CS74992A3

CS74992A3 - Product made of mineral wool

Info

Publication number: CS74992A3
Application number: CS92749A
Authority: CS
Inventors: Gerd-Rudiger Dr Ing Klose; Karl Dr Ing Rudolph
Original assignee: Rockwool Mineralwolle
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 1992-09-16
Also published as: NO920974D0; NO920974L; EP0503555A1; CZ278250B6; SK278928B6; FI920761A0; CA2062892A1; FI920761A

Description

11

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká výrobku z minerální vlny, sestávajícíhov podstatě z minerálních vláken, zejména z minerální vlny,a pojivá, které je tepelným zpracováním vytvrditelné.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a mineral wool product consisting essentially of mineral fibers, in particular mineral wool, and binders which are curable by heat treatment.

Pod pojmem výrobek z minerální vlny se rozumí předevšímsrolovatelné izolační plsti, izolační desky, izolační rohože,lamelové rohože a další tvarovaná tělesa, zejména všechna těle-sa, která jsou podrobována stálému nebo střídavému tepelnémuzatížení, jako jsou například izolační materiály u topení nebokamen jakéhokoli druhu.A mineral wool product is understood to mean, in particular, insulating felt, insulating boards, insulating mats, lamellar mats and other shaped bodies, in particular all bodies which are subjected to permanent or alternating thermal loads, such as insulation materials for heating or any kind of heating.

Dosavadní stav techniky Výroba izolačních materiálů z minerální vlny se provádírozvlákňováním silikátové taveniny. Průměr sklovitě ztuhlýchminerálních vláken činí přibližně 1 až asi lO^Aím při středníchhodnotách od 4 do 5^um.BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] The production of mineral wool insulating materials is effected by fiberizing a silicate melt. The diameter of the vitreously solidified mineral fibers is about 1 to about 10 µm in mean values from 4 to 5 µm.

Jako pojivo se pro izolační materiály z minerální vlnyosvědčily vodné roztoky fenolformaldehydových a močovinofor-maldehydových pryskyřic. Pryskyřice, nacházející se v časnémstadiu polykondenzační reakce, jsou prakticky rozpustné vevodě, a proto se při vnesení do proudu vláken vysoce dispergu-ji, takže na velmi jemných minerálních vláknech tvoří velmitenké povlaky, přičemž tyto povlaky se v místech vzájemnéhodoteku bodovitě spojí. Obsah pojivá v izolačních materiálechčiní méně než 8 % hmotnosti. K pojivu patří ještě tak zvanémastící přípravky pro hydrofobaci a zvýšení drsnosti. Tytomastící přípravky sestávají z emulzí oleje ve vodě, minerálních 2 olejů, silikonových olejů, silikonových pryskyřic a jejich mo-difikací .As a binder, aqueous solutions of phenol-formaldehyde and urea-maldehyde resins have proven to be suitable for mineral wool insulation materials. The resins present in the early phase of the polycondensation reaction are practically soluble in the water and are therefore highly dispersed upon introduction into the fiber stream, so that they form large-scale coatings on the very fine mineral fibers, and these coatings merge together at mutual points. The binder content of the insulating materials is less than 8% by weight. Binder still includes so-called hydrophobic and roughness enhancers. Tytomastic preparations consist of oil-in-water emulsions, mineral oils, silicone oils, silicone resins and their modifications.

Použitím vodného média pro dispergováni fenolformaldehy-dové pryskyřice se jednak zabrání tvorbě emisí a za určitýchokolností tvorbě organického rozpouštědla škodícího okolnímuprostředí, ale co je pro technologii ještě podstatnější je,že rychlost ochlazování vláken se urychlí tak, že vlákna s jis-totou sklovitě ztuhnou, a že konečně teploty jsou tak nízké,že nedojde k předtvrzení filmu nebo kapiček pojivá na vláknechv tak zvané sběrné komoře. Při tomto způsobu se musí jednotliváminerální vlákna zachycovat ve sběrných komorách. Potom serozvrstvují na požadovanou tloušťku a ve stálém proudu vlákense přivádějí do vytvrzovací pece. Teprve ve vytvrzovací pecise předem stanoveným odstupem přítlačných pásů a předem stano-venou hustotou proudu vláken vytvoří odpovídající hustota,tlouštka a struktura pozdějšího izolačního materiálu. Horkýmvzduchem se modifikovaná fenolová pryskyřice vytvrdí při teplo-tách mezi 250 °C a 300 °C irreverzibilně do teplem vytvrditelnépryskyřice.By using an aqueous phenol-formaldehyde resin dispersing medium, the formation of organic solvents is prevented by the formation of an organic solvent damaging the surrounding environment, but what is even more important for the technology is that the fiber cooling rate is accelerated so that the iisotene fibers solidify, and that, finally, temperatures are so low that the film or droplets of binder on the fiber in the so-called collection chamber do not pre-cure. In this method, the individual mineral fibers must be collected in the collection chambers. They are then layered to the desired thickness and fed to the curing oven in a constant fiber flow. It is only in the curing zone that a predetermined distance between the pressure belts and the predetermined density of the fibers will produce the corresponding density, thickness and structure of the later insulating material. By hot air, the modified phenolic resin cures at temperatures between 250 ° C and 300 ° C irreversibly into the heat curable resin.

Podstatnou nevýhodou organické fenolformaldehydové a mo-čovinoformaldehydové pryskyřice je, že se při vyšších teplotáchrozloží. Přitom se vytvářejí páchnoucí plyny, které za určitýchokolností jsou škodlivé pro zdraví. Tepelná odolnost pojivá le-ží řádově mezi 250 až 325 °C a tudíž hluboko pod bodem tavenívláken, který u vláken roztavených ze surovin, jako je diabasnebo čedič, činí více než 1000 °C.An important disadvantage of the organic phenol-formaldehyde and urea-formaldehyde resins is that they decompose at higher temperatures. At the same time, smelly gases are created that are harmful to health under certain circumstances. The heat resistance of the bonding agent is in the order of 250 ° C to 325 ° C and therefore well below the melting point of the fibers, which is more than 1000 ° C for fibers melted from raw materials such as diabase or basalt.

Nechyběly ani pokusy nahradit organické pojivo anorganic-kým pojivém. Tak jsou známy pokusy použití vodního skla prospojení tělesa s vláknem. To platí zejména pro výrobu vlákni-tých těles. K tomu se hodí i jílové minerály. Vlákna se mohoui procesem ze sólu na gel spojovat například se sloučeninamisodíku, bóru a křemíku. