CN112384666B - 生产矿物棉板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造矿物棉板的方法，包括以给定顺序的以下步骤：提供纤维长度为50μm至800μm的矿物棉纤维；通过包括酚醛树脂的液体粘合剂来胶合所述纤维，其中，所述粘合剂(基于粘合剂中树脂的固体含量)与所述矿物棉纤维的比率为按重量计5％至30％；和使用热和压力来按压被胶合的所述纤维。

Description

生产矿物棉板的方法
技术领域
本发明涉及一种生产矿物棉板的方法以及通过这种方法生产的矿物棉板。这些板例如作为墙面覆盖层、地板覆盖物或在干地施工中使用。
背景技术
从现有技术中已知用于墙壁覆盖物、天花板覆盖物或地板覆盖物的大量板材或板。例如，所谓的层压板材广泛用作室内地板覆盖物。这些板通常基于由MDF或HDF木材制成的载体板，并且在顶侧上具有三聚氰胺树脂浸渍的装饰纸。树脂在热和压力的影响下通过按压而硬化，从而获得高度耐磨的表面。这种层压板材的缺点是其通常不适合于暴露于自然天气和湿气的户外应用。
从同一申请人的WO 2014/053186中，已知一种改进的户外地板，其使用更适合户外使用的载体板。载体板应当由乙酰化木材的MDF或HDF、纤维水泥板或优选特殊处理的PVC板组成。作为层压板材的替代品，高质量的基于PVC的板材也已知一段时间了，并且在市场上以术语LVT销售。将装饰纸幅胶合到软PVC层或片材上，以便提供具有期望装饰的PVC的可见表面。这种基于PVC的板材很难适用于暴露在自然天气条件下的应用，例如UV辐射或湿气。
此外，常常用作隔绝材料的由矿物纤维制成的建筑材料是现有技术中已知的。为此，例如由熔融的玄武岩石纺制矿物纤维，并且在纺丝工艺之后立即通过液体粘合剂来喷涂这些纤维的相当一部分。使用来自纺丝工艺的余热来蒸发粘合剂的溶剂水，并且进一步使粘合剂冷凝。随后，将纤维压缩到密度很低的隔绝板上。粘合剂用于松散地粘合纤维，使得隔绝板保持其形状。这些隔绝板的密度在20kg/m3至200kg/m3之间。所使用的粘合剂具有非常低的分子量并且具有高的水稀释性。这种粘合剂尤其称为“矿物棉树脂”。
此外，已知使用树脂粘合的矿物棉纤维板来包覆外观面(作为外观板材)。为此，例如使用固体粉末树脂。将这些粉末与纤维干混合，并且将该混合物馈送到压力机。
本发明的目的在于改进现有技术，并且特别是提供一种用于生产矿物棉板的改进方法。该方法会导致坚固和耐久的板，同时仍然允许其经济的生产。在下面的描述中提及的或本领域技术人员能够认识到的这些任务和其他任务通过根据权利要求1的用于生产矿物棉板的方法和根据权利要求15的矿物棉板来解决。
发明内容
根据本发明，提供了一种生产矿物棉板的方法，该矿物棉板例如可以用作建筑物外部的包覆层。在第一步骤中，提供纤维长度为50μm至800μm的矿物棉纤维。矿物棉是一种由人造矿物纤维制成的材料。根据起始材料，在例如矿渣棉、玻璃棉或岩棉之间进行区分。矿物棉被广泛地用作在房屋隔热中的隔绝材料或隔音和防火材料。为了生产板，矿物棉或矿物棉纤维必须设置有粘合剂并且在热和压力的影响下被按压以形成可用的板或板材。因此，在第二步骤(其也可以在第一步骤之前或与第一步骤同时进行)中，提供包括酚醛树脂的液体粘合剂。液体粘合剂优选为酚醛树脂，特别是液体酚醛树脂。酚醛树脂通常以液体形式来进行商业提供，其中，液体酚醛树脂的固体含量通常为树脂的约40％至50％。其余的组分是水，其通常在酚醛树脂的进一步加工期间蒸发，因此不再存在于成品中。就本发明而言，不同的组合物相对于粘合剂、特别是液体树脂按重量来表示。这由于水含量可以变化并且如上所述与成品无关，因此总是基于液体树脂的固体含量。
