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DE2714889A1 - Bindemittel auf basis von alkalisilikatloesungen - Google Patents

Bindemittel auf basis von alkalisilikatloesungen

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DE2714889A1
DE2714889A1 DE19772714889 DE2714889A DE2714889A1 DE 2714889 A1 DE2714889 A1 DE 2714889A1 DE 19772714889 DE19772714889 DE 19772714889 DE 2714889 A DE2714889 A DE 2714889A DE 2714889 A1 DE2714889 A1 DE 2714889A1
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description

Henkel &Cie GmbH
Blatt ^ zur Patentanmeldung D 5586 Patente und Literatur
^ 27U889
"Bindemittel auf Basis von Alkalisilikatlösungen"
Die Erfindung betrifft Bindemittel auf Basis von Alkalisilikatlösungen mit verkürzter Abbindezeit und verbesserter Wasserfestigkeit der damit hergestellten Klebungen.
Bindemittel auf Basis von wäßrigen Alkalisilikatlösungen sind seit langem bekannt und werden in großem Umfang in der Praxis eingesetzt. Sie v/erden u.a. zur Herstellung von mineralischen Isolierstoffen, Imprägniermitteln,Überzugsmassen, Anstrichmitteln und Kitten sowie zum Verkleben von Holz, Papier, Keramik und mineralischem Material verwendet.
Werden für die genannten Zwecke Alkalisilikatlösungen allein, d.h. ohne Zusatz verwendet, so erfüllen die damit hergestellteil Klebe- und Kittverbindungen, Isolierschichten, Überzüge und Anstriche in vielen Fällen nicht die vielseitigen technischen Anforderungen. So sind Härte, Elastizität und Beständigkeit gegen Temperatur und Wasserhäufig mangelhaft. Es sind deshalb schon zahlreiche Vorschläge zur Verbesserung dieser Eigenschaften durch geeignete Zusätze zu den Bindemitteln gemacht worden. Als Härter sind vor allem Säuren, Säure abspaltende oder sauer reagierende Produkte, wie z. B. Harnstoff vorgeschlagen worden. Die Vielzahl der bekanntgewordenen Vorschläge zeigt Jedoch, daß die erzielten Effekte in der Praxis noch nicht befriedigen.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Bindemittel auf Basis von Alkalisilikatlösungen zu finden, die gegenüber den bekannten Produkten eine kürzere Abbindezeit aufweisen. Gleichzeitig sollte die Wasserfestigkeit der mit Hilfe dieser Bindemittel hergestellten Klebungen verbessert werden.
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Henkel & de GmbH
Blatt 5 zuf Patentanmeldung D 558^' Patente und Literatur
27U889
Diese Aufgabe wird durch die nachstehend beschriebenen Bindemittel gelöst. Es handelt sich dabei um Bindemittel auf Basis von Alkalisilikaten mit einem Molverhältnis SiO2 : M2O im Bereich von 1,8 bis 4,0 und einem Peststoffgehalt von 20 bis 55 Gew.-^, die durch einen Gehalt an Kaliummetaborat gekennzeichnet sind.
Die neuen Bindemittel enthalten so viel Kaliummetaborat, daß das Molverhältnis SiO2 : KBO2 im Bereich von 0,1 bis 50, vorzugsweise 5 bis 20, liegt.
Die Konzentration der Silikatlösungen und das Molverhältnis von SiO0 zu Alkalimetalloxid in den Lösungen kann in weiten Grenzen schwanken und richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck des Bindemittels. Im allgemeinen werden handelsübliche Natrium-, Kalium- oder Lithiumsilikatlösungen eingesetzt.
Das für die Herstellung der neuen Bindemittel benötigte Kaliummetaborat wird zweckmäßig durch Vermischen von Borsäure mit der nach der Gleichung
HBO, + KOH » KBO2 + H2O
erforderlichen stochiometrischen Menge konzentrierter Kaliumhydroxidlösung erhalten.
Die Herstellung der Bindemittel erfolgt durch einfaches Vermischen der Alkalisilikatlösungen mit der Menge Kaliummetaboratlösung, die dem gewünschten Molverhältnis entspricht .
