DE818749C - Feuerfeste Waermeisoliermasse - Google Patents

Description

• Feuerfeste Wärmeisoliermasse Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von feuerfesten Wärmeisoliermassen und daraus verfertigten Gegenständen, insbesondere für die `@'ärnieisolierung gewerblicher oder häuslicher :1lilagen und deren Anlageteile.
• Die feuerfesten Wärmeisoliermassen, welche den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden, können entweder von Hand in ihrem plastischen, d. h. feuchten Zustand aufgebracht werden, oder sie können schon vorher in eine Form gebracht werden, z. B. in die Form trockener Platten verschiedener normaler Abmessungen oder normaler Profile von halbkreisförmigem Querschnitt, die dann an den verschiedenen zu isolierenden Teilen in bekannter Weise, z. B. mit Klammern u. dgl. befestigt werden kiillrle 1l. Wie bekannt, kann man solche blassen aus Schaunivertnictllit, aus einem faserigen Verstärkungsstoff, wie z. B. Asbest und einem Bindemittel, z. B. Betonitton, herstellen.
• Bei Auswahl eines als Bindemittel zu verwendenden Tons muB jedoch auf gewisse seiner physikalischen Eigenschaften Rücksicht genommen werden, nämlich auf seine Plastizitätsgrenze, auf den Haftpunkt, das Quellungsverhältnis im Wasser, das Wasseraufnahmevermögen und die Schrumpfung beim Trocknen. Diese physikalischen Eigenschaften werden gewöhnlich wie folgt definiert: Plastizitätsgrenze. Die Plastizitätsgrenze ist der niedrigste Feuchtigkeitsgehalt in Gewichtsprozenten des trockenen Tons, bei welchem der Ton noch zu Fäden von 3,2 mm Durchmesser gerollt werden kann, ohne daß die Fäden dabei in Stücke brechen (Bezeichnung der American Society for Testing Materials: D.424-39).
• Haftpunkt. Der Haftpunkt wird definiert als derjenige Punkt, bei welchem ein Ton-!Wasser-Gemisch so viel Wasser enthält, daß es beginnt an den Fingern zu haften, während das gleiche Material mit einem etwas geringeren Anteil an Wasser Abdrücke der feinen Linien der Haut zeigt, sich jedoch sauber von den Fingern ablösen läßt. Der Anteil an Wasser, der erforderlich ist, um bei einem bestimmten Ton das Anhaften an den Fingern herbeizuführen, gemessen als Prozentsatz des Gewichts des trockenen Tons, ist ein Maß bestimmter physikalischer Bedeutung und eine der wichtigsten Konstanten der Tone. (The Chemistry and Physics of Claye [Chemie und Physik der Tone] A. B. S e a r 1 e, Auflage 1933, Seite 299.) Das Ouellungsverhältnis in Wasser. Dieses wird bestimmt durch vorsichtiges Einbringen von 20 cm3 der trockenen Probe in einen graduierten Zylinder von 250 cm3 Inhalt, dann vorsichtiges Eingießen frisch gekochten destillierten Wassers mittels einer Pipette unter dauerndem gelinden Umrühren mit einem Glasstab, bis die Probe in einen dünnen gelartigen Kleister übergeführt ist, dann Abwaschen des an dem Rührstab haftenden Materials in den Zylinder hinein mittels destillierten Wassers aus einer Waschflasche und Auffüllen des Zylinders mindestens auf den 200 cm3-Teilstrich mit weiterem frisch gekochtem destilliertem Wasser. Sollte sich während des Rührens eine flüssige Suspension bilden, dann ist das kein Schaden, weil sich infolge der thixotropischen Eigenschaft beim Abstehen ein Gel bildet. Der die Versuchsprobe enthaltende Zylinder bleibt bei Zimmertemperatur stehen, bis (las Gel zu einem konstanten Spiegel angestiegen ist, worauf das Gelvoltimen bestimmt wird. Aus dem Unterschied der beiden Volumina, d. h. den 20 cm3 des trockenen Materials und dem Volumen des'gequollenen Gels erhält man das Quellungsverhältnis der Volumina.
• Schrumpfung in Volumprozenten beim Trocknen. Das verwendete Prüfverfahren ist das von der American Society for Testing Materials mit D. 427-39 bezeichnete.
• Unter Berücksichtigung des vorstehend Gesagten wird gemäß vorliegender Erfindung als Bindemittel vorzugsweise aufbereitete Fullererde in der Form von synthetischem Natriummontmorillonit verwendet, der aus der natürlich-modifizierten Fullererde hergestellt wird, indem das Calcium im Rasenaustausch durch Natrium ersetzt wird.
• Nach J. W. M e 11 o r und anderen ist reiner Montmorillonit eine Art von Alumilrotetrasilikat oder Tonhydrat, welches durch die stö chiometrische Formel Ale 03 # 4 Si 02 - 9 H:.,0 dargestellt «-erden kann. In diesem reinen Zustande kommt er in der Natur selten vor, gewöhnlich jedoch als Bestandteil von Erden oder Tonen in einem natürlichen modifizierten Zustande, wobei Teile seiner AI-Ionen ent-. weder durch zweiwertige '-\Ig- oder zweiwertige Ca-Ionen ersetzt sind. So geben Rose und Shannon im Journ. Amer. Cer. Soc. 9 bis 77 (t926) seine Formel wie folgt an: (Mg, Ca) 0-A1203.5 Si 02-xH20. Solch ein Montmorillonit mit einem zweiwertigen Calcium-Ion ist der Hauptbestandteil der Fullererde. Das zweiwertige Calcium-Ion dieses natürlich modifizierten Montmorillonits kann mit einem einwertigen Natrium-Ion, z.ß.von wässerigem Natriumhydroxyd, eine künstliche Basenaustauschreaktion eingehen. Die stöchiometrische Formel eines natürlich modifizierten Montmorillonits, der eine solche Basenaustauschreaktion durchgemacht hat, kann, wie folgt, ausgedrückt werden: Na., O - A12 03 5Si02*xH20.
• Diese künstliche Basenaustauscheigenschaft der Fullererde macht sie zu einem geeigneten Ausgangsmaterial für die Herstellung eines plastischenBindemittels. Solch eine aufbereitete Fullererde (oder Synthetischer Natriummontmorillonit) ist erheblich billiger als Bentonit, ist hochkolloidal und besitzt neben guten Bindeeigenschaften auch die obenerwähnten physikalischen Eigenschaften in einem höheren Grade wie Bentonit, wie aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich ist.

