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Dokumentenidentifikation DE19613909A1 16.10.1997
Titel Transparente Spinelle zur Verhinderung von zerstörenden Veränderungen an der Oberfläche fester Körper und Verfahren zu deren Herstellung
Anmelder Knittel, Helmut, Dr. Dipl.-Chem., 71634 Ludwigsburg, DE
Erfinder Knittel, Helmut, Dr. Dipl.-Chem., 71634 Ludwigsburg, DE
DE-Anmeldedatum 06.04.1996
DE-Aktenzeichen 19613909
Offenlegungstag 16.10.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.10.1997
IPC-Hauptklasse A01N 59/20
IPC-Nebenklasse C09D 5/08   C09D 5/14   C04B 41/50   C04B 41/65   C04B 41/85   C23F 15/00   C03C 17/23   B27K 3/22   C08J 11/16   
IPC additional class // C01G 3/00,9/00  
Zusammenfassung Kupfer und/oder Zink enthaltende transparente Aluminiumoxydspinelle der Zusammensetzung
Cu1±yZn1-x(AlO2)4-2x
bzw. Zn1±yCu1-x(AlO2)4-2x
wobei y = 0 bis 1 und x = 0 bis 1 sein kann.
Sowie Herstellung und Verwendung dieser transparenten Pigmente in Kunststoffen, Lacken und anderen Bindemitteln, die in der Lage sind, die transparenten Partikel an der Oberfläche fester Körper zu fixieren, um deren Zerstörung, hervorgerufen durch die Stoffwechselprodukte von Mikroorganismen zu verhindern.

Beschreibung[de]

Der Materialschutz hat sich in den letzten Jahrzehnten zu einer Forschungsdisziplin entwickelt. Das war angesichts der Verschiedenheit der bedrohten Materialien auch dringend notwendig. Dem Verfall bzw. der Korrosion ausgesetzt sind so unterschiedliche Materialien bzw. Werkstoffe wie Stein, Putz, Metall Glas, Holz, Kunststoffe und dergleichen. Selbst innerhalb der Substanzen gilt es zu differenzieren. Die Schadensphänomene sind ungewöhnlich vielgestaltig. "Wenn die Spuren unserer Geschichte zerstört werden, sind wir gezwungen zu handeln". (Dr. H. Riesenhuber, BMFT).

Der Anmelder hat sich die Aufgabe gestellt, ein Produkt zur Verfügung zu stellen, das alle möglichen Schadensprozesse - physikalische, chemische, biologische - beeinflußt, bzw. in die Wirkungsmechanismen verhindernd oder zumindest hemmend eingreift.

Durch den biologischen Abbau von organischen Substanzen durch Mikroorganismen, wird eines der vielen Schadensbilder, die bei der Zerstörung bzw. Veränderung von Oberflächen zu beobachten sind mitverursacht. Die Zerstörungsmechanismen sind vielfältig. Saurer Regen, Abgase und andere "industrielle Schadstoffe" spielen sicher eine Rolle. Aber selbst in "unbelasteten" Regionen treten häufig, völlig überraschend, Schadbilder auf, die denen aus stark belasteten Gegenden frappierend ähneln. Staub enthält neben Blütenpollen eine Vielzahl organischer Substanzen, die von Mikroorganismen biologisch abgebaut werden können.

Die in der Praxis der Verhinderung der Zerstörung verwendeten Substanzen sind in der Regel organische Produkte, wie Hydrophobierungsmittel, Kieselsäureester, Silane, Siloxane, Lacke verschiedenster Zusammensetzung. Sie verhindern mehr oder weniger den Zutritt von Wasser, das unter bestimmten Bedingungen eine entscheidende Rolle bei der Zerstörung spielt. Es gibt jedoch Mikroorganismen, die nahezu "ohne" Wasser, nur mit der Luftfeuchtigkeit und Ammoniak ihr zerstörendes Unwesen treiben. Bei lackartigen Produkten ist besonders auffällig, das bestens ausgehärtete Substanzen wegen der geringen Wasserdurchlässigkeit guten Zerstörungsschutz gewährleisten.

Von derartigen Substanzen ist jedoch auch bekannt, daß sie bei der Verwitterung zerstört werden können. Die Vermehrung von Mikroorganismen führt in der Regel zur Zerstörung des Bindemittels. Bei Gesteinen, deren Porengröße um 1 µ liegt, bewirken die Stoffwechselprodukte eine Lockerung des Gefüges, was im Endstadium zum Zerbröseln führt.

Es wurde gefunden, daß hochtransparente Cu- Zn-Aluminiumspnelle zur Verhinderung der Schadensbilder hervorragend geeignet sind. Das Cu : Zn Verhältnis kann in weiten Grenzen variieren. Die Kationenlöslichkeit wird über die Herstelltemperatur (1.000°C ± pm 200°C) und das Kationen - zu Anionenverhältnis eingestellt. Der extrem blättchenförmige Habitus ermöglicht eine dachziegelartige Schichtung mit damit verbundenen langen Diffussionswegen bis zur schützenden Oberfläche. Möglicherweise wird die Vermehrung der Mikroorganismen wegen der enorm großen Oberfläche schon durch bloßen Kontakt verhindert oder stark gehemmt.

Die erfindungsgemäß hergestellten Partikel dringen bei Elektrotauchlackierung tief in Falze und Hohlräume ein, so daß auch an den sensiblen Stellen, wo sich das Wasser am längsten hält, die Zerstörung verhindert wird.

Die Porengröße von festen Gesteinen liegt in der Regel nicht unter 1 µ. Die mittlere Ausdehnung der erfindungsgemäß hergestellten Produkte ist zehnmal kleiner, so daß ein Eindringen in die Poren möglich ist. Das Wassermolekül ist 3.000 mal kleiner, so daß die Wasserdampfdurchlässigkeit erhalten bleibt. Durch lange Diffusionswege ist sie jedoch stark gebremst. Die hochtransparenten, nahezu farblosen (schwach beige) Produkte verändern das Erscheinungsbild des zu schützenden Gegenstandes praktisch nicht. Die Kationenlöslichkeit in n/10 HCl kann in weiten Grenzen von 0,01% bis 10% über die Brenntemperatur und die Zusammensetzung eingestellt werden.

Die Herstellung verläuft über ein Fällungsverfahren mit anschließender Kalzinierung. Aus einer auf ca. 90°C erhitzten Kupfer- und/oder Zinksalzlösung wird mittels Soda oder Alkali Kupfer- und/oder Zinkkarbonat gefällt. Die weitere Herstellung ist dadurch gekennzeichnet, daß auf die Suspension von Kupfer- und Ioder Zinkkarbonat mit einem pH-Wert von ca. 8 durch gleichzeitige Zugabe einer Aluminiumsalzlösung und Soda- oder Alkalilösung ein Niederschlag von Aluminiumhydroxid bei pH 7,2 ± 0,2 und einer Temperatur von 90°C aufgebracht wird. Es wird filtriert, gewaschen, getrocknet und die Stückware bei 1.000°C ± 200°C kalziniert.

Nachstehend wird die Herstellung beispielhaft erläutert.

Beispiel 1

250 g CuSO&sub4;*5H&sub2;o werden in 6000 ml Wasser gelöst und auf 90°C erhitzt. Unter Rühren läßt man innerhalb 2 Stunde 78 g Soda (calc.) in 800 ml Wasser gelöst zulaufen, wobei darauf geachtet werden muß, daß die Temperatur nicht unter 80°C fällt. Danach läßt man 1/2 Stunde nachrühren. Der pH-Wert beträgt ca. 8. Anschließend wird innerhalb von 2 Stunden eine Lösung von 567 g AlO&sub2; (calc.) 3 p 18% gelöst in 3.000 ml Wasser und eine Lösung von 320 g Soda (calz.) in 3.000 ml Wasser unter Rühren zugegeben, wobei die Sodalösung unterhalb der Oberfläche der Suspension eingeleitet wird. Die Temperatur wird auf mindesten 80°C gehalten. Der Zufluß der beiden Lösungen wird so geregelt, daß der pH-Wert bei 7,2 ± 0,2 konstant bei. Es wird 1 Stunde nachgerührt. Der pH-Wert beträgt jetzt 7,5 ± 0,2. Nach Filtrieren, Waschen und Trocknen erhält man eine Ausbeute von 247 g. Nach dem Kalzinieren bei 1.000°C erhält man 179 g transparenten Cu-Al-Spinell.

Ein ähnliches Ergebnis ergibt die Verwendung von anderen Kupfer und Aluminium abgebenden Verbindungen und die Verwendung von Alkalihydroxid.

Beispiel 2

373 g. ZnSO&sub4;*7H&sub2;O und 36 g CuSO&sub4; × 5 H&sub2;O werden in 6.000 ml Wasser gelöst und auf 90°C erhitzt. Unter Rühren läßt man innerhalb von einer Stunde 149 g Soda (calc.) in 1.200 ml Wasser gelöst zulaufen, wobei darauf geachtet werden muß, daß die Temperatur nicht unter 80°C fällt. Danach läßt man 1/2 Stunde nachrühren. Der pH-Wert beträgt ca. 8. Anschließend wird innerhalb 2 Stunden eine Lösung von 558 g Al&sub2;(SO&sub4;) 3p 18% in 2.800 ml Wasser und eine Lösung von 310 g Soda (calc.) in 2.800 ml Wasser unter Rühren angegeben, wobei die Sodalösung unterhalb der Oberfläche der Suspension eingeleitet wird. Der Zufluß der beiden Lösungen wird so geregelt, daß der pH-Wert bei 7,2 ± 0,2 konstant bleibt. Es wird 1 Stunde nachgerührt. Der pH- Wert beträgt jetzt 7,5 ± 0,2. Nach Filtrieren, Waschen und Trocknen, erhält man eine Ausbeute von ca. 300 g. Nach dem Kalzinieren bei 1.000°C erhält man ca. 230 g transparenten ZnlCu-Al-Spindell.

Ein ähnliches Ergebnis ergibt die Verwendung von anderen Zink, Kupfer und Aluminium abgebenden Verbindungen und die Verwendung von Alkalihydroxid.


Anspruch[de]
  1. 1. Verhinderung der zerstörerischen Veränderung an der Oberfläche fester Körper, hervorgerufen, durch Mikroorganismen und andere Lebewesen, die in der Lage sind, organische oder anorganische Substanzen biologisch abzubauen, dadurch gekennzeichnet, daß transparente Partikel der Größe 0,1 × 0,1 × 0,001 µ und der folgenden Zusammensetzung aufgebracht werden:

    Cu1±y Zn1-x (AlO&sub2;)4-2x

    bzw. Zn1±y Cu1-x (AlO&sub2;)4-2x

    wobei y = 0 bis 1 und x = 0 bis 1 sein kann.
  2. 2. Verwendung der nach Anspruch 1 hergestellten Produkte im Gesteinsschutz.
  3. 3. Verwendung der nach Anspruch 1 hergestellten Produkte im Korrosionsschutz
  4. 4. Verwendung der nach Anspruch 1 hergestellten Produkte in Systemen, die einem biologischen Abbau unterliegen können, wie Oberflächenbeschichtungen, Kunststoffe Holz und andere organische Materialien, sowie anorganisch gebundene Stoffe.






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