CS204146B1

CS204146B1 - Method of producing anorganic insulating elements for high temperatures

Info

Publication number: CS204146B1
Application number: CS313777A
Authority: CS
Inventors: Josef Pridal; Jaroslav Stangl; Vladimir Franc; Josef Kabela
Original assignee: Josef Pridal; Jaroslav Stangl; Vladimir Franc; Josef Kabela
Priority date: 1977-05-13
Filing date: 1977-05-13
Publication date: 1981-03-31

Description

Vynález se týká způsobu výroby anorganických izolačních prvků, odolných vůči vysokým teplotám. Zejména se týká způsobu výroby plstí, desek a tvarovaných prvků z anorganických vláken, jako skleněných, minerálních a zvláště keramických vláken a pojiv.The invention relates to a process for the production of high temperature inorganic insulating elements. In particular, it relates to a process for producing felt, sheets and shaped elements from inorganic fibers such as glass, mineral and especially ceramic fibers and binders.

Je známo použití anorganických vláken ve formě volně vlny, plstí, rohoží anebo tuhých desek, pro nejrůznější účely, při nichž je požadována vysoká tepelně izolační schopnost za vyšších teplot. Speciální použití vzhledem k tepelné odolnosti do 1260 °C umožňují keramická vlákna. Náleží sem zejména obložení vnitřních prostor různých druhů pecí, spalovacích komor, reaktorů, dále odlévacích forem, žíabů pro dopravu tavenin kovů apod. Nízká objemová hmotnost spolu s vysokou tepelně izolační schopností a dostatečnou pevností prvků v žáru umožňuje příkladně nový, netradiční přístup k řešení konstrukcí pecí vzhledem k podstatnému snížení hmotnosti vyzdívek.It is known to use inorganic fibers in the form of loose wool, felt, mats or rigid boards for a variety of purposes where high thermal insulation properties at higher temperatures are required. Ceramic fibers allow special applications due to heat resistance up to 1260 ° C. These include especially the lining of the interior of various types of furnaces, combustion chambers, reactors, casting molds, frogs for transporting metal melts, etc. The low bulk density, together with high thermal insulation and sufficient heat resistance of the elements allows for example a new, unconventional approach furnaces due to a significant reduction in lining weight.

Keramická vlákna se připravují rozvlákňováním roztavených směsí kysličníku křemičitého a hlinitého s případnými přísadami anebo tavenin křemičitanů hlinitých a obsahují — pomineme-li přítomnost malého množství — zhruba 40 až 60 °/o AI2O3 a 60 až 40 % SiOz Tepelná odolnost těchto vláken je přibližně do 1260 °C. Použitím přísad určitých dalších kysličníků je možno tepelnou odolnost vláken ještě zvýšit. Podle skladky výchozí taveniny a použitého technologického procesu při výrobě vláken, zejména způsobu rozvláknění, se získají vlákna o různé délce, mikronáži, obsahů granálií atp., což má význam zejména při dalším zpracování na výrobky.Ceramic fibers are prepared by pulverizing molten mixtures of silica and alumina with possible additives or melts of aluminum silicates and contain - apart from the presence of a small amount - about 40 to 60% of Al2O3 and 60 to 40% SiO2. Deň: 32 ° C. By using additives of certain other oxides, the heat resistance of the fibers can be further increased. Depending on the stock of the starting melt and the technological process used in the production of fibers, in particular the pulping process, fibers of different length, micronage, granular contents, etc. are obtained, which is particularly important in further processing into products.

Pro dosažení lepší soudržnosti a vyšších pevností, než-li může poskytnout prosté zplstění samotných vláken je třeba použití přísady pojiv.Addition of binders is necessary to achieve better cohesiveness and higher strengths than can be achieved by simply felting the fibers themselves.

