CH626036A5

CH626036A5 -

Info

Publication number: CH626036A5
Application number: CH1539776A
Authority: CH
Inventors: Gunnar Cederqvist; Ulf Aberg
Original assignee: Rockwool Ab
Priority date: 1976-01-19
Filing date: 1976-12-08
Publication date: 1981-10-30
Also published as: SE7600462L; DK145154B; DE2656165A1; FR2338231B1; FI58484B; DE2656165C3; CA1099926A; NL178340B; NO764087L; DK568176A; FI58484C; AT370402B; DE2656165B2; GB1537117A; FR2338231A1; FI763495A; SE401918B; NO146463B; NL178340C; US4251320A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mineralfasererzeugnisses aus dispergierbaren Mineralfasern, die von Silikat enthaltenden Mineralstoffen erhalten worden sind, welche geschmolzen und zu Mineralfasern geformt worden sind, bei welchem Verfahren die Mineralfasern in Wasser dispergiert und von nichtdispergierbarem, teilchenförmigem Material in den Mineralfasern abgeschieden werden, wobei die in Wasser dispergierten Fasern geformt, entwässert und getrocknet werden, vorzugsweise eines bahn- oder bogenförmigen Erzeugnisses, das völlig oder teilweise aus derartigen Mineralfasern besteht.

Für verschiedene Typen von bahn- oder bogenförmigen Erzeugnissen werden Asbestfasern gewählt, um deren Beständigkeit gegen Wärme und chemische Angriffe ausnutzen zu können. Hierbei ist es ein besonderer Vorteil, dass sich die Asbestfasern leicht zu Bögen formen lassen. Indessen ist man in letzter Zeit immer mehr darauf aufmerksam geworden, dass Asbestfasern infolge ihrer gesundheitsgefährdenden Eigenschaften in vielen Zusammenhängen ungeeignet sind, und man ist deshalb bestrebt, für solche Verwendungszwecke, wo man bisher Asbestfasern benutzt hat, andere, gleichwertige Ersatzstoffe zu finden. Als solcher Ersatzstoff bieten die Mineralfasern viele Vorteile, vor allem in bezug auf ihre Beständigkeit gegen Wärme und chemische Angriffe. Dagegen lassen sich die Mineralfasern nicht so gut wie die Asbestfasern zu Bögen verarbeiten, indem sie normalerweise nicht einheitlich in Flüssigkeiten, wie Wasser, dispergierbar sind, sondern Klumpen bilden. Ferner enthalten die Mineralfasern oft bedeutende Mengen nichtfaseriger, teilchenförmiger Stoffe in Form von kleinen sog. Perlen, die die Eigenschaften des Enderzeugnisses, nicht zuletzt dessen Aussehen, beeinträchtigen. Die Menge teilchenförmigen Materials kann aber bis zu 20-40% des Gewichts der Mineralfasern betragen.

Aus diesen Gründen war es bis jetzt nicht möglich, Mineralfasern als Ersatzstoffe für Asbestfasern oder in anderen Zusammenhängen zu gebrauchen, wo man ein Fasermaterial verlangt, das sich in einfacher Weise zu Bögen verarbeiten lässt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme zu lösen und Mineralfasern herzustellen, die von teilchenförmigem Material (Perlen) befreit und einheitlich dispergierbar sind, sowie sich einwandfrei zu Bögen verarbeiten lassen, so dass es möglich ist, aus dispergierbaren Mineralfasern ein Mineralfasererzeugnis herzustellen. Nach der Erfindung hergestellte Mineralfasern eignen sich auch als Zusatz zu anderen, an und für sich dispergierbaren Fasern, beispielsweise Cellulose, als Armierungsmaterial, beispielsweise in Gipsplatten zur Herstellung von Formkörpern, wie Diffusoren in Lüftungsanlagen usw.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Dispergieren und Abscheiden der Minaralfasern vom nichtdispergierbaren, teilchenförmigen Material in Gegenwart eines Netzmittels in einer Dispergierungs- und Abscheidungsstufe erfolgt, und dass die Mineralfaserfraktion der Dispersion dann zur Bildung einer das Netzmittel enthaltenden, rückdispergierbaren Faserfraktion mechanisch entwässert wird, welche Faserfraktion dann von der Dispergierungs- und Abscheidungsstufe zu einer folgenden Rückdispergierungsstufe transportiert wird, in der die Fasern in Wasser rückdispergiert werden, wonach die erhaltene Dispersion geformt, entwässert und getrocknet wird.

Gemäss der Erfindung geht man von in herkömmlicher Weise hergestellten Mineralfasern aus.

Die erhaltenen Mineralfasern werden zunächst einer Dispergierungs- und Abscheidungsstufe unterzogen, um Mineralfasern zustandezubringen, die von teilchenförmigem Material befreit und imstande sind, in Wasser einheitlich dispergiert zu werden. Die Dispergierungsstufe wird so ausgeführt, dass Mineralfasern mit ein Netzmittel enthaltendem Wasser vermischt und darin dispergiert werden. Die eingemischte Menge Mineralfasern wird derart abgewogen, dass eine Dispersion mit s

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einem Mineralfasergehalt von höchstens 7 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 4 Gew.-%, berechnet auf die Menge Flüssigkeit, erhalten wird. Es hat sich erwiesen, dass Gehalte über 7 Gew.-% unbefriedigende Dispergierungsergebnisse bieten. Um eine optimale Dispergierung zu erhalten, wird ein Netzmittelzusatz in der Flüssigkeit von 0,001-5,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,01-3,0 Gew.-%, berechnet auf das Gewicht der Mineralfasern, ausgenutzt. Die Dispergierung wird zweckdienlicherweise bei einer Temperatur von 20-40°C ausgeführt, wobei normale Umgebungs- oder Zimmertemperatur bevorzugt wird. Die Dispergierung kann bei schwankenden pH-Werten des Dispergiermittels vorgenommen werden, wobei pH-Werte innerhalb des alkalischen Bereichs bevorzugt werden und sich ein pH-Wert von etwa 9 als besonders günstig erwiesen hat. Von den verschiedenen Arten von Netzmitteln, welche es gibt, d.h. anionenaktiven, kationenaktiven und nonionogenen Netzmitteln, haben sich die kationenaktiven Netzmittel als für die erfindungsmässige Dispergierung besonders geeignet erwiesen. Unter den besonders bevorzugten, kationenaktiven Netzmitteln seien Imidazoline, Imidazole, Aminooxyde, quartäre Ammoniumverbindungen usw. mit geeigneter Molekularstruktur erwähnt.

Unter den obengenannten Bedingungen erhält man eine gute Dispergierung der Mineralfasern, während dagegen teil-chenförmiges Material in den Mineralfasern nicht dispergiert wird, sondern zu Boden sinkt, d.h. es entsteht bei gleichzeitiger Dispergierung der Fasern eine Abscheidung der Mineralfasern vom teilchenförmigen Material. Um das teilchenförmige Material vollständig von den Mineralfasern abscheiden zu können, wird die erhaltene Dispersion einer dynamischen Abscheidung unterzogen, zweckdienlicherweise durch Behandlung in einem Hydrozyklon, wobei man eine teilchenfreie Mineralfaserfraktion erhält.

Obgleich es erfindungsmässig bevorzugt wird, die Dispergierung mit der Flüssigkeit zugesetztem Netzmittel vorzunehmen, so ist es auch möglich, das Netzmittel stattdessen den Mineralfasern zuzusetzen, indem man diese vor der Dispergierung mit dem Netzmittel vorbehandelt.

Die Mineralfaserfraktion der erhaltenen Dispersion wird dann mechanisch entwässert. Dieses mechanische Entwässern kann in verschiedener Weise durchgeführt werden, beispielsweise mittels eines Siebtuches, eines umlaufenden Trommelfilters, durch Zentrifugieren usw. Von diesen verschiedenen Möglichkeiten wird das Zentrifugieren gegenwärtig bevorzugt. Erfindungsmässig ist die Entwässerung so weit zu treiben und unter solchen Bedingungen vorzunehmen, dass die entwässerte Faserfraktion ein Trockengehalt von 30-70 Gew.-% und eine Faserdichte von 200-400 kg/m3 hat. Die Entwässerung wird zweckdienlicherweise unter denselben Temperaturbedingun-gen wie die vorhergehende Dispergierungs- und Abscheidungsstufe vorgenommen, d.h. bei 20-40°C, vorzugsweise Umgebungstemperatur. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es wichtig, dass die Faserfraktion nicht vollständig entwässert wird, sondern dass das entwässerte Erzeugnis einen Wassergehalt von etwa 30-70 Gew.-% hat. Eine vollständige Entwässerung setzt nämlich ein Trocknen der Faserfraktion voraus, und dies verlangt grosse Energiemengen. Bei vollständigem Trocknen nimmt ausserdem das Volumen des entwässerten Fasererzeugnisses zu, d.h. man erhält ein entwässertes Fasererzeugnis mit niedrigerer Faserdichte als nur bei mechanischer Entwässerung. Dies wird seinerseits zu höheren Transportkosten führen, da dieselbe Menge entwässerten Fasererzeugnisses bei vollständiger Entwässerung (Trocknung) grösseren Platz beansprucht als bei mechanischer Entwässerung. Obgleich beim Trocknen das Entfernen des Wassers eine Gewichtsverminderung herbeiführt, hat es sich erwiesen, dass diese Gewichtsverminderung nicht der durch die Volumenzunahme beim Trocknen herbeigeführten Steigerung der Transportkosten entgegenwirken kann. Es leuchtet somit ein, dass die partielle Entwässerung im Gegensatz zu einer vollständigen Entwässerung ein wichtiges Merkmal der Erfindung darstellt.

