DE1252835B

DE1252835B - Verwendung von kondensierten Aluminiumphosphaten zum Härten von Wasserglaskitten

Info

Publication number: DE1252835B
Application number: DENDAT1252835D
Authority: DE
Inventors: Frankfurt/M. Dr. Rudolf Kohlhaas Frankfurt/M.-Höchst Dipl.-Ing. Nikolay Medic Kelkheim-Münster Dr. Helmut Neises Kelkheim-Hornau Dr. Albert Hloch
Original assignee: Farbwerke Hoechst Aktiengesellschaft vormals Meister Lucius &. Brüning, Frankfurt/M
Priority date: 1964-05-21
Publication date: 1967-10-26
Also published as: BE664301A; NO118224B; DK108288C; US3445257A; CH482817A; SE316459B; NL6506299A; NL150760B; GB1088693A; FI43759B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int Cl.:

Nummer.
Aktenzeichen.
Anmeldetag:
Auslegetag·

C09]

C09 K 3/

Deutsche Kl. 221 -1

125283^
F42932|lVc/22i
21. Mai i964
26 Oktober 1967

Im Chemie- und Feuerungsbau werden in großem Umfang wasserglasgebundene Kittmassen verwendet Solche Massen bestehen aus einem saure- bzw hochtemperaturbestandigen Füllstoff, beispielsweise Quarzsand oder Bariumsulfat bzw Schamotte, einem Alkahsihkat, beispielsweise Kahwasserglas, und einem Harter, der das durch Ausscheiden von Kieselsäuregel bedingte Erharten der Kittmassen bewirkt

Als Harter sind bisher Alkalisihcofluonde am weitesten verbreitet Sie haben jedoch beträchtliche Nachteile So spalten sie bei der Einwirkung von Säuren Fluorwasserstoff ab, was zu Verunreinigungen der mit den Behalterauskleidungen in Berührung kommenden Flüssigkeiten, ferner aber auch zur Korrosion nicht nur von Metallen, sondern auch von mineralischen Auskleidungen fuhrt

Bei feuerfesten Kitten, die als Füllstoff vornehmlich Schamotte enthalten, bewirkt der durch Alkahsihcofluonde eingeführte Alkali- und Fluorgehalt eine Herabsetzung dei Feuerfestigkeit

Um diese Nachteile auszuschalten, ist es bekannt, das als Harter vei wendete Sihcofluond durch organische Harter, insbesondere durch Amide oder Ester niederer Fettsauren, zu ersetzen Auch derartige Produkte haben sich in der Praxis eingeführt, ohne jedoch allen an sie gestellten Anforderungen in vollem Umfang gerecht zu werden.

Es ist weiter bekannt, als Harter fur Wasserglaskitte stochiometnsche Mengen saurer, nicht alkalisch reagierender Phosphate einzusetzen Solche Harter konnten sich jedoch in der Praxis nicht durchsetzen, weil die damit hergestellten Kittmassen keine ausreichend langen Verarbeitungszeiten aufweisen

Es wurde nun gefunden, daß man die aufgezeigten Mangel vermeiden kann, wenn man kondensierte Aluminiumphosphate zum Harten von Wasserglaskitten verwendet, die dadurch erhalten worden sind, daß man saure Aluminiumphosphate mit einem Verhältnis von P₂O₅ zu Al₂O₃ = 1,1 bis 3 einer thermischen Behandlung unterwirft, indem man sie in einer ersten Stufe bis zui Gewichtskonstanz auf höchstens 400⁰C und m einer zweiten Stufe wiederum bis zur Gewichtskonstanz auf höchstens 75O⁰C erwärmt

Wasserglaskitte, die kondensierte Aluminiumphosphate gemäß der Erfindung als Harter enthalten, sind nach dem Erharten sofort wasserfest, wahrend die mit Alkahsihcofluonden oder organischen Hartem geharteten Wasserglaskitte erst nach mehrmaligem Absauern wasserfest sind. Auch die Beständigkeit der Kitte gegen Mineralsauren wird durch die erfindungsgemaße Verwendung von kondensierten Aluminiumphosphaten als Harter erheblich verbessert Ferner Verwendung von kondensierten Aluminiumphosphaten zum Härten vop Wasserglaskitte α

Anmelder j

Farbwerke Hoechst Aktiengesellschaft

vormals Meister Lucius & Banning, Frankfurt/M.

1

Als Erfinder benannt |

Dr Albert Hloch, FrankfurtUM ;
Dr Rudolf Kohlhaas, Frankfurt/M -Höchst,
Dipl-Ing Nikolay Medio, ^elkheim-Munster,
Dr Helmut Neises, Kelkheiin-Hornau

ao fuhrt der Angriff starker Mineralsauren nicht zur Abspaltung schädlicher oder aggressiver Stoffe, wie das bei der Verwendung von Silicofluoriden der Fall ist

Fur die Herstellung der Kitte öignen sich Kali- und Natronwasserglaser, bei denen das Verhältnis SiO_s zu Me₂O in weiten Grenzen, beispielsweise zwischen erwa 1,5 und 4,0, schwanken kann. Ko lzentriertere Wasserglaser geben naturgemäß Kitte mit höheren Festigkeiten Die Kitte sollen im allgjmemen auf 4 Teile Harter 25 bis 30 Teile Wasserglas sowie 90 bis lOOTeile Füllstoff enthalten Als Füllstoffe kommen die hierfür üblicherweise verwendeten Materialien in Frage, wie beispielsweise Sihciumdioxyd, m seinen verschieder en kristallographischen Formen, wie Quarz, Chnstobalit, Ahiminiumsihkate, wie Kaolin und Tone, femer Siliciumcarbid, Schwerspat u a Die Auswahl ces Füllstoffs oder des Fullstoffgemisches hangt jeweils vom Einsatzgebiet des Wasserglaskittes ab.

Zur Herstellung der erfindungsgemaß als Harter fur Wasserglaskitte verwendeten kondensierten Alumimumphosphate werden Aluminium-ortho-phosphate mit einem Verhältnis von P₂O₅ ZuIAl₂O₃ = 1,1 bis 3, vorzugsweise 2 bis 3, verwendet, wie sie in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch Eintragen ve η Tonerdehydrat oder Tonerdegel in Phosphorsäure,

Eindampfen der Losung und Trocknen, erhalten^
den Die Aluminium-ortho-phospliate werde
dungsgemaß einer stufenweisen thermischen j
lung unterworfen, wobei sie zunächst bis zur <~
konstanz auf höchstens 400⁰C und hierauf,

bis zur Gewichtskonstanz, auf höchstens 75O⁰C erhitzt werden Die untere Grenze der Behandlungstemperatur liegt bei etwa 200⁰C und hangt van der Zusammen-

I 709 679/510

3 4

setzung des verwei deten Aluminium-ortho-phosphats Man erhalt so etwa 62 kg emes kristallinen Produkts

ab Sie ist ohne Schwiei igkeit durch eine thermo- mit einem Gesamtwassergehalt von 16% (Knstall-

gravimetnsche oder diffenntialthermische Analyse zu wasser und chemisch gebundenes Wasser, bestimmt

ermitteln durch Gluhverlust bei 800⁰C). Dieses Produkt wird

Es ist unbedingt erforderlich, daß in der ersten 5 m einem Horden-, Band- oder Trommeltrockner bei

Stufe der thermischen Behandlung die obere Tem- 220 bis 260⁰C weitergetrocknet, bis der Wassergehalt

peraturgrenze von 400⁰C nicht überschritten wird, (Gluhverlust) noch 6 bis 8 % betragt Hierbei tritt ein

bevor Gewichtskonstanz erreicht ist Wird namhch die leichtes Sintern ein Anschließend erfolgt die thermi-

Kondensation unter Umgehung dieser ersten Stufe, sehe Behandlung in einem 1,5 m langen Drehrohrofen,

d h oberhalb 400⁰C, unmittelbar im Bereich der io Pro Stunde werden 3,5 bis 4 kg durchgesetzt Im

zweiten Stufe vorgenommen, so werden keine als Drehrohr befindet sich jeweils etwa 1 kg des Materials.

Harter brauchbaren Verbindungen erhalten Die Heizung wird so geregelt, daß die Temperatur-

Die thermische Behandlung kann im übrigen char- verteilung im Ofen etwa folgendermaßen ist genweise oder auch kontinuierlich, ζ B im Drehrohrofen, durchgeführt werden. I₅ vom Anfang bis zum ersten

Die Verhaltnisse bei der thermischen Behandlung Drittel 300 bis 400⁰C
werden durch die m F ι g 1 und 2 wiedergegebenen

Kurven verdeutlicht, von denen Fig 1 die bei der Im zweiten Drittel . 400 bis 500⁰C
thermogravimetrischen, Fi g 2 die bei der differen-

tialthermischen Analyse erhaltene Kurve wiedergibt, ao ^Am Otenausgang . 600 C Die Bezugsziffern 1 und 2 verweisen jeweils auf die

durch einen Gewichtsverlust durch Wasserabspaltung Das fertige Produkt weist bei beiden Beispielen fol-

bedmgten und durch eine endotherme Umwandlung gende Zusammensetzung auf gekennzeichneten Änderungen des Kurvenverlaufs.

Fur die Untersuchung wurde im vorliegenden Fall ein 25 77 2 °/ PO-

Aluminium-ortho-phosphat mit einem Verhältnis '/020

P₂O₅ zu Al₂O₃ = 2,5 herangezogen 22,4% Al₂O₃

Die Herstellung emes erfindungsgemaß verwendeten _{Λ 0}. _.., .

Harters fur Wasserglaskitte, bei dem das Verhältnis ^υ'⁴ '· ^ω«^{ηνεΓηΐ81} P₂O₅ zu Al₂O₃ 2,5 betragt, wird an folgenden Beispielen 30

dargelegt Das Produkt ist nicht hygroskopisch und kann ohne

Bemtrachtigung seiner Hartereigenschaften gelagert

Beispiel 1 werden

Die Hydrolyse des kondensierten Aluminmm-

320 g Tonerdehydrat (64 bis 65% Al₂O₃) werden 35 phosphats gemäß Beispiel 1 und 2 bei einem pH-Wert

m 250 ml Wasser suspendiert Diese Suspension wird von 10 bis 11 verlauft wahrend der ersten 30 Minuten

langsam in 1300 g vorgewärmte Phosphorsaure (55 % annähernd linear, wie die aus F1 g. 3 ersichtliche

P₂O₅) eingerührt, wobei sich das Tonerdehydrat unter Hydrolysekurve zeigt Zur Bestimmung wurde 1 g

Wärmeentwicklung lost Die erhaltene klare Losung des Produktes in Wasser suspendiert und die Suspen-

wird bis zur beginnenden Trübung eingedampft. Der *o sion nut Natronlauge auf pH 10 bis 11 eingestellt,

weitere Wasserentzug erfolgt durch 48stundiges Er- Durch automatische Zugabe von n/4-NaOH wurde

warmeu auf 170 bis 200⁰C. Die Trocknung kann auch dieser pH-Wert aufrechterhalten F1 g 3 zeigt die

in einem Zerstäubungstrockner oder einem Walzen- Zugabe von n/4-NaOH in Abhängigkeit von der Zeit, trockner vorgenommen werden Das getrocknete