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Henkel &Cie GmbH
Blatt )[ zur Patentanmeldung D 55^t) Patente und Literatur
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Die neuen Bindemittel auf Basis von Alkalisilikaten können bekannte Zusätze, wie z.B. Amine und quaternäre Ammoniumbasen enthalten. Durch solche Zusätze lassen sich die Eigenschaften der Bindemittellösungen und die Eigenschaften der mit ihrer Hilfe hergestellten Verbindungen weiter modifizieren. Diese Substanzen werden im allgemeinen in Mengen von 0,05 bis 1 Gew. ■-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Bindemittels, zugemischt.
Die neuen Produkte sind lagerstabil und besitzen eine hohe Bindekraft. Gegenüber den bekannten Wasserglasbindemitteln besitzen sie eine erhöhte Abbindegeschwindigkeit. Die mit ihrer Hilfe hergestellten Verbindungen weisen eine wesentlich größere Wasserbeständigkeit auf als solche, die mit bekannten Bindemitteln a\if Basis von Wasserglas hergestellt wurden.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, sie jedoch nicht darauf beschränken.
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Henkel Ä Cio GmbH
Blatt 5 zur Patentanmeldung D 5586 Patente und Literatur
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Beispiele
Beispiel It .
Zur Herstellung von Isollerformkörpern wurden jeweils 1000 g Vermiculite-Pulver (Korngröße 2 bis 4 mm oder 3 bis 6 mm) mit 1000 g Bindemittel vermischt. Die erhaltenen Massen wurden in einer Formpresse zu Platten verpresst, wobei eine Verdichtung auf etwa 50 # des ursprünglichen Volumens eintrat. Die so erhaltenen Formkörper besaßen sofort nach dem Pressen eine für den Transport ausreichende Grünfestigkeit. Sie wurden bei Raumtemperatur getrocknet und dann bei Temperaturen von 18O°C oder 300 C 6 Stunden lang getempert.
Als Bindemittel wurden die erfindungsgemäßen Produkte A, B und C eingesetzt:
A) 1887 g Natriurasilikatlösung (SiOg : Na2O = 3,42; 29,0 Gew.-Ji SiO2; 36,4 Gew.-^ Feststoff gehalt; 40/42° Be) + 109 g Kaliummetaboratlösung, hergestellt aus 31 g (0,5 Mol) Borsäure, rein und 78 g 38#iger Kaliumhydroxidlösung. Mol verhältnis SiO2, : KBO2 = 17,6.
B) I826 g Natriurosilikat (wie unter A) + 174 g Kaliummetaboratlösung, hergestellt aus 49,6 g (0,8 Mol) Borsäure, rein und 124 g 38#iger Kaliumhydroxidlösung. Molverhältnis SiO3 : KBO2 = 10,6.
C) 1738 g Natriumsllikatlösung (wie unter A) + 261,6 g Kaiiummetaboratiösung, hergestellt aus 74,4 g (1,2 Mol) Borsäure, rein und 187,2 g 38#iger Kaliumhydroxidlösung. Molverhältnis SiO3 : KBO2 = 6,75·
Zum Vergleich wurden die Produkte D bis F als Bindemittel verwendet:
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Henkel & CtC GmbH
Blatt 6 zur Patentanmeldung D 5586 Patente und Literatur
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D) Natriumsilikatlösung (wie unter A), jedoch ohne Zusatz.
E) I929 g Natriumsilikatlösung (wie unter Λ) + 71 g Natriummetaboratlösung, hergestellt aus Jl g (0,5 Mol) Borsäure, rein und 40 g 50#iger Natriumhydroxidlösung. Molverhältnis SiO2 : NaBO2 = 17,9·
F) i860 g Natriumsilikatlösung (wie unter Λ) + 113,6 g Natriummetaboratlösung, hergestellt aus 49,6 g (0,8 Mol) Borsäure, rein und 64 g 50$iger Natriumhydroxidlösung. Molverhältnis SiO2 : NaBO2 = 10,95.
G) 1865 g Natriumsilikatlösung (wie unter A) + 67,5 g Natriummetaphosphatlösung, hergestellt aus 30,6 g
g und 36,9 g Wasser. Molverhältnis
g 2
NaPO3 = 14,5.
Die mit den erfindungsgemäßen Bindemitteln A, B und C hergestellten Formkörper besaßen eine höhere Festigkeit, insbesondere an den Kanten, als die mit den Produkten D bis G erhaltenen.
Zur Ermittlung der Wasserfestigkeit wurden die Isolierformkör per in deionisiertem Wasser gelagert und im Abstand von 24 Stunden auf ihre Festigkeit geprüft. Die Ergebnisse dieses Tests sind in der Tabelle I wiedergegeben.
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Blatt 7 zur Patentanmeldung D 5586
Henkel ÄCie GmbH
Patente und Literatur
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TABELLE
Wasserfestigkeit der Vermiculite-Isolierformkörper
Bindemittel getempert bei 18O°C 5000C
5 Wochen 7 Wochen
A 5 Wochen 7 Wochen
B 6 Wochen 7 Wochen
C 1 Tag 1 Tag
D 3 Tage 1 Tag
E 5 Tage 2 Tage
F 1 Tag 4 Tage
G
Vergleichbare Ergebnisse wurden erzielt, wenn zur Herstellung der Formkörper Vermiculite-Bindemittel-Mischungen im Gewichtsverhältnis 2:1,5:1 und 4 : 1 verwendet wurden.
Beispiel 2:
1000 g Natriumsilikatlösung (SiO2 : Na3O = 2,4; 25,2 Gew.-% SiOpJ 47,0 Gew.-^ Feststoffgehalt; 50/52° Be) wurden mit 87,2 g Kaliummetaboratlösung versetzt, die aus 24,8 g (0,4 Mol) Borsäure, rein und 62,4 g 38#iger Kaliumhydroxidlösung hergestellt worden war. In dem so erhaltenen Bindemittel war das Molverhältnis SiO2 : KBO2 = 13,8.
Zur Herstellung von Gußkernen wurden 9,6 kg Formsand mit 400 g des oben beschriebenen Bindemittels vermischt. Das Gemisch wurde in Formen gepresst und die Presslinge durch Begasen mit Kohlendioxid (0,5 atü CO2; 7 see) gehärtet und danach 60 Minuten lang bei 18O°C getempert. Zur Ermittlung ihrer Lagerstabilität wurden die so erhaltenen Gußkerne bei
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/8
Blatt 8 Zur Patentanmeldung D 5586
Henkel &Cie GmbH
Patente und Literatur
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25°C und 75 % Luftfeuchtigkeit im Klimaschrank gelagert. Als Maß für die Lagerbeständigkeit wurde die Scherfestigkeit der Gußkerne in den in der Tabelle II angegebenen Zeitabständen von der Herstellung ermittelt.
Zum Vergleich wurden Gußkerne nach der oben beschriebenen Methode, Jedoch unter Verwendung der oben angegebenen Natriumsilikatlösung ohne KBOp-Zusatz hergestellt und auf ihr Verhalten beim Lagern getestet. Die Ergebnisse des Lagerstabilitätstests sind in der Tabelle II wiedergegeben.
TABELLE II
Lagerstabilität der Gußkerne bei 250C und 75 % Luftfeuchtigkeit
Lagerzeit Scherfestigkeit in kp/cm Vergleich
erfindungsgern.
Bindemittel		 65
2h Stunden 80 28
72 Stunden 60 26
1 Woche 49 52
2 Wochen 42 51
3 Wochen 42 26
h Wochen 55
/9
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Henke! &Cie GmbH
Blatt 9 zur Patentanmeldung D 558t Patente und Literatur
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Beispiel 3;
Zur Herstellung'stärkerer Bauelemente wurden Asbestzementplatten und Asbestzement-Celluloseplatten miteinander verklebt. Als Bindemittel wurden die in Beispiel 1 unter A bis C beschriebenen, mit Kaliummetaborat modifizierten Natriumsilikatlösungen eingesetzt. Die Verbundplatten wurden 6 Stunden lang bei 18O°C getrocknet. Lagerte man die so erhaltenen Bauelemente 6 Wochen lang in Wasser und versuchte danach die Verbindung gewaltsam zu lösen, so rissen die Platten im Material, nicht in der Klebefuge.