所提供的纤维利用粘合剂来胶合，其中，粘合剂(基于粘合剂中树脂的固体含量)与矿物棉纤维的比率为按重量计5％至30％。因此，每100kg纤维添加5kg至30kg的固体树脂。例如，可以将矿物棉纤维与粘合剂在吹洗管线中胶合，使得液体粘合剂很好地分布在纤维上。然后，如有必要，在干燥步骤之后，使用热和压力对胶合纤维进行按压，形成密度大于500kg/m3的板。由于高密度，该板非常适于许多应用，对于这些应用，通常生产的矿物棉板由于其低密度而不合适。通过在热和压力下按压，水从粘合剂中去除，并且树脂固化。这导致树脂的化学反应，通常是缩聚。然后可以进一步加工以这种方式生产的矿物棉板，例如施加另外的装饰层或表面或者将被按压的板切割为期望的尺寸等。
优选地，矿物棉纤维是玻璃棉纤维和/或岩棉纤维。这些材料是低成本的并且非常适于本发明的目的。
优选地，在将纤维胶合之前，添加剂被包含到粘合剂。添加剂进一步优选为矿物填充剂，并且特别是高岭土、石英粉、石灰石和/或氧化铝。最优选地，矿物填充剂主要由高岭土、石英粉、石灰石和/或氧化铝组成。通常优选地是，在利用粘合剂来胶合纤维之前，对液体粘合剂和填充剂的混合物进行超声波处理。这种处理导致填充剂非常均匀地分散在液体粘合剂中。
优选地，矿物填充剂的平均粒径d50为10nm至150μm，更优选为300nm至100μm，并且最优选为500nm至900nm。这些粒径可以容易地分散在液体树脂中，从而导致均匀的高质量产品。矿物填充剂可以从商业供应商获得。制造商的颗粒尺寸规格是足够可靠的，这是因为效果并不取决于确切的尺寸，而是填充剂可以在广泛的尺寸范围内使用。替代地，可以直接或类似地使用相应的FEPA标准(Federation of European Producers of Abrasives，欧洲磨料生产商联合会)来确定颗粒尺寸和颗粒尺寸分布。优选地通过将矿物填充剂搅拌到液体树脂中来预先制备树脂和填充剂的混合物。
优选地，基于粘合剂的质量，基于粘合剂的固体含量，矿物填充剂的添加量为按按重量计5％至150％，更优选为按重量计10％至100％，并且最优选为按重量计35％至90％。例如，添加基于粘合剂的质量的按重量计30％的矿物填充剂意味着对于1000kg酚醛树脂的量添加300kg的矿物填充剂(基于固体含量，即对于不具有水含量的液体酚醛树脂)。添加按重量计120％的矿物填充剂意味着添加1200kg的矿物填充剂。优选地，在使用矿物填充剂来胶合矿物棉纤维之前将矿物填充剂添加到液体树脂。对于具有40％的固体含量的液体酚醛树脂，添加以基于粘合剂的质量的按重量计80％的量的矿物填充剂意味着将320kg填充剂添加到1000kg液体酚醛树脂。因为具有40％的固体含量的1000kg液体酚醛树脂含有400kg固体树脂(400kg的80％为320kg)。由于矿物棉纤维与填充剂/树脂混合物胶合，因此矿物填充剂在成品板中分布得非常好。通过在纤维被胶合之前对粘合剂可选地施加超声波，显著地改善了这种分布。
优选地，矿物棉纤维的纤维长度为60μm至700μm，甚至更优选为80μm至600μm，并且最优选为100μm至500μm。已经表明这样的纤维长度易于加工并且可以用于生产稳定和耐用的产品。
优选地，被胶合的纤维在130℃至180℃、更优选为140℃至160℃之间的温度下并且还优选地在15至35巴的特定按压压力下被按压。这些温度和压力范围导致所提供的树脂的良好和完全的固化，尤其是当使用酚醛树脂时更是如此。酚醛树脂在这些压力和温度下冷凝，因此可以生产出非常稳定和耐用的矿物棉板，可以很好地在这种矿物棉板上作业。
优选地，粘合剂(基于粘合剂中树脂的固体含量)与矿物棉纤维的比率为按重量计10％至30％、更优选为按重量计12％至30％，并且最优选为按重量计14％至25％。因此不考虑最终包括的矿物填充剂的质量。例如，基于粘合剂中树脂的固体含量，粘合剂与矿物棉纤维的按重量计的比率为20％意味着将20kg粘合剂添加到100kg矿物棉纤维。例如，当使用固体含量为40％的液体酚醛树脂时，这意味着每100kg矿物棉纤维添加50kg液体酚醛树脂(即，包含20kg固体树脂，即50kg的40％)。这些比率已被证明在实践中是最佳的。该比率导致可以经济地生产的非常稳定的矿物棉板。
优选地，矿物棉纤维在吹洗管线中利用粘合剂来胶合。将粘合剂直接注射到吹洗管线中的纤维流中。这种工艺导致非常均匀的胶分布并且非常经济。原则上，用于生产矿物棉板的一般专业知识可以用于矿物棉纤维的胶合。替代地并且还优选地，还可以使用机械胶合利用粘合制剂胶合矿物棉纤维。如果将更大量的填充剂添加到粘合剂，则在已知的混合装置中的机械粘合纤维也是有利的。
优选地，在连续运行的双带式压力机中使用热和压力来按压被胶合的纤维。温度必须足够高以在按压期间固化树脂。所需的温度通常是本领域技术人员已知的或可以从液体树脂的供应商或制造商获得。连续双带式压力机的使用允许连续地并且因此经济地生产大量矿物棉板。矿物棉板以长股的形式离开双带式压力机，然后可以按尺寸切割。
优选地，将按压后获得的矿物棉板进一步加工成地板。例如并且优选地，矿物棉板的表面设置有装饰表面，比如装饰纸等。此外，可以为矿物棉板的边缘提供耦接装置，比如特别是榫槽元件，使得几个相同类型的矿物棉板可以接合在一起以形成大面积的覆盖物。
优选地，使用热和压力以使得所得板的密度大于700kg/m3、优选大于900kg/m3并且最优选大于1000kg/m3的方式按压被胶合的纤维。具有这种密度的板材高度紧凑，机械上非常坚固，并且可以用于各种应用。
本发明还涉及一种矿物棉板，该矿物棉板优选使用上述工艺之一来生产。因此，根据本发明的矿物棉板包括纤维长度为50μm至800μm的矿物棉纤维、固化树脂形式的粘合剂(特别是固化酚醛树脂)和相应的矿物填充剂，矿物填充剂的平均粒径d50优选为10nm至150μm，其中，矿物棉板的密度大于500kg/m3。
矿物填充剂优选包括高岭土、石英粉、石灰石和/或氧化铝。特别优选地，填充剂主要由这些材料组成。
如以上结合本发明的工艺所述，矿物填充剂的平均粒径优选为10nm至50μm，更优选为300nm至100μm，并且最优选为500nm至900nm。如以上结合本发明的方法所述，矿物棉纤维的纤维长度优选为60μm至700μm，甚至更优选为80μm至600μm，并且最优选为100μm至500μm。
优选地，粘合剂(基于粘合剂中树脂的固体含量)与矿物棉纤维的比率为按重量计10％至30％，更优选为按重量计12％至30％，并且最优选为按重量计14％至24％。
矿物棉板的密度优选大于700kg/m3，优选大于900kg/m3，并且最优选大于1000kg/m3。
优选地，根据本发明的矿物棉板的特征在于以下参数，或者如果执行根据本发明的方法，则可以通过这些参数来生产：
根据DIN EN 323的密度：700kg/m3至2000kg/m3，优选为1000kg/m3至1750kg/m3，最优选为1250kg/m3至1550kg/m3；
根据DIN EN 789的弯曲强度为25N/mm2至125N/mm2；
根据DIN 52188的拉伸强度为15N/mm2至125N/mm2，并且弹性模量(挠曲)为3000N/mm2至15000N/mm2。
下面使用两个示例来更详细地描述根据本发明的方法。示例仅用于说明目的，而不应以限制性方式理解。
示例1：
在第一步骤中，生产液体酚醛树脂，其中将1摩尔苯酚与1.05摩尔甲醛混合，并且使用苛性钠将pH调节至大约8.3至8.9。在85℃下进行冷凝，直到粘度(在20℃下测量)为大约65mPas。应当确保水稀释度为120％至200％，而B时间(在150℃下)为100至150秒。以这种方式根据DIN EN ISO 3251生产的酚醛树脂的固体含量为大约60％。在进一步的步骤中，制备并且提供矿物棉纤维。为此，将从熔融岩石获得的市售岩棉磨损到不存在较大纤维团聚体的程度。这种类型的岩棉可以在商业上获得，例如，从这种棉的制造商那里获得，例如Saint Gobain或Rockwool。纤维化至大约50μm至800μm的纤维长度允许通过液体粘合剂均匀润湿纤维。如果纤维长度太短，则被胶合的纤维不具有必要的结构强度。纤维长度太长使得难以利用液体粘合剂均匀润湿纤维。然后将以这种方式提供的矿物棉纤维通过液体酚醛树脂来均匀胶合。基于固体树脂，酚醛树脂的输入量为按重量计12％。在本示例中，每100kg纤维添加12kg固体树脂或20kg液态酚醛树脂(在大约60％的固体含量下，20kg液体酚醛树脂包含大约12kg固体树脂和8kg水)。然后将喷涂的纤维在混合器中混合，并且将被胶合和混合的纤维干燥，然后放置在按压板上，在轻微压力下均匀地分布并且被预压缩。干纤维饼的应用重量为9.6kg/m2，并且在180℃的温度和20巴的比按压压力下进行按压，以及按压时间为3分钟。以这种方式生产的板的厚度为7mm，密度为1200kg/m3，并且具有以下机械性能：弯曲强度为38N/mm2；弹性模量(挠曲)为5600N/mm2，拉伸强度为27N/mm2，以及弹性模量(拉伸)为5500N/mm2。
示例2：
在第二示例中，将矿物填充剂添加到液体树脂，并且在将由此产生的粘合剂施加到纤维之前对其进行超声波施加。最初如上生产酚醛树脂。然后将650g酚醛树脂(固体含量为60％，包括390g固体树脂)与350g高岭土混合，以产生1000g粘合剂。这意味着将350g高岭土添加到液体树脂中的390g固体中，即基于粘合剂的质量，添加量为约90％的矿物填充剂。以这种方式产生的液体混合物进行超声波处理，该超声波具有输出为185W，面积强度为120W/cm2，能量输入为14kWh/t。超声波的施加导致混合物的温度升高。应当通过适当冷却将温度限制在55℃以下。通过由超声波输入的这种能量，在显微镜下，在粘合剂中不能检测到矿物填充剂的团聚物。超声波施加到粘合剂上进行大约5分钟。被处理的粘合剂用于纤维板生产，在室温下的粘度为30秒，通过DIN量杯/喷嘴测量为8mm。
在混合器中，将879g矿物棉纤维与321g粘合剂混合。纤维应该在超声波施加后立即混合或胶合，否则充分分散的填充剂会再次沉淀。因此，这321g粘合剂中的固体树脂含量为约125g或约40％(321g粘合剂由约112g填充剂和约209g液体树脂组成，液体树脂又具有60％的固体含量，即125g固体树脂和84g水)。然后干燥以这种方式被胶合的纤维，从而去除水。然后将干燥的被胶合的纤维混合物放置在按压板上，均匀分布并且略微预压缩。在180℃的温度下进行最终按压，具体的拔牙压力为20巴，以及时间为大约3分钟。板的厚度为7mm，密度为1284kg/m3，弯曲强度为48N/mm2，弹性模量(挠曲)为9500N/mm2，拉伸强度为28N/mm2，以及弹性模量(拉伸)为7800N/mm2，这表明与示例1相比，板的机械性能显著提高。这特别适用于弯曲强度、弹性模量和拉伸模量。
附图说明
下面参照附图更详细地解释本发明，其中：
图1是本发明的工艺的顺序的示意框图；和
图2示意性地示出用于进行该工艺或用于生产矿物棉板的设备。
具体实施方式
图1示出本发明的用于生产矿物棉板的方法的示例的示意性流程图。在步骤S1中，提供纤维长度为50μm至800μm的矿物棉纤维。例如，这可以通过将市售的岩棉粉碎成期望的纤维长度来实现。在步骤S2中，提供包括液体树脂和矿物填充剂的混合物的粘合剂。填充剂的平均粒径d50应当为10nm至250μm。步骤S1和S2不必以规定的顺序进行，而是也可以同时或以不同的顺序进行。填充剂的添加是可选的，然而是优选的。在步骤S3中，对基本由液体树脂和矿物填充剂组成的粘合剂进行超声波施加，由此将填充剂分布在液体树脂中，并且优选破坏或减小填充剂的团聚体的尺寸。如果使用填充剂，则步骤3是可选但是优选的，这是因为施加超声波能量导致填充剂的非常细的分散。在步骤S4中，利用粘合剂来胶合所提供的矿物棉纤维。因为超声波施加只有在矿物棉纤维还没有添加到粘合剂中时才有意义，所以纤维必须在步骤S1、S2和S3之后胶合。另外，因为通过超声波施加分散的填充剂可能再次沉淀在液体树脂中，所以步骤S4应当在步骤S3之后立即进行。作为步骤中的最后一个，在步骤S5中，使用热和压力按压被胶合的纤维以形成矿物棉板。
图2示意性地示出了用于生产本发明的矿物棉板或用于执行本发明的方法的设备。附图标记10指的是一种混合器，在该混合器中经由液体树脂的供应器14和矿物填充剂的供应器16引入和混合液体树脂和填充剂。加工是分批进行的。在馈送和混合期望量的树脂和填充剂之后，通过超声波探针12将超声波施加到粘合剂。这导致填充剂在液体树脂中的良好分布或分散以及填充剂团聚体的减少或破坏。可以施加超声波几分钟，例如5至15分钟。超声波施加的强度或力度取决于所使用的材料，比如液体树脂的粘度以及矿物填充剂的尺寸和一致性。应当选择超声波施加的强度，使得填充剂良好地分布在液体树脂中，并且填充剂的较大团聚体被有效地粉碎或破坏。
附图标记20指的是粉碎机，可以经由供应器22来为粉碎机馈送矿物棉或矿物棉纤维。在粉碎机20中，矿物棉纤维被粉碎至50μm至800μm的纤维长度。相应缩短的纤维经由馈送器24馈送到胶合装置30。由液体树脂和矿物填充剂组成的粘合剂从混合器10经由供应器18馈送到胶合单元30。纤维应当在施加超声波之后立即胶合。在胶合单元30中，利用粘合剂来胶合纤维。如果必要的话，在胶合装置30之后干燥以这种方式胶合的纤维，然后将其馈送到双带式压力机40。将干燥并且胶合的矿物棉纤维铺展在传送带上，并且形成胶合纤维毡42。纤维毡42被馈送通过双带式压力机40，并且在热和压力的作用下按压为矿物棉板44中。在这种情况下，矿物棉板44可用作长股，然后，如果期望，可以将其按尺寸切割并且进一步加工。
附图标记表
10 混合器
12 超声波探针
14 液体树脂供应器
16 填充剂馈送器
18 粘合剂馈送器
20 粉碎机
22 矿物棉供应器
24 纤维供应器
30 胶合装置
40 双带式压力机
42 胶合纤维毡
44 矿物棉板

Claims (18)

1.一种用于制造矿物棉板（44）的方法，包括以给定顺序的以下步骤：
a）提供纤维长度为50 µm至800 µm的矿物棉纤维；
b）利用包括酚醛树脂的液体粘合剂来胶合所述纤维，其中，所述粘合剂（基于所述粘合剂的树脂的固体含量）与所述矿物棉纤维的比率为按重量计5%至30%，和
c）使用热和压力将被胶合的所述纤维按压至密度大于500 kg/m³；
其中，所述粘合剂包括添加剂，所述添加剂是矿物填充剂，包括高岭土、石英粉、石灰石和/或氧化铝，所述矿物填充剂的平均粒径d50为10 nm至250 µm，以及