  Haftpunkt Konsistenz: Steife Paste

  Plastizitäts- Wasser-

  Bindertyp verhältnis Quellung Wasser- Schwund

  grenze

  cm3/roo g verhältnis in Volum-

  trockenen Tons cm'/i00 g prozent

  trockenen Tons beim Trocknen

  Bentonit I 46,1 266 I 8fach I 218 77,7

  Aufbereitete Fullererde

  in der Form synthetischen 39,2 75 5 bis 6fach ioo 63,1

  Na-Montmorillonits

  Es ist daraus zu entnehmen, daß die von Bentonit aufgenommene Wassermenge erheblich höher ist, wie auch die Schwindung beim Trocknen größer ist als bei aufbereiteter Fullererde.
• Ein wesentlich niedrigeres Schrumpfungs- bzw. Schwindungsverhältnis ist von großer Bedeutung, wenn z. B. die Isolierung von Kesseln und Dampfrohren mit einer Masse im plastischen, d. h. nassen Zustande vorgenommen wird. Solch eine nasse Masse trocknet allmählich aus, wobei sich unvermeidlicherweise eine Schrumpfung einstellt. Überschreitet diese Schrumpfung eine gewisse Grenze, dann ki,nnen ltissc entst@ iieii, welche den Zweck der Isolierung illusorisch machen.
• Falls gewünscht, kann ein geeigneter einheimischer Ton, vorzugsweise Kugelton, mit der aufbereiteten Ftillererde gemischt werden.
• Vermiculit und Vermiculite sind Glimmermineralien, welche als hydratisierte Magnesiumaluminiumsilicate timwandlungsprodukte der Glimmer wie Biotit, Phlogopit und Chlorit darstellen, mit denen sie zum Teil eng verwandt sind. Da sie in ihrer Zusammensetzung ziemlich weitgehend variieren, ist ihre chemische Natur mehr oder weniger undefiniert. In der Hauptsache entsprechen sie jedoch ihrem Iderkunftsmineral und wenn sie auch je nach dem Grad der Umwandlung in ihrer Zusammensetzung differieren, so haben sie doch mehr oder weniger vollkommen einige charakteristische, physikalische Merkmale ihrer Herkunft beibehalten, wie z. P>. die Weichheit, Biegsamkeit und Elastizität ihrer Lamellenplättchen. Beim Erhitzen verlieren sie ihre Feuchtigkeit; mit dem Verlust des Wassers ist auch ihre allgemeine Eigenschaft des Abschilferns und der Ausdehnung verbunden. Je nach dem Grad und der Dauer der Erhitzung spalten sich die Lamellen langsam oder schnell und bilden dabei wurmähnliche Fäden, von welcher Eigenschaft her sich der Name Vermiculit ableitet. Die durch Wärmeausdehnung erzielte ]Zaumerfüllung beträgt etwa (las 5- bis lo- oder t 5fache des ursprünglichen Volumens. Das durch die Ausdehnung erzielte Schaummaterial ist schwer schmelzbar (Schmelzpunkt um 1350°) und in hohem Grade federnd.
• Es wurde nun gefunden, daß derartiger Schaumvermiculit einen hohen Wirkungsgrad besitzt, wenn er von einer Feinheit ist, daß 75 Gewichtsprozent auf einen Sieb von o,635 mm Maschenweite und 0,635 mm Drahtstärke zurückbleiben, während 25 Gewichtsprozent durch dieses Sieb hindurchgelten.
• Ebenso wurde gefunden, daß kardierte Asbestfaser als faseriges Verstärkungsmittel außerordentlich geeignet ist. Der kandierte Asbest, der verwendet wird, entspricht genormten und handelsüblichen Feinheiten. Das normale Prüfverfahren besteht darin, daß man die Asbestfaser in einer normalen Prüfmaschine der Faserlänge nach trennt und klassiert. Die Maschine besteht aus vier übereinander angeordneten Kästen, von denen drei mit ])öden aus Maschengewebe versehen sind. Das oberste Sieb hat eine flaschenweite von 12.7 nlm und 3,25 min Drahtstärke, das zweite Sieb eine :\Iaschen@veite von 6,35 nun und 2,34 mm Drahtstärke, das dritte eine NTaschenweite von 1,68 mm und o,86 nein Drahtstärke. Der vierte und unterste Kast(#n ist vollwan(lig und dient zur Aufnahme des misl;esiehten, feinsten Materials.
• I,ei Ausführung des Versuchs werden 453 g :\sl)e:t in (lcn obersten Kasten gelegt und der ganze Satz 2 Nfinttten lang bei 300 Schwingungen/Minute geschüttelt. TIierauf wird der Rückstand in jedem Kasten gewogen und die Faser nach der Menge klassiert, die in jedem Kasten zurückbleibt. je länger die Faser ist, desto größer ist der Anteil, der in den oberen Kästen zurückbleibt.
• Das Material kann in Fibre (lange Faser) oder Shorts (kurze Faser) eingeteilt werden, je nach dem beim Absieben erhaltenen Ergebnis. Die typische Faser ergibt z. B. die folgenden Absiebungsresultate: Rückstand auf dem obersten Sieb, _ , , Null Rückstand auf dem zweiten Sieb..... 14,2 g Rückstand auf dem dritten Sieb..... 297 g Durchgang durch das dritte Sieb..... 142 g oder in Gramm 'kurz ausgedrückt Fibre o - 14 -- 297 -I42 Typische Shorts ergeben folgende Absiebresultate: Rückstand auf dem obersten Sieb..... Null Rückstand auf dem zweiten Sieb..... Null Rückstand auf dem dritten Sieb. .. .. . 113 t; Durchgang durch-das dritte Sieb..... 3409 oder in Gramm 'kurz ausgedrückt: Shorts o - o - 113 - 340.
• Diese Grade werden vorzugsweise in dem folgenden Verhältnis Lemischt:

  Gewichtsprozent

  Fibre 0 - 14 - 297 - 142 75 bis 95

  Shorts 0 - 0 - 113 - 340 25 bis 5

  100

  Besonders gute Resultate werden auch mit fol-Tender Mischung erzielt:

  Gewichtsprozent

  Fibre 0 - 14 - 297 - 142 88

  Shorts 0 - 0 - 113 - 340 12

  1000/0

  Nachstehend wird diese Mischung als kandierter Asbest bezeichnet. Es wird indessen darauf hingewiesen, daß die obigen Anteile lediglich zur Veranschaulichung dienen und keineswegs den Umfang der Erfindung irgendwie einschränken.
• Nachstehend einige Beispiele für die Zusammensetzung von Wärmeisolationsmassen gemäß der vorliegenden Erfindung:

  Beispiel 1

  Gewichtsprozent

  Schaumvermiculit ........ 66

  Kandierter Asbest . . . . . . . 17

  Aufbereitete Fullererde in der

  Form synthetischen

  Natriummontmorillonits 17

  1000/0

  Beispie12

  Gewichtsprozciit

  Schaumvermiculit ........ 66

  Kandierter Asbest . . . . . . . . 17

  Aufbereitete Fullererde in der

  Form synthetischen

  Natriummontmorillonits 12

  Kti-elton . . . . . . . . . . . . . . . . 5 _

  1000/0

  Obwohl eine geringe Abweichung von diesen Zahlen ztiliissig ist, muß bemerkt werden, (laß eine wesentliche Abweichung für die Eigenschaften der Isolierung für den besonderen beabsichtigten Zweck schädlich ist, Die Gemische, wie sie in den obigen Beispielen angeführt sind, werden nach dem Trockenmischen in einem geeigneten Mischer' endgültig mit einem angemessenen Anteil Wasser angerührt und auf eine verarbeitbare plastische Konsistenz zur Anwendung zwecks Auftragens gebracht.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜC1iE: i. Feuerfestes Wärmeisolierungsmaterial, gekennzeichnet durch seine Zusammensetzung aus Schaumvermiculit, einem faserigen Verstärkungsmittel, wie z. B. Asbest, und einem Bindemittel, welch letzteres ganz oder zum größten Teil aus aufbereiteter Fullererde in der Form von synthetischem Natriummontmorillonit besteht, in welchem das Calcium der natürlich modifizierten Fullererde durch Natrium ersetzt ist.
2. 2. Feuerfeste Wärmeisolierungsmasse gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel außer dem synthetischen Natriummontmorillonit noch ein naturgewachsener Ton, vorzugsweise Kugelton, verwendet wird.
3. 3. Feuerfeste Wärmeisolierungsmasse, geketin7eichnet durch ihre Zusammensetzung aus. etwa 66 Gewichtsprozent Scliaumverniiculilt, etwa 17 Gew iciitsprozent kardiertem Asbest und der Rest aus aufbereiteter Fullererde in Form von svnthetisclietn Natriummontmcrillotiit.. d.
4. Feuerfeste Wärmeisolierungsmasse, gekennzeichnet durch ihre Zusaniniensetzung aus etwa 66 Gewichtsprozent Schaunivermiculit, etwa 17 Gewichtsprozent kardiertetn Asbest, etwa 12 Gewichtsprozent aufbereiteter Fullererde in Form von s\-ntlietiscliem Natriutnmontmorillonit und deni Rest aus Kugelton.
5. 5. Feuerfeste `@'ärtneisolierungsmasse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dazu verwendete Schauinvermiculit einer Sortierung entspricht, von der 75 Gewichtsprozent auf einem Sieb von o,635 'nm Maschenweite und o,635 mm Drahtstärke zurückbleiben und 2; Gewichtsprozente dasselbe passieren.
6. 6. Feuerfeste Wä rnieisolierungstnasse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der faserige Verstärkungsstoff aus kardierteni -\sbest besteht, und zwar zu 75 bis 95 Gewichtsprozent handelsüblicher Standardsortierung von o - 1.4 - 297 - 1-12 und zu 25 bis 5 Gewichtsprozent handelsüblicher Standardsortierung @-on o - o - i i 3-340.