Jako pojivá je možno použít některé organické i anorganické látky, obvykle ve formě vodných roztoků, koloidních roztoků, emulzí či disperzí. Druh pojivá se volí v závislosti na požadovaných vlastnostech výrobků, a to z hlediska manipulace i chování v provozu při působení vysokých teplot, proudění plynů, vibrací apod., dále s ohledem na technologické požadavky, ekonomii aj. Příkladem vhodných pojiv jsou disperze plastických hmot ( latexy], případně vodné roztoky syntetických pryskyřic, koloidní roztoky kysličníku křemičitého, kysličníku hlinitého, škrobový maz apod.Some organic and inorganic substances can be used as binders, usually in the form of aqueous solutions, colloidal solutions, emulsions or dispersions. The type of binder is chosen depending on the required properties of the products, both in terms of handling and behavior in operation under the influence of high temperatures, gas flow, vibrations, etc., further with regard to technological requirements, economics etc. latices], optionally aqueous solutions of synthetic resins, colloidal solutions of silica, alumina, starch wax and the like.

Nevýhodou tváření prvků z anorganických vláken a zmíněných pojiv je, že při vysoušení dochází k migraci pojivá do povr20414BA disadvantage of forming inorganic fiber elements and said binders is that the binder migrates to the surface during drying.

0 4.146 chových vrstev, zejména při použití intenzivních režimů sušení, takáže získané prvky vykazují tuhé, zpevněné povrchy a měkké, snadno se rozpojující jádro. K této migraci dochází zejména při použití koloidního roztoku kysličníku křemičitého, dále latexů, případně i škrobového mazu jako pojivá, a to zvláště při formování prvků z vodné suspenze vláken a pojiv, anebo vnášení zmíněných pojiv do koberce vláken prolivem; je podporována zvyšováním teploty a intenzity režimu sušení. Důsledkem takového nerovnoměrného propojení je nestejnoměrnost vlastností výsledných prvků, jejich vysoká rozlupčivost, obtíže při manipulaci a montáži apod. Pro některé účely není tento způsob propojení na závadu, ve většině případů se však požaduje rovnoměrné rozložení pojivá v celé hmotě, zajišťující stejnoměrné, stabilní vlastnosti prvků, zejména při mechanickém namáhání za provozu, odstranění povrchových zpevněných vrstev obráběním apod. K potlačení zmíněného jevu migrace pojiv byly navrženy některé způsoby, jako fixace pojiv ve vláknité hmotě koagulací, příkladně působením elektrolytů. Nedostatkem těchto způsobů je, že vyvolávají obtíže při přípravě pojiv, kdy může docházet k předčasné koagulaci a zejména ztěžují recurkulací pojiv.As a result, especially in the use of intensive drying regimes, the obtained layers exhibit rigid, reinforced surfaces and a soft, easily detachable core. This migration occurs in particular when colloidal silica, latex or starch sebum is used as a binder, in particular when forming elements from an aqueous suspension of fibers and binders, or by introducing said binders into the carpet of fibers by sliver; is supported by increasing the temperature and intensity of the drying mode. The result of such uneven bonding is unevenness of the properties of the resulting elements, their high fragmentation, difficulties in handling and assembly, etc. For some purposes, this method of bonding is not a defect, but in most cases uniform distribution of the binder is required. , in particular during mechanical stress during operation, removal of surface hardened layers by machining or the like. To suppress the mentioned phenomenon of binder migration, some methods have been proposed, such as fixing the binders in the fibrous mass by coagulation, for example by electrolytes. The disadvantage of these methods is that they cause difficulties in the preparation of the binders, where premature coagulation may occur and, in particular, make the binder recurculation more difficult.