Produkt wird grob vermählen und nun zunächst 45 B e 1 s ρ 1 e 1 3 2V₂ Stunden auf 350 bis 450⁰C, im Mittel etwa 400° C,

und anschließend weitere 2¹I₂ Stunden auf 500 bis Nach der im Beispiel 1 angegebenen Herstellungs-

600⁰C, im Mittel auf etwa 550⁰C, erwärmt Nachdem methode wird em Harter hergestellt, wobei für die

Abkühlen wird der fertige Harter fein vermählen. Herstellung des Aluminium-ortho-phosphats an Stelle

Die thermische Behandlung kann auch mit Hilfe 50 des Tonerdehydrats die äquivalente Menge eines

einer kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung, beispiels- Tonerdegels der Zusammensetzung weise emes Drehrohrofens, durchgeführt werden, wie

das folgende Beispiel zeigt. [Al₂(OH)₅Cl]

verwendet wird

55 Mit dem nach den Beispielen 1 und 2 hergestellten

Beispiel 2 Aluminiumphosphat wird ein Wasserglaskitt folgender

Zusammensetzung hergestellt

18,2 kg Tonerdehydrat mit einem Al₂O₃-GeImIt von

64% werden m etwa 251 Wasser aufgeschlammt und 96 Teile Quarzsand der Korngroßeverteilung
m kleinen Portionen unter standigem Ruhren in 74 kg 60

Phosphorsaure mit einem P₂O₅-Gehalt von 55% ein- ^uber °»1^{5 mm} · ³°/o

getragen, wobei die Phosphorsaure auf 90 bis 100⁰C _{0 15 b]S 0125 mm 610/}
vorgewärmt ist Der Wasserentzug aus der etwa 80 bis

90⁰C warmen Losung erfolgt m einem Zerstaubungs- unter 0,125 mm 36%
trockner bei einem Durchsatz von 7 bis 9 l/h Dem 65

Trockner werden stündlich 550 bis 600 Nm³ Luft von werden mit 4 Teilen Harter innig vermischt. Hierzu

210 bis 260°C zugeführt Die Temperatur an der werden 30 Teile Kahwasserglas (K₂O zu SiO₂ = 1:1,88,

Eintrittsstelle des Trockners betragt 180 bis 22O⁰C. Dichte = 1,42) gegeben und die Mischung gut ver-

rührt Der erhaltene Kitt ist 30 Minuten lang verarbeitbar und erhärtete innerhalb 24 Stunden zu einer saure- und wasserfesten Masse
Die folgende Tabelle I zeigt die mechanischen und

chemischen Eigenschaften¹, un Vergleich zu denen handelsüblicher Kitte, bei; denen als Harter Amide organischer Sauren oder; Silicofluoride verwendet wurden.

Tabelle I

	Handelsüblich kg/cm²	Iv ff	t erfindungs- maß verwen- etem Harter kg/cm*
Druckfestigkeit nach 8 Tagen Lagerung
an der Luft	186¹)	310
in Wasser	zerstört¹)
in H₂SO₄ 96»/.	zerstört¹)
Haftfestigkeit auf Eisen nach 8 Tagen Lagerung an der Luft	15¹)
Auf keramischem Stein unmittelbar nach Erharten an der Luft	30¹)
In H₂SO₄ 96 »/ο
nach 8 Tagen	keine Haftung mehr²)
nach 4 Wochen	keine H aftung mehr²)
240
280
19
! 25

i ¹⁴
'; 15

·) Mit organischem Harter
*) Harter Süikofluond

Zur weiteren Prüfung wurden Kittmassen mit ver- Tabelle II ersichtlich Zum Vergleich wurde em schiedenen Wasserglasern untei erfindungsgemaßer 40 handelsüblicher Saurekitt mit organischem Harter Verwendung der kondensierten Aluminiumphosphate herangezogen Die verwendeten Wasserglaser hatten als Harter hergestellt. Die Zusammensetzung der Kitt folgende Kenndaten. massen und die Ergebnisse dei Prüfung sind aus

