Verfahren zur Herstellung von verfilzten Materialien, die zur Hauptsache aus Mineralwollfasern bestehen.. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von ver filzten Materialien, die zur Hauptsache aus Mineralwollfasern bestehen und sich für die Isolation gegen Wärme und Schall und als Filtrierstoffe für Gase und nichtwässrige Flüssigkeiten eignen.
Das herkömmliche Verfahren zur Her stellung von Mineralwolle aus Ofenschlacke, natürlichem Gestein, Glas und ähnlichen schmelzbaren Substanzen besteht darin, dass ein Strahl von geschmolzener Schlacke oder dergleichen gegen einen bzw. mehrere Dampf strahlen gerichtet wird, um das geschmolzene Material zu zerkleinern und auf diese Weise zu fasern.
Die auf diese Weise erzeugten Mineral- wollfasern besitzen eine sehr geringe Rück prallelastizität. Sie sind verhältnismässig glatt und haften nicht leicht aneinander bzw. ver filzen nicht, so dass zur Verarbeitung der Fasern zu balbstarren Filzen bzw. verstärkten Artikeln, wie Blöcken, Platten, Folien und Röhren mit dauernder Formbeständigkeit, ein Bindemittel erforderlich ist.
Uni den Fasern Bindeeigenschaften zu verleihen und ihre Rückprallelastizität und andere Eigenschaften zu verbessern, werde bereits vorgeschlagen, auf die Fasern während ihrer Entstehung verschiedene Stoffe aufzu bringen, und zwar durch Einführung dieser Stoffe in die den Zerfaserungsstrahl spei sende Dampfleitung.
Es wurde insbesondere vorgeschlagen, in die Dampfleitung eine wässrige Emulsion einzuspritzen, die ein Bindemittel, Stärke, Leim, Kasein oder ein ähnliches klebendes Kolloid (oder ein Ge misch solcher Substanzen), die in Wasser unlöslich sind, jedoch mit diesem eine kolloi dale Dispersion bilden, und als wasserabsto ssendes und Rückprallelastizität erzeugendes Mittel ein Petroleumharz oder ein syntheti sches Harz, beispielsweise ein Phenol-Formal- dehyd- oder Harnstoff-Formaldehyd- oder Glyptalharz, enthält.
Um eine dauerhafte Verstärkung der Fasern zu erzielen, wurde ferner vorgeschlagen, das Endprodukt dieses Verfahrens (das heisst eine leicht verfilzte Fasermasse) so lange mit Dampf zu be handeln, bis der Feuchtigkeitsgehalt etwa 3-5 Gew.-Proz. beträgt.
Das erfindungsgemässeVerfahren zur Her stellung von verfilzten Materialien, die in der Hauptsache aus Mineralwollfasern bestehen, durch Zerfaserung von Mineralstoffen mittels Dampfstrahl und Auftragen.
eines ein Binde mittel und gegebenenfalls ein wasserabstossen des und Rüekprallelastizität erzeugendes Mit tel enthaltenden dünnen Filmes auf die Fasern im Zeitpunkt ihrer Entstehung, ist dadurch gekennzeichnet, dass während des <B>i</B> Auftragens dieses Filmes Wasser in solcher Menge zugeführt wird, dass der Feuchtigkeits gehalt des so erhaltenen Produktes, berechnet auf das Gewicht der Fasern, 1,
5-10% be- trägt. Die Menge des im Zeitpunkt der Faser- Bildung zugesetzten Wassers wird zweck mässig derart bemessen, dass der Feuchtig keitsgehalt des erhaltenen Produktes 3-5 Gew-Proz. beträgt.
Im Gegensatz zum oben beschriebenen be kannten Verfahren, bei welchem das Mineral wolleprodukt durch Anwendung von Dampf angefeuchtet wird, liefert das erfindungs gemässe Verfahren,-bei welchem die erforder liche Feuchtigkeitsmenge im Zeitpunkt der Faserbildung zugeführt wird, eine gleich mässigere Wolleschicht, die, wenn sie leicht gepresst und getrocknet wird, ein halbstarres Material von grösserer Festigkeit und besserer Verfilzung liefert.
Für die Herstellung von Produkten gemäss der Erfindung ist eine Mineralwolle geeignet, die einen möglichst gleichmässigen und sehr feinen Faserdurchmesser aufweist und wider standsfähig ist. Die Mineralwolle darf ferner nicht leicht in kurze, staubähnliche Bruch stücke zerbrechen und muss sich zu Faser strangen verformen lassen, um ein zusammen haltendes fertiges Produkt zu bilden. Der Mineralstoff, aus dessen Schmelze die Fasern erhalten werden, sollte vorzugsweise eine solche Zusammensetzung aufweisen, dass er leicht basisch ist. Am besten eignen sich jene Mineralstoffe, welche aus basischen und sau ren Oxyden zusammengesetzt sind, wobei das Verhältnis der Summe der basischen Oxyde zur Summe der sauren Oxyde, beide Summen in Gewichtsteilen ausgedrückt, zwischen 0,55 und 0,85 liegt, z.
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Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens können die oben erwähnten, als Bindemittel und wasserabstossende und R.ück- prallelastizität erzeugende Mittel vorgeschla genen Subsianzen verwendet werden. So kann man beispielsweise Stärke mit Wasser an- teigen, Mineralöl oder eine bituminöse Emul sion oder ein Petroleumharz mit der warmen Stärkepaste vermischen und das Gemisch im heissen Zustand in den den geschmolze nen Mineralstoff zerfasernden Dampfstrahl einführen.
Man kann auf diese Weise 0,10-3,0% Stärke, bezogen auf das Gewicht der Mineralfasern, in Form eines äusserst dünnen und kontinuierlichen Filmes, welcher die angegebenen Stoffe (Mineralöl usw.) ent hält, niederschlagen.
Man kann zum Beispiel der Stärke 0,01-0,5% eines schweren Mine- ralöles, eines Bitumens oder eines Petro leumharzes zusetzen.
Zusammen mit der Stärkepaste kann man auch Paraffin oder ein synthetisches Harz, beispielsweise ein Phenol- Formaldehyd- oder 13arnstoff-Formaldehyd- oder Glyptal-(Alkyd)-Harz oder andere ölirre, klebrige Substanzen, entweder einzeln oder gemischt, verwenden.
Werden diese Substan zen im Zeitpunkt der Faserbildung auf die l1 ineralfasern niedergeschlagen, so entsteht ein äusserst dünner Film, welcher sehr zähe ist und die Fasern gegen Beschädigung in folge Aneinanderreibens schützt, wodurch die Gefahr des Zerbreehens der Fasern in kurze, staubartige Bruchstücke praktisch beseitigt wird.
Die dünnen Oberflächenfilme verleilrerr den Fasern ferner eine beträchtliche Rück prallelastizität und fördern das Zusammen treten der einzelnen Fasern, wobei Faser- strangen entstehen, die ihrerseits eine zusam- menhängende verfilzte Masse bilden. Der organische Film kann die Dicke einer einzigen 17:olekülschicht aufweisen. Es eignen sich je doch auch Filme von grösserer Dicke, je nach den Eigenschaften, die das fertige Produkt aufweisen soll.
Bei einer andern Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird derrr filmbildenden Material, welches auf die Fasern niedergeschlagen werden soll, ein Alginat zugesetzt, welches als Bindemittel. wirkt. Bei dieser Ausführungsvariante kann man Natriumalginat in heissem Wasser lösen und die erhaltene kolloidale Lösung mit Paraffin oder einem andern der oben ange führten öligen Harzmaterialien vermischen, um eine leichte Mineralwolle mit hoher Rück prallelastizität zu erzeugen.
An Stelle von Natriumalginat kann man das billigere Cal- ciumalgirrat verwenden, in welchem Fall aller dings Soda zugesetzt werden muss, um das Caleiumalginat in Lösung zu bringen. Man kann beispielsweise 11 Gew.-Teile Calcium- alginat in 800 Teilen -Wasser, welchem vor gängig 2,7 Teile Soda zugesetzt worden sind, bei etwa<B>6,30</B> C lösen. Der Alginatlösung können 2 Teile Paraffin oder 1 Teil Mineral öl und 1 Teil Petroleumharz zugesetzt werden.
Aus den nach dem vorliegenden Verfahren behandelten Mineralfasern können zusammen haltende verfilzte -lassen von hoher Rück prallelastizität und geringem Massengewicht, beispielsweise von 48-80 kg pro m3, erzeugt werden.
Unabhängig davon, welcher Art die den dünnen Klebfilm auf den Fasern bildenden Materialien sind, ergibt sieh bei der Durch führung des erfindungsgemässen Verfahrens in jedem Fall die Notwendigkeit, die Arbeits bedingungen im Zeitpunkt der Faserbildung derart zu regeln, dass der Feuchtigkeitsgehalt der erhaltenen Fasern zwischen 1,5 und 10%, vorzugsweise zwischen 3 und 5 %,
bezogen auf das Fasergewicht, zu liegen kommt.
Es kann gegebenenfalls nötig sein, Vor versuche durchzuführen, um die zur Ein- stellinig des Feuchtigkeitsgehaltes des erhal tenen Produktes auf eine innerhalb der oben angeführten Grenzwerte liegende Grösse er forderlichen Bedingungen zu bestimmen. Im folgenden Beispiel sind geeignete Arbeits bedingungen angeführt.
<I>Beispiel:</I> Durch Anteigen von 22,68-27,22 kg Stärke mit 319-410 Liter Wasser bei einer Temperatur von<B>80-900</B> C wird ein Stärke gel hergestellt. Diesem Gel. wird eine vor gängig aus 3,4 kg Petroleumharz, welches einen Erweichungspunkt von etwa<B>520</B> C und einen Schmelzpunkt von etwa<B>850</B> C aufweist, und 3,4 kg schwerem -Mineralöl hergestellte Lösung zug*esetzt. Durch kräftiges Rühren bei einer Temperatur von<B>70-900</B> C erhält man eine homogene Emulsion.
5,45-6,8 Liter die ser Emulsion werden pro Minute in dex den Mineralstoff zerfasernden Dampfstrahl mit einer Zuflussgesehwindigkeit von 13,15 bis 15,42 kg pro Minute eingespritzt. Auf den Mineralfasern schlägt sich ein aus 2,8 bis 3,0% Stärke und 0;
075- 0,09% Petroleum- harz und öl. zusammengesetzter Oberflächen- film nieder, welcher ausserdem 3-5% Feuch- tigkeit enthält.
Das nach dem erfindungsgemässen Ver fahren erhaltene feuchte, filzartige Material kann derart zusammengepresst werden, dass sein ursprüngliches Massengewicht von 48 bis 80 kg pro m3 auf die für das Endprodukt gewünschte Grösse, beispielsweise von 96 bi 288 kg pro m3, erhöht wird. IDäs Zusammen- pressen kann mittels einer Reihe rotierender Walzen, mittels einer Kombination von Bän dern oder vorzugsweise mittels einer oszillie renden Walze durchgeführt werden.
Das ge- presste feuchte Material kann hierauf. bei Temperaturen von A-20-3001 C getrocknet werden. Auf diese Weise kann man konti nuierliche Bänder von guter mechanischer Festigkeit und sehr hoher Rückprallelastizi- tät mit Massengewichten von 26-288 kg pro m3 erzeugen. Die Bänder können auf die gewünschten Ausmasse und die gewünschte Dicke zugeschnitten werden, wobei man gute Isoliermaterialien gegen Schall und Wärme erhält, welche sich rasch und bequem ein bauen lassen.
Process for the production of felted materials, which consist mainly of mineral wool fibers .. The present invention is a process for the production of ver felted materials, which consist mainly of mineral wool fibers and are used for insulation against heat and sound and as filter materials for gases and non-aqueous liquids are suitable.
The conventional method for producing mineral wool from furnace slag, natural rock, glass and similar fusible substances is that a jet of molten slag or the like is directed against one or more steam jets in order to crush the molten material and in this way to fiber.
The mineral wool fibers produced in this way have very little rebound resilience. They are relatively smooth and do not easily adhere to one another or do not felt so that a binding agent is required to process the fibers into rigid felts or reinforced articles such as blocks, plates, foils and tubes with permanent dimensional stability.
To give the fibers binding properties and to improve their rebound resilience and other properties, it has already been proposed to apply various substances to the fibers during their formation, namely by introducing these substances into the steam pipe which feeds the fiberizing jet.
In particular, it has been proposed to inject into the steam line an aqueous emulsion which contains a binder, starch, glue, casein or a similar adhesive colloid (or a mixture of such substances) which are insoluble in water but which form a colloidal dispersion with it , and a petroleum resin or a synthetic resin, for example a phenol-formaldehyde or urea-formaldehyde or glyptal resin, as a water-repellent and rebound resilience-producing agent.
In order to achieve permanent reinforcement of the fibers, it has also been proposed to treat the end product of this process (that is, a slightly matted fiber mass) with steam until the moisture content is about 3-5 percent by weight. amounts.
The inventive method for the production of felted materials, which mainly consist of mineral wool fibers, by defibrating mineral substances by means of a steam jet and application.
a thin film containing a binding agent and, if necessary, a water-repellent agent that creates rebound elasticity on the fibers at the time they are formed, is characterized in that during the application of this film, water is added in such an amount that that the moisture content of the product thus obtained, calculated on the weight of the fibers, 1,
5-10%. The amount of water added at the time of fiber formation is expediently measured such that the moisture content of the product obtained is 3-5 percent by weight. amounts.
In contrast to the well-known method described above, in which the mineral wool product is moistened by using steam, the fiction, according to method, -in which the required amount of moisture is supplied at the time of fiber formation, a more uniform wool layer that, if they lightly pressed and dried, provides a semi-rigid material of greater strength and better felting.
For the manufacture of products according to the invention, a mineral wool is suitable which has a very fine fiber diameter that is as uniform as possible and is resistant. The mineral wool must also not easily break into short, dust-like fragments and must be able to be deformed into strands of fiber in order to form a cohesive finished product. The mineral material from the melt of which the fibers are obtained should preferably have a composition such that it is slightly basic. The most suitable minerals are those which are composed of basic and acidic oxides, the ratio of the sum of the basic oxides to the sum of the acidic oxides, both sums in parts by weight, being between 0.55 and 0.85, e.g.
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To carry out the process according to the invention, the abovementioned subsiances proposed as binders and water-repellent and rebound elasticity-producing agents can be used. For example, starch can be made into a paste with water, mineral oil or a bituminous emulsion or a petroleum resin can be mixed with the warm starch paste and the mixture can be introduced into the steam jet, which shreds the molten mineral, while it is hot.
In this way, 0.10-3.0% starch, based on the weight of the mineral fibers, can be deposited in the form of an extremely thin and continuous film containing the specified substances (mineral oil, etc.).
For example, 0.01-0.5% of a heavy mineral oil, a bitumen or a petroleum resin can be added to the starch.
Paraffin or a synthetic resin, for example a phenol-formaldehyde or urea-formaldehyde or glyptal (alkyd) resin or other oil-free, sticky substances, either individually or mixed, can also be used together with the starch paste.
If these substances are deposited on the mineral fibers at the time of fiber formation, an extremely thin film is created, which is very tough and protects the fibers against damage as a result of rubbing together, whereby the risk of the fibers breaking into short, dust-like fragments is practically eliminated .
The thin surface films also give the fibers considerable rebound elasticity and promote the coming together of the individual fibers, resulting in fiber strands which in turn form a coherent, matted mass. The organic film can have the thickness of a single 17: molecule layer. However, films of greater thickness are also suitable, depending on the properties that the finished product is to have.
In another embodiment of the process according to the invention, an alginate is added to the film-forming material which is to be deposited on the fibers, which acts as a binder. works. In this variant, sodium alginate can be dissolved in hot water and the colloidal solution obtained can be mixed with paraffin or another of the oily resin materials listed above in order to produce a light mineral wool with high rebound resilience.
Instead of sodium alginate, the cheaper calcium alginate can be used, in which case, however, soda has to be added in order to dissolve the calcium alginate. For example, 11 parts by weight of calcium alginate can be dissolved in 800 parts of water, to which 2.7 parts of soda has been added, at about 6.30 C. 2 parts paraffin or 1 part mineral oil and 1 part petroleum resin can be added to the alginate solution.
From the mineral fibers treated according to the present process, cohesive felted sheets of high rebound resilience and low mass weight, for example 48-80 kg per m3, can be produced.
Regardless of the type of materials that form the thin adhesive film on the fibers, when carrying out the method according to the invention, it is always necessary to regulate the working conditions at the time of fiber formation in such a way that the moisture content of the fibers obtained is between 1 , 5 and 10%, preferably between 3 and 5%,
based on the fiber weight.
It may be necessary to carry out preliminary tests in order to determine the conditions required to adjust the moisture content of the product obtained to a size within the limit values listed above. The following example shows suitable working conditions.
<I> Example: </I> A starch gel is produced by pasting 22.68-27.22 kg of starch with 319-410 liters of water at a temperature of <B> 80-900 </B> C. This gel. One is previously made from 3.4 kg of petroleum resin, which has a softening point of around 520 C and a melting point of around 850 C, and 3.4 kg of heavy mineral oil Solution added. A homogeneous emulsion is obtained by vigorous stirring at a temperature of <B> 70-900 </B> C.
5.45-6.8 liters of this water emulsion are injected per minute in dex the mineral fiber fraying steam jet with a flow rate of 13.15 to 15.42 kg per minute. On the mineral fibers, 2.8 to 3.0% starch and 0;
075-0.09% petroleum resin and oil. composite surface film, which also contains 3-5% moisture.
The moist, felt-like material obtained by the inventive method can be compressed in such a way that its original mass weight of 48 to 80 kg per m 3 is increased to the size desired for the end product, for example from 96 to 288 kg per m 3. The compression can be carried out by means of a series of rotating rollers, by means of a combination of belts, or preferably by means of an oscillating roller.
The pressed moist material can then. be dried at temperatures of A-20-3001 C. In this way, continuous strips of good mechanical strength and very high rebound resilience with mass weights of 26-288 kg per m3 can be produced. The tapes can be cut to the desired dimensions and the desired thickness, whereby good insulating materials against noise and heat are obtained, which can be installed quickly and easily.