Výše uvedené nevýhody jsou odstraněny způsobem výroby vysokoteplotních anorganických izolačních prvků podle vynálezu, vyznačený tím, že se vlákna rozmíchají v přebytku vody na suspenze o koncentraci 0,1 až 10,0 hmot. %, do níž se vnese roztok nebo disperze pojivá a 0,5 až 6,0 objemových dílů 20% ního vodného roztoku uhličitanu zirkoničitého—amonného, vztaženo na 100 obj. dílů kapalné fáze a suspenze se po dokonalém promíchání odvodní za vzniku mokrého koberce vláken, který se zpracuje obvyklým způsobem formováním a sušením, případně vytvrzením, anebo se na vlákna, případně předem upravená ve formě rouna, nanáší nástřikem nebo prohivem vodiný roztok nebo disperze· pojivá, obsahující přísadu 0,5 až 6,0 objemových dílů 20%ního vodného roztoku uhličitanu zirkoničltoamonného, vztaženo na 100 obj. dílů pojivá a napojená vlákna se pak podrobí dalšímu zpracování formováním, sušením, případně vytvrzením.The above-mentioned disadvantages are overcome by the process for the production of the high temperature inorganic insulating elements according to the invention, characterized in that the fibers are mixed in excess of water to suspensions having a concentration of 0.1 to 10.0 wt. % to which a binder solution or dispersion is added and 0.5-6.0 parts by volume of a 20% aqueous zirconium-ammonium carbonate solution, based on 100 parts by volume of the liquid phase, and the suspension is dewatered after thorough mixing to form a wet fiber mat which is processed in the customary manner by molding and drying or curing, or an aqueous solution or dispersion of a binder containing an additive of 0.5 to 6.0 vol. The aqueous solution of zirconium ammonium carbonate, based on 100 parts by volume of binder, and the bonded fibers are then subjected to further processing by molding, drying or curing.

Výhoda způsobu výroby anorganických izolačních prvků dle vynálezu spočívá v tom, že při vnášení pojiv do vláknitého systému spolu s přísadou vodného roztoku kompexních uhličitanů zirkoničito-amonných a následujícím vysoušením napojeného vláknitého koberce se dosáhne zcela rovnoměrného propojení výsledných vysušených prvků v celé tloušťce vláknité vrstvy. Další výhodou způsobu dle vynálezu je, že umožňuje vracení přebytku pojivá způt do výroby, aniž by došlo k jeho znehodnocení či snížení účinnosti v důsledku předčasné koagulace. Komplexní uhličitany zirkoničlto-amonné se při teplotách přibližně nad 50 °C rozkládají za uvolnění amoniaku a kysličníku uhličitého a tvorby hydrátů kysličníku zirkoničitého. Dochází při tom k silné gelaci systému, jež zabraňuje pohybu dispergovaných částeček pojivé složky, jako syntetické pryskyřice, koloidního kysličníku křemičitého, škrobového mazu apod. v průběhu sušení směrem k povrchu vysoušených prvků a zajišťuje zmíněnou rovnoměrnost rozložení pojivá, takže se po vysušení získají struktury o rovnoměrných vlastnostech v celé tloušťce, nejevící sklon k roZvrstvování. Komplexní uhličitany zirkonlčito-amonné při tom nevyvolávají za studená koagulaci disperzí syntetických pryskyřic [latexů], ani vysrážení gelu kyseliny křemičité z alkalicky stabilizovaných vodných koloidních roztoků kysličníku křemičitého, k němuž běžně působením solí vícemocných kovů dochází. Vzhledem k této skutečnosti je možno při vnášení pojivá do systému vláken prolivem, anebo při tváření prvků z vodné suspenze vláken a pojiv pracovat se zmíněnou recirkulací pojiv na bázi latexů, koloidního kysličníku křemičitého, škrobového mazu apod., beze změny jejich vlastností a zejména pojivého účinku, pouze za předpokladu, že se jeho teplota udržuje na dostatečně nízké hodnotě, nejlépe pod 30 °C, což lze v praxi snadno dodržet. Ke gelovatění a fixaci pojivá dochází pak teprve v průběhu vysoušení vláknitých struktur, zatímco podsítové vody je možno vracet zpět do výroby.The advantage of the process for the production of the inorganic insulating elements according to the invention is that when the binders are introduced into the fiber system together with the addition of an aqueous solution of complex zirconium ammonium carbonates and the subsequent drying of the bonded fiber carpet. A further advantage of the process according to the invention is that it allows the excess binder to be returned to production without deteriorating or reducing its effectiveness due to premature coagulation. Complex zirconium-ammonium carbonates decompose at temperatures above about 50 ° C, releasing ammonia and carbon dioxide and forming hydrates of zirconia. There is a strong gelation of the system which prevents the dispersed particles of the binder component, such as synthetic resin, colloidal silica, starch wax, etc., from moving during drying towards the surface of the dried elements and ensures said uniformity of binder distribution so that uniform properties throughout the thickness, not showing a tendency to laminate. The complex zirconium-ammonium carbonates do not induce cold coagulation of the dispersions of synthetic resins [latexes], nor the precipitation of the silica gel from the alkali-stabilized aqueous colloidal silicon dioxide solutions which is normally caused by the action of polyvalent metal salts. Due to this fact it is possible to work with the mentioned recirculation of latex-based binders, colloidal silicon dioxide, starch wax, etc., when the binder is introduced into the fiber system by pouring, or when forming elements from the aqueous suspension of fibers and binders, without changing their properties and especially the binding effect. , provided that its temperature is maintained at a sufficiently low value, preferably below 30 ° C, which can be easily observed in practice. The gelling and fixation of the binder then takes place only during the drying of the fibrous structures, while the sieve water can be returned to production.