	A	B	;	C
	K₂O 14,5 »/0	Na₂O 7,5%		K₂O 11,2%
SiO₂	27,2»/,	25,5%		4,5%
Dichte	1,42	1,33	4	1,32
SiO₂ Me₂O	1,88	3,4	2,2
Viskosität bei 2O⁰C cP	50	38	5

Wie die folgende Tabelle III zeigt, sind unter eifin- 65 organischem Harter nach Erha)rten dungsgemaßer Verwendung der kondensierten Alu säuert werden müssen, damit s; miniumphosphate als Harter hergestellte Kittungen Letzteres gilt auch fur Kittungeo ohne Nachbehandlung wasserfest, wahrend solche mit von Alkahsibcofiuonden als Härter

mehrmals ajgee wasserfest werden, unter Verwendung

Tabelle II

	Handelsüblicher Saurekitt mit organischem Harter 100 g Kittmehl 36 g Wasserglas A 45 Minuten Verarbeitungszeit	Kittmehl mit Harter nach Beispiel 3 95 g Sandgemisch 5 g Harter 100 g Kittmehl 25 g Wasserglas A 45 Minuten Verarbeitungszeit, 24 Stunden Erhitzungszeit	Kittmehl mit Harter nach 96 g Sandgemisch 4 g Harter 100 g Kittmehl 28 g Wasserglas A 50 Minuten Verarbeitungszeit, 24 Stunden Erhitzungszeit	Beispiel 1 und 2 96 g Sandgerrusch 4 g Harter 100 g Kittmehl 27 g Wasserglas B 50 Minuten Verarbeitungszeit, 24 Stunden Erhitzungszeit	97 g Sandgemisch 3 g Harter 100 g Kittmehl 27 g Wasserglas C 50 Minuten Verarbeitungszeit, 24 Stunden Erhitzungszeit
Zylinderproben³), KD¹) kg/cm²
nach 8 Tagen Luftlagerung .	175	258	157	138	105
nach 4 Wochen Luftlagerung	250	340	336	250	200
Haftung auf Eisen, KZ²) kg/cm^a
nach 8 Tagen Luftlagerung	12,4	17,9	Hl	12,1	12,1
nach 4 Wochen Luftlagerung . . .	15	24	13,9	13	12,1
Haftung auf keramischem Stern, KZ^a) kg/cm²
nach 8 Tagen Luftlagerung	25	23,6	16,7	15,0	16,5
nach 4 Wochen Luftlagerung	30	30	20,6	18,6	14,8
14 Tage Luftlagerung, 16 Stunden auf 90⁰C gealtert, anschheßend 6 Wochen gelagert in 70°/₀ N₂SO₄ bei 2O⁰C	10	20	14,5	13,4	3,8
14 Tage Luftlagerung, 6 Wochen gelagert in 70% N₂SO₄ . .	zerstört	20	14,4	14,0	6,4
Zyhnderproben⁸), KD¹) kg/cm²
nach 8 Tagen 8 Stunden gekocht in Trink wasser . ...	zerstört	205	141	147	114

OO CJI

Kaltdruckfestigkeit.

") Kaltzugfestigkeit

⁸) Meßkorper* Prufzyhnder 25 · 25 mm.

Claims

Patentanspi uch

Verwendung von kondensierten Aluminmmphosphaten, die dadurch erhalten worden sind, daß man saure Aluminiumphosphate mit einem Verhältnis von P₈O₅ zu Al₂O₃ = 1,1 bis 3 eirer thermischen Behandlung unterwirft, indem man sie m einer ersten Stufe [bis zur Gewichtskonstanz auf höchstens 400⁰C und in einer zweiien Stufe wiederum bis zur Gewicjbtskonstanz auf höchstens 750⁰C erwärmt, zum ,Härten von Wasserglaskitten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 679/510 10 67 © Bundesdruckerei Berlin