgO	3	,40 %
Fe₂O₃ =	8	,30 %
H₂O		90 micrometer
0 Korngröße

Glühverlust: 10 Gew.-%

Ein wesentliches Beurteilungskriterium der Qualität der Wärmedämmplatte ist in erster Linie ihre Wärmeleitfähigkeit. Für die Beurteilung ist aber auch die thermische Formfestigkeit und mechanische Festigkeit der Wärmedämmplatten sowie ihre Verarbeitbarkeit bzw. deren Montagemöglichkeit wesentlich. Die Prüfung der Wärmeleitfähigkeit, die thermische Formfestigkeit und die mechanische Festigkeit erfolgt an runden Platten mit den Abmessungen 100 χ 20 mm.

Vergleichsbeispiel

Man stellt in einem Schnellaufenden Mischgerät mit ca. 5000 UpM aus 53 Gew.-% einer pyrogenen Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche von 300 m²/g, 40 Gew.-% eines feinteiligen Trübungsmittels (Quarzmehl) und 7 Gew.-% einer keramischen Faser auf Basis Aluminiumsilikat (60 Gew.-% Al₂O₃~Anteil) eine homogene Mischung her. Die Mischung wird zu Platten mit einem Litergewicht von 300 g/l verpreßt und für alle durchgeführten Messungen als Vergleich verwendet.

Beispiel 1

Man stellt eine Suspension aus 85 Gew.-% Wasser, 13 Gew.-% Bentonit und 2 Gew.-% Aluminiumsilikatfaser (60 Gew.-%

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her. Diese wird mit Hilfe eines Spritzverfahrens auf die Oberfläche der Wärmedämmplatte aufgetragen. Es wird eine Flach-/ Breit-Rundstrahlpistole verwendet, wobei die Bentonitsuspension durch die Injektorwirkung der Zerstäuberluft in den Spritzstrahl gerissen wird und somit gleichmäßig auf der Isolierplatte verteilt wird. Die besprühte Wärmedämmplatte wird bei 100⁰C getrocknet. Diese Wärmedämmplatte wird den folgenden Prüfmethoden unterzogen:

1. Wärmeleitfähigkeitsmessung in W/m°C (Watt pro Meter°Celsius) 2. Schrumpfung des Wärmedämmplattendurchmesser in % bei

1000⁰C und einer Haltezeit von 10 h.

3. relative Biegefestigkeit in Newton, wobei die Wärmedämmplatten als Balken auf zwei Stützen gelagert werden und durch die Einzellast P in der Mitte beansprucht werden. Dabei sind wie in der Figur 1 dargestellt wird

P = Einzellast in Newton (vgl. Tabelle)

L₁= Probenlänge von 100 ζζλ

h = Probenhöhe von 20 mm

25 L₂ = Stützweite von 40 mm

Die Probe ist durch gleichmäßige Steigerung der Belastung stoßfrei zu biegen. In den durchgeführten Beispielen wurde ein Vorschub der Einzellast von 5 mm/min gewählt. Die ReIativwerte für die Belastbarkeit für die entsprechenden Proben wurden in Newton angegeben.

Die ermittelten Werte sind in der Tabelle 1 aufgeführt. 35 -10-

U) O

NJ UI

NJ

Ul

O UI

CO NJ

Tabelle 1

U) O

Probe relative Biegefestigkeit in N (bei Bruch der Probe)

Standardabwei- mittlere Wärmeleitf-Durchmesserchung der rela- Tempera- W/m°C schrumpfung tiven Biege- tür ⁰C der Platten

festigkeit bei 1000⁰C u.

h Haltezeit

Oberflächenbeschaffen
heit

Vergleichsplatte

62,9 79,8 75,6 64,9 69,7

70,6 + 7,1

163	0,029
299	0,029
357	0,033
465	0,041
162	0,029
252	0,030
360	0,036
466	0,042

2,3

rauhe abreibbare Oberfläche

Beispiel 1

127,6 119,3 138,8 116,1 123,2

125,0+ 8,8

1,2

glatte abriebfeste Oberflüche

- 11-

	C
	Φ
	(Ω
	C
KJ	co
KJ	co
KJ	Q)

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Beispiel 2

Es werden Wärmedämmplatten entsprechend dem Vergleichsbeispiel hergestellt, wobei bei der Fertigung der Platte an der Wärmedämmplattenoberflache ein Faserfilz oder Faservlies mit eingepreßt wird. Anschließend werden die Wärmedämmplatten entsprechend dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren mit einer Bentonitsuspension nachbehandelt. Die relative Biegefestigkeit kann dabei je nach Dicke des Filzes oder Vlieses und deren Einzelfaserlängen zusätzlich um ca. 50 bis 200 % gesteigert werden.

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Claims

15 Patentansprüche

(1. Wässrige Suspension, bestehend aus 50 bis 90 Gew.-% Wasser, 10 bis 50 Gew.-% Bentonit und 1 bis 2 Gew.-% anorganischer Faser
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2. Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Wärmedämmplatten, die pyrogen hergestelltes Siliciumdioxid als Füllstoff enthalten, unter Verwendung der Suspension gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die wässrige Suspension, bestehend aus 50 bis 90 Gew.-% Wasser, 10 bis 50 Gew.-% Bentonit und 1 bis 2 Gew.-% anorganischer Faser, gegebenenfalls wiederholt, auf die Wärmedämmplatten aufgibt, die Wärmedämmplatten gegebenenfalls bei einer Temperatur von 100 bis 150⁰C trocknet und gegebenenfalls anschließend bei einer Temperatur von 300 bis 500⁰C, gegebenenfalls wiederholt, tempert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Wärmedämmplatten ein Fasernetz oder einen Faserfilz

35 aufpresst und dann die Suspension aufsprüht.

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4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man auf mindestens eine Seite der Wärmedämmplatten die Suspension aufgibt und diese Wärmedämmplatten mit weiteren Wärmedämmplatten zusammenfügt, wobei die Suspension, indem sie eine Schicht, bestehend aus Bentonit und anorganischer Faser bildet, als Bindemittel wirkt.

5. Wärmedämmplatten, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Gemisch aus Bentonit und anorganischer Faser beschichtet sind.

6. Wärmedämmplatten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Fasernetz oder einem Faserfilz, auf dem die Schicht, bestehend aus einem Gemisch von Bentonit und anorganischer Faser, aufgebracht ist, umgeben sind.

7. Wärmedämmplatten nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie untereinander in einem Bausteinprinzip mit einer Schicht, bestehend aus einem Gemisch von Bentonit und anorganischer Faser, verbunden sind.

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