Důležité je, že komplexní uhličitany zirkonlčito-amonné a jejich rozkladné produkty neovlivňují negativně žáruvzdornost výsledných prvků, což má význam zejména při výrobě žáruvzdorných izolací z keramických vláken. Komplexní uhličitany zirkoničitoamomné představují sloučeniny typu (NH4)aZrO(CO3)2 a (NHájS ZrOH(CO3)3, jež při zahřívání přecházejí na hydráty kysličníku zirkoničitého až kysličník zirkoničitý. Silný gelační efekt umožňuje používat jen malé množství přísady těchto komplexů, což je vedle ekonomického hlediska výhodné rovněž vzhledem k pouze nepatrnému množství uvolněného amoniaku při rozkladu, takže nedochází k potížím spojeným s ovlivňováním pracovního prostředí apod. Bylo zjištěno, že již přísada 1 obj. % vodného 20%ního roztoku komplexního uhličitanu zirkoničito-amonného vyvolává výrazné zlepšen í rovnoměrnosti propojení vláknitých struktur a přísada 5 obj. % poskytuje výrobky zcela homogenní.Importantly, complex zirconium-ammonium carbonates and their decomposition products do not adversely affect the heat resistance of the resulting elements, which is particularly important in the manufacture of refractory ceramic fiber insulation. Complex zirconium ammonium carbonates are compounds of the type (NH4) and ZrO (CO3) 2 and (NH4SO3 ZrOH (CO3) 3, which, when heated, are converted to hydrates of zirconium oxide to zirconium oxide. economically advantageous also due to only a small amount of ammonia released during decomposition, so there are no problems associated with influencing the working environment, etc. It has been found that the addition of 1 vol.% aqueous 20% zirconium ammonium carbonate solution results in a significant improvement in uniformity. the bonding of the fibrous structures and the additive of 5 vol.

Při nanášení pojivých systémů, obsahujících přísadu komplexních uhličitanů zirkoničito-amonných, na vlákna nástřikem je účelné pro zpomalení rychlosti odpařování použít přísadu látek, zvyšujících viskozitu a snižujících rychlost odpařování kapalné fáze, jako příkladně karboxymethylcelulózy, alginátů apod. Při způsobem vnášení pojivá do vláknité struktury prolivem, aneboWhen applying binder systems containing zirconium ammonium carbonate complex additive to the fibers by spraying on the fibers, it is expedient to use an additive of viscosity-increasing substances and a slower evaporation rate of the liquid phase, such as carboxymethylcellulose, alginates and the like. , or