Die bei der Entwässerung abgeschiedene Flüssigkeit, welche einen nicht ausgenutzten Überschuss an Netzmittel enthält, wird der Dispergierungs- und Abscheidungsstufe wieder zugeführt und kann dort, nach der erforderlichen Zugabe weiteren Netzmittels, erneut zur Dispergierung von weiteren Mineralfasermengen benutzt werden. Hierdurch vermeidet man das aus dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes ungünstige Entstehen von verunreinigenden, netzmittelenthaltenden Abwässern, gleichzeitig wie die Wirtschaftlichkeit des Prozesses erhöht wird.

Das entwässerte Mineralfasermaterial, welches als Zwischenerzeugnis bezeichnet werden kann, wird dann in einer folgenden Rückdispergierungsstufe einer erneuten Dispergierung, Formung und Entwässerung unterzogen sowie zwecks Erhaltens des endgültigen Fasererzeugnisses getrocknet. Diese Behandlung wird normalerweise nicht am selben Ort wie die Herstellung des entwässerten Faserzwischenerzeugnisses vorgenommen, d.h. die Herstellung des Zwischenerzeugnisses ist von der folgenden Behandlung sowohl räumlich als auch zeitlich getrennt, und das Faserzwischenerzeugnis wird deshalb üblicherweise in z.B. Containern zum Nachbehandlungsort weitertransportiert.

Die Rückdispergierung erfolgt dadurch, dass dem entwässerten Faserzwischenerzeugnis eine hinreichende Menge Wasser zugesetzt wird, damit eine Dispersion der erwünschten Konzentration erhalten werden kann. Ein besonderer Vorteil ist, dass man bei der Rückdispergierung kein besonderes Netzmittel hinzuzusetzen braucht, um die Mineralfasern zu dispergieren, da diese in der vorhergehenden Dispergierungs- und Abscheidungsstufe sowie während der darauffolgenden mechanischen Entwässerung eine hinreichende Menge Netzmittel erhalten haben, um rückdispergiert werden zu können. Mae hat also in dieser Weise vollkommen diejenigen Probleme beseitigt, welche entstehen würden, falls man bei der Rückdispergierung ein Netzmittel hinzusetzen müsste, in welchem Falle ein Überschuss an Netzmittel müsste hinzugesetzt werden, so dass das Rückwasser nach der Entwässerung der rück-dispergierten Mineralfasern die Umwelt gefährdende Netzmittelmengen enthalten hätte. Man bekommt also durch die einleitende Dispergierungs- und Abscheidungsstufe sowie durch die mechanische Entwässerung ein rückdispergierbares Mineralfasererzeugnis, das automatisch die zur Dispergierung richtige Menge Netzmittel erhalten hat, wodurch bei der anschliessenden Herstellung des Enderzeugnisses sämtliche verfahrenstechnischen Schwierigkeiten und Umweltprobleme vermieden werden.

Bei der Rückdispergierung des mechanisch entwässerten Faserzwischenerzeugnisses können diesem Zusatzstoffe hinzugesetzt werden, wie Bindemittel, Fasern anderer Art, beispielsweise Cellulosefasern, und zwar in Abhängigkeit davon, ob man ein Enderzeugnis herzustellen wünscht, das nur aus Mineralfasern oder aus Mineralfasern in Kombination mit anderen Stoffen besteht. Diese anderen Stoffe können beispielsweise Cellulosefasern oder eine Matrize aus anorganischem oder organischem Material, wie Zement, Gips oder Kunststoff, sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Gemäss der Zeichnung werden Mineralfaserrohstoffe 1 mittels eines Förderbandes 2 über eine Umkehrwalze 3 durch ein Loch 4 in der Kuppel 5 eines Schmelzofens 6 eingebracht. Der Schmelzofen arbeitet elektrisch mit Hilfe zweier Elektroden 7, und die Rohstoffe werden in einem Schmelzbad 8 in flüssige Form umgewandelt. Vom Schmelzbad fliesst das geschmolzene Material in Form eines Strahls 11 durch eine Öffnung 9 in der Ofenwandung und gelangt über eine Rinne s

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10 auf eine Fibriereinheit, welche zwei schnellaufende Stahlzylinder 12 umfasst, die von mittels eines Motors 14 angetriebenen Wellen 13 angetrieben werden.

Ein Gebläse 15 erzeugt einen Luftstrom durch einen Kanal 16 an der Fibriereinheit vorbei, wonach die Fasern einem Auslöser 17 zugeführt werden, in dem ein schnellaufendes Rührwerk 18 angebracht ist. Auf dem Boden des Auflösers befindet sich ein trichterförmiger Schacht 19, an dessen unterem Ende eine Förderschnecke 20 vorgesehen ist, mittels welcher grobes und nicht-dispergierbares Material weggeleitet wird.

Von einem nicht gezeigten Vorratstank wird Netzmittel über die Leitung 21 zum Auflöser 17 geleitet. Das Netzmittel wird durch ein Ventil 22 dosiert, das von einer Steuereinheit 23 in Abhängigkeit von der dem Auflöser 17 zugeführten Fasermenge gesteuert wird. Durch Einstellung der Steuereinheit 23 kann jedes erwünschte Verhältnis zwischen den dem Auflöser zugeführten Mineralfaser- und Netzmittelmengen eingestellt werden. Dem Auflöser wird mittels eines von der Steuereinheit 25 gesteuerten Ventils 24 Wasser zugeführt. Die Steuereinheit 25 erhält ihren Impuls durch Messen des Wasserspiegels im Auflöser 17. Die erhaltene Dispersion wird vom Auflöser 17 mit Hilfe einer Pumpe 26 einem Zyklon 27 zugeführt, von dem von teilchenförmigen Verunreinigungen befreite Mineralfasern in Dispersion dem Vorratstank 28 zugeführt werden. Im Vorratstank wird die Dispersion mittels des Rührwerks 29 in Bewegung gehalten.

Im Zyklon 27 abgeschiedene, teilchenförmige Verunreinigungen werden auf das Siebband 30 über die Schleuse 31 ausgetragen, die von zwei durch die Steuereinheit 34 gesteuerten Ventilen 32 und 33 gebildet ist. Mit Hilfe des Förderbandes 35 wird dem Siebband auch das mittels der Schnecke 20 hochbeförderte Material vom Auflöser 17 zugeführt.

Die von Überschuss an Wasser befreiten, abgeschiedenen, nicht-dispergierbaren bzw. teilchenförmigen Bestandteile der Mineralfasern werden zur Trockentrommel 36 geleitet und getrocknet. Das getrocknete Material wird dann auf dem vom Pfeil 37 angedeuteten Weg zurück zum Förderband 2 geleitet,

um wieder in den Ofen 6 eingebracht zu werden. Vom Vor-ratsbehälter 28 wird die Mineralfaserdispersion über ein von einer Steuereinheit 39 gesteuertes Dosierventil 38 einer Zentrifuge 40 zugeführt, die aus einem Zentrifugkorb 41 besteht, 5 welcher von einer Welle 42 angetrieben und von einem Zentrifuggehäuse 43 umgeben ist. Vom Zentrifuggehäuse wird abzentrifugiertes Wasser über die Leitung 44 und die Pumpe 45 zurück zum Auflöser 17 geleitet. Auch das Wasser vom Siebband 30 wird über die Leitung 46 zur Pumpe 45 geleitet.

Die entwässerte Mineralfasermasse in der Zentrifuge wird mittels des Abstreichers 47 zum Silo 48 geführt, von wo die Masse mit Hilfe der Schnecke 49 in leere Verpackungseinheiten oder Containers 50 eingebracht wird. Die gefüllten Containers 51 werden vorübergehend gelagert, um später einer von der oben beschriebenen Anlage getrennten, anderen Anlage zugeführt zu werden (bei 52). In dieser Anlage 52 wird die entwässerte Fasermasse 53 in einen Auflöser 54 eingebracht, der ein Rührwerk 55 enthält.

Im Auflöser 54 wird die Fasermasse 53 mit Hilfe des Rührwerks 55 in Wasser dispergiert, wobei ggf. Zusatzstoffe 56, wie Zellulosefasern, zugesetzt werden. Die resultierende Dispersion der Fasermasse 53 (und evtl. Zusatzstoffe 56) wird dann aus dem Auflöser 54 ausgetragen und mittels einer Pumpe 57 zu einem Lagerbehälter 58 geführt, von wo die Dispersion mit Hilfe eines Ventils 59, das von einer Steuereinheit 60 gesteuert wird, auf ein Siebtuch 61 ausgetragen wird.

Auf diesem Sieb wird die Fasermasse mit ihren evtl. Zusatzstoffen zu einer Materialbahn 62 entwässert, während das Rückwasser 63 über die Pumpe 64 zum Auflöser 54 zurückgeleitet wird. Um das mit der Materialbahn 62 wegtransportierte Wasser zu ersetzen, wird weiteres Wasser über die Leitung 65 und ein von einer Steuereinheit 67 gesteuertes Ventil 66 zugesetzt. Die leeren Verpackungseinheiten 68 können zu der zuerst beschriebenen Anlage zurückgeführt werden.

Statt der oben beschriebenen Anlage zur endgültigen Formung des Mineralfasererzeugnisses können poröse Giessfor-men benutzt werden, in denen die Fasermasse zur erwünschten Form gegossen wird.

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1 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Mineralfasererzeugnisses aus dispergierbaren Mineralfasern, die von Silikat enthaltenden Mineralstoffen erhalten worden sind, welche geschmolzen und zu Mineralfasern geformt worden sind, bei welchem Verfahren die Mineralfasern in Wasser dispergiert und von nicht-dispergierbarem, teilchenförmigem Material in den Mineralfasern abgeschieden werden, wobei die in Wasser dispergierten Fasern geformt, entwässert und getrocknet werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Dispergieren und Abscheiden der Mineralfasern vom nichtdispergierbaren, teilchenförmigen Material in Gegenwart eines Netzmittels, in einer Dispergie-rungs- und Abscheidungsstufe erfolgt, und dass die Mineralfaserfraktion der Dispersion dann zur Bildung einer das Netzmittel enthaltenden, rückdispergierbaren Faserfraktion mechanisch entwässert wird, welche Faserfraktion dann von der Dispergierungs- und Abscheidungsstufe zu einer folgenden Rückdispergierungsstufe transportiert wird, in der die Fasern in Wasser riickdispergiert werden, wonach die erhaltene Dispersion geformt, entwässert und getrocknet wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Wasser dispergierten Fasern zusammen mit weiteren Zusatzstoffen geformt werden.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralfaserfraktion der Dispergierungs- und Abscheidungsstufe mechanisch auf einen Trockengehalt von 30-70 Gew.-% und eine Faserdichte von 200-400 kg/m3 entwässert wird.
4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralfasern in einer Menge von höchstens 4 Gew.-%, berechnet auf die Flüssigkeitsmenge, in der Dispergierungs- und Abscheidungsstufe dispergiert werden.
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzmittel in einer Menge von 0,001-5,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,01-3,0 Gew.-%, berechnet auf das Gewicht der Mineralfasern in der Dispergierungs- und Abscheidungsstufe, zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzmittel ein kationenaktives Netzmittel ist, welches unter Imidazolinen, Imidazolen, Aminooxyden oder quartären Ammoniumverbindungen mit geeigneter Molekularstruktur gewählt werden kann.
7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-dispergierbare, teil-chenförmige Material in der Abscheidungsstufe dynamisch abgeschieden wird.
8. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralfasern mechanisch durch Zentrifugieren nach der Dispergierungs- und Abscheidungsstufe entwässert werden.
9. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die mechanische Entwässerung abgeschiedene Flüssigkeit der Dispergierungs- und Abscheidungsstufe wieder zugeführt und nach erforderlicher Ergänzung durch Netzmittel zur Dispergierung weiterer Mineralfasern ausgenutzt wird.
10. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass'die dispergierbaren Mineralfasern zusammen mit Zellulosefasern rückdispergiert werden.