Zum Vergleich wurden Asbestzernentplatten und Asbestzement-Celluloseplatten unter Verwendung einer Natriumsilikatlösung (SiO2 j Na2O = 3,42; 29,0 Gew.-% SiO2; 3>6,4 Gew.-^ Peststoffgehalt; 40/42° Be) ohne Kaliummetaboratzusatz miteinander verklebt und 6 Stunden lang bei l80°C getrocknet. Lagerte man diese Verbundelemente in V/asser, so konnten die Platten bereits nach 3 Tagen ohne Materialbeschädigung an den Klebefugen voneinander getrennt werden.
Beispiel 4
Bei der Herstellung von spiralgewickelten Papprohren werden mit einem Wasserglasbindemittel bestrichene Papierbahnen spiralförmig auf eine Spindel gewickelt, angepreßt und gleichzeitig auf der Spindel weitertransportiert. Dabei muß die Verbindung zwischen den Papierschichten in Sekundenbruchteilen soweit verfestigt sein, daß sich die Bahnen beim Weitertransport des gewickelten Rohres nicht mehr gegeneinander verschieben können. Beim Schneiden der RohrstUcke am Ende der Spindel dürfen sich die an der Schnittkante liegenden Enden der äußeren Papierbahnen nicht ablösen.
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Henke! &Cie GmbH
Blattl O zur Patentanmeldung D 558^' Patente und Literatur
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Um der Forderung nach einer schnellen Verfestigung der Bindung zu genügen, war man bis jetzt gezwungen,Wasserglaslösungen mit hohem Feststoffgehalt und hoher Viskosität (= 35O mP) ^u verwenden. Die Viskosität dierer Lesungen mußte vor dem Auftragen auf die Papierbahnen durch Erwärmen soweit herabgesetzt werden (I50 - I80 mP), daß eine dünne Bindemittelschicht gewährleistet war.
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Bindemittel kann deren Viskosität durch Verdünnen auf die für den Auftrag geforderten Werte herabgesetzt werden, ohne daß die geforderte Mindertabbindegeschwindigkeit unterschritten wird.
In einem entsprechenden Praxisversuch wurde als bekanntes Bindemittel eine Natriumsilikatlösung (SiO2 : M5O = 2,69; )1,5 Gew.-% SiO2; ^3,3 Gew.-% Feststoffgehalt, 47,5° Be) mit einer Viskosität von ca. 400 mP eingesetzt. Wurde diese Lösung bei 55-60 C aufgetragen, so konnten einwandfreie Rohre erhalten werden, wenn die Papierbahnen mit einer Geschwindigkeit bis zu 30 m/min der Spindel zugeführt wurden. Als erfindungsgemäßes Bindemittel wurden die oben beschriebene, jedoch mit Kaliummetaborat modifizierte Natriumsilikatlösung (Si0„ : KBO = 15,3) verwendet, Die Viskosität wurde auf 180 mP eingestellt. Wurde das Bindemittel bei Raumtemperatur aufgetragen, so konnten die Papierbahnen mit Geschwindigkeiten bis zu 30 m/min zugeführt werden, ohne daß Störungen auftraten. Wenn das Bindemittel bei 40 - 45° C aufgetragen wurde, konnte die Bandgeschwindigkeit bis auf 40 m/min gesteigert werden.
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Claims (2)

Düsseldorf, den 50. * . 197? Henkel &Cie GmbH HenkelStr. 67 " Patentabteilung Patentanmeldung D 5586 "Bindemittel auf Basis von Alkalisillkatlösimgen" Patentansprüche
1.) Bindemittel auf Basis von Alkalisilikatlösungen mit einem Molverhältnis SiOp : MpO im Bereich von 1,8 bis 4,0 und einem Peststoffgehalt von 20 bis 55 Gew.-^, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Kaliummetaborat.
2.) Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis SiO2 : Kaliummetaborat im Bere von 0,1 bis 50, vorzugsweise 5 bis 20, liegt.
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ORIGINAL INSPECTED
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