20414B formování prvků z vodných suspenzí vláken a pojiv na sítových strojích nebo vakuovým formováním je není třeba přidávat. Příklady provedení:20414B forming elements of aqueous suspensions of fibers and binders on screen machines or vacuum forming need not be added. Examples:

PřikladlHe did

Rouno z keramické vlny, připravené rozmícháním 450 g keramické vlny ve 25 1 vody, odvodněním v odsávacím zařízení o rozměrech 34 X 34 cm a vysušením bylo napojeno 1500 ml pojivá připravené zředěním 45 ml 30%ního, alkalicky stabilizovaného koloidního roztoku kysličníku křemičitého vodou na uvedený objem. Napojené rouno bylo vysušeno při teplotě 105 °C. Získaná deska vykazovala zpevněné pouze povrchové vrstvy a měkký, nepropojený střed.A ceramic wool web prepared by mixing 450 grams of ceramic wool in 25 liters of water, draining in a 34 X 34 cm suction apparatus and drying was connected with 1500 ml of a binder prepared by diluting 45 ml of a 30% alkaline stabilized colloidal silica solution with water volume. The bonded web was dried at 105 ° C. The board obtained had only surface layers and a soft, unconnected center.

Příklad 2Example 2

Rouno z keramické vlny, připravené stejně jako v příkladu 1 bylo napojeno 1500 ml pojivá, připraveného ze 45 ml 30%ního, alkalicky stabilizovaného koloidného roztoku kysličníku křemičitého a 15 ml 20⁰/oního vodného roztoku uhličitanu zirkoničitoamonného zředěním vodou na uvedený objem. Napojené rouno bylo vysušené při teplotě 105 °C. Získaná deska vykazovala propojení v tloušťce podstatně lepší, než-li bez přísady komplexního uhličitanu zirkoničito-amonného.Web of ceramic wool, prepared as in Example 1 was connected to the 1500 ml binders, prepared from 45 ml of 30% strength alkali-stabilized colloidal silica and 15 ml of 20 ⁰ / oního zirkoničitoamonného carbonate aqueous solution by diluting with water to volume. The bonded web was dried at 105 ° C. The plate obtained showed a bonding in thickness substantially better than without the addition of complex zirconium ammonium carbonate.

Příklad 3Example 3

Bylo postupováno stejně, jako u příkladu 2 s tím rozdílem, že množství přísady vodného 20%ního roztoku komplexního uhličitanu zirkoničino-amonného činidlo 75 ml. Po vysušení vykazovala deska zcela rovnoměrné propojení v celé tloušťce bez známek migrace pojivá k povrchu.The procedure was the same as in Example 2 except that the amount of the addition of an aqueous 20% zirconium-ammonium carbonate complex solution reagent 75 ml. After drying, the board exhibited a completely uniform bond throughout the thickness without any signs of migration of the binder to the surface.

Příklad 4Example 4

450 g keramické vlny bylo rozmícháno ve 25 1 vodného roztoku obsahujícího 1250 ml 30°/oního koloidního roztoku kysličníku křemičitého a 250 ml 20%ního roztoku komplexního uhličitanu zirkoničito-amonného. Suspenze byla odvodněna na odsávacím zařízení jako v příkladě 1 a získaný mokrý koberec byl po mírném přilisování tlakem 0,5 kp/cm² vysušen při teplotě 105 °C. Byla získána tuhá deska objemové hmotnosti 287 kg/m³ zcela homogenně propojená v celé tloušťce. Podsítová voda byla použita pro přípravu dalších desek.450 g of ceramic wool were mixed in 25 l of an aqueous solution containing 1250 ml of a 30% colloidal silica solution and 250 ml of a 20% zirconium ammonium carbonate complex solution. The suspension was dewatered on a suction device as in Example 1 and the wet carpet obtained was dried at 105 ° C after a slight pressure of 0.5 kp / cm ² . A rigid board with a density of 287 kg / m ³ was obtained completely homogeneously interconnected throughout the thickness. The sieve water was used to prepare additional plates.

P ř í k 1 a d 5Example 1 a d 5

Rouno z keramické vlny, připravené rozmícháním 450 g keramické vlny ve 25 1 vody, odvodněním v odsávacím zařízení o rozměrech 34 X 34 cm a vysušením bylo napojeno 1500 ml pojivá, připraveného z 25 ml 50%ního akrylátového latexu a 1475 ml vody. Napojené rouno bylo vysušeno při teplotě 105 °C. Získaná deska vykazovala zpevněné pouze povrchové vrstvy a měkký, nepropojený střed.A ceramic wool web, prepared by mixing 450 g of ceramic wool in 25 L of water, draining in a 34 X 34 cm suction apparatus and drying, was bonded with 1500 mL of binder prepared from 25 mL of 50% acrylic latex and 1475 mL of water. The bonded web was dried at 105 ° C. The board obtained had only surface layers and a soft, unconnected center.

Příklad 6Example 6

Rouno z keramické vlny, připravené stejně, jako v příkladu 5, bylo napojeno 1500 ml pojivá, připraveného z 25 ml 50°/oního akrylátového latexu, 25 ml 20%ního vodného roztoku komplexního uhličitanu zirkoničlto-amonného a 1450 ml vody. Po vysušení při teplotě 105 °C vykazovala získaná deska zcela rovnoměrné propojení v celé tloušťce bez známek migrace pojivá k povrchu.A ceramic wool web, prepared as in Example 5, was bonded with 1500 ml of a binder prepared from 25 ml of a 50% acrylic latex, 25 ml of a 20% aqueous solution of zirconium ammonium carbonate complex and 1450 ml of water. After drying at 105 ° C, the obtained board exhibited a completely uniform bond throughout the thickness without any signs of migration of the binder to the surface.

Příklad 7Example 7

450 g keramické vlny bylo rozmícháno ve 25 ml vodného roztoku, obsahujícího 400 mililitrů 50°/oního butadien-akrylonitrilového latexu a 400 ml 20°/oního vodného roztoku komplexního uhličitanu zirkoničito-amonného. Suspenze byla odvodněna na odsávacím zařízení jako v příkladě 1 a získaný mokrý koberec byl vysušen při teplotě 105 °C. Byla získána ohebná deska, zcela homogenně propojená v; celé tloušťce. Podsítová voda byla použita pro přípravu dalších desek.450 g of ceramic wool were stirred in 25 ml of an aqueous solution containing 400 ml of 50% butadiene acrylonitrile latex and 400 ml of a 20% aqueous solution of zirconium ammonium carbonate complex. The suspension was dewatered on an aspirator as in Example 1 and the wet carpet obtained was dried at 105 ° C. A flexible plate was obtained, completely homogeneously interconnected in; full thickness. The sieve water was used to prepare additional plates.

Claims

SUBJECT

Process for the production of high temperature inorganic insulating elements, characterized in that the fibers are mixed in excess of water to a suspension having a concentration of 0.1 to 10.0 wt. To which a solution or binder dispersion having a temperature of not more than 30 ° C and 0.5 to 6.0 parts by volume of a 20% by weight aqueous solution of zirconium ammonium carbonate, based on 100 parts by volume of the liquid phase and suspension, is introduced. After thorough mixing, it is dewatered to form a wet fiber carpet, which is processed in the usual manner by molding and drying at temperatures from 50 ° C to 120 ° C, possibly by curing.

VYNALEZU

2. A process for the production of high temperature alnoirganic insulating elements according to claim 1, characterized in that an aqueous roasting solution or a binder dispersion having a temperature of max. 5-6.0 parts by volume of a 20% by weight aqueous solution of zirconium ammonium carbonate, based on 100 parts by volume of binder, and the bonded fibers are then subjected to further processing by molding at temperatures of from 50 to 120 ° C, drying or curing.