基于所述液体粘合剂中树脂的固体含量的质量，所述矿物填充剂的加入量为按重量计5%至150%。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矿物棉纤维为玻璃棉纤维和/或岩棉纤维。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矿物填充剂的平均粒径d50为300 nm至100 µm。
4.根据前述权利要求1或3中所述的方法，其特征在于，基于所述液体粘合剂中树脂的固体含量的质量，所述矿物填充剂的加入量为按重量计10%至100%。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述矿物棉纤维的纤维长度为60 µm至700 µm。
6. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，按压被胶合的所述纤维的步骤在130-180 ℃之间的温度下并且在15-35巴的按压压力下进行。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，基于所述粘合剂中树脂的固体含量，所述粘合剂与所述矿物棉纤维的比率为按重量计10%至30%。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述矿物棉纤维与所述粘合剂的胶合在吹洗管线中进行。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述矿物棉纤维通过机械胶合的方式与所述粘合剂胶合。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述按压在连续运行的双带式压力机中进行。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述粘合剂是液体酚醛树脂。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述按压之后，将由此获得的所述矿物棉板进一步加工成地板。
13. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使用热和压力以使得所得板的密度大于700 kg/m³的方式按压被胶合的所述纤维。
14.一种矿物棉板，包括：
纤维长度为50 μm至800μ m的矿物棉纤维；
固化树脂形式的液体粘合剂，所述固化树脂形式的液体粘合剂包括固化的酚醛树脂；
平均粒径d50为10 nm至250 µm的矿物填充剂，其中，所述矿物棉板的密度大于500 kg/m³；
其中，所述矿物填充剂包括高岭土、石英粉、石灰石和/或氧化铝，所述矿物填充剂的平均粒径d50为10 nm至250 µm，以及，基于所述液体粘合剂中树脂的固体含量的质量，所述矿物填充剂的加入量为按重量计5%至150%。
15. 根据权利要求14所述的矿物棉板，其特征在于，所述矿物填充剂的平均粒径d50为300 nm至100 µm。
16. 根据权利要求14或15所述的矿物棉板，其特征在于，所述矿物棉纤维的纤维长度为60 μm至700 μm。
17.根据权利要求14或15所述的矿物棉板，其特征在于，基于所述粘合剂中树脂的固体含量，所述粘合剂与所述矿物棉纤维的比率为按重量计10%至30%。
18. 根据权利要求14或15所述的矿物棉板，其特征在于，所述矿物棉板的密度大于700kg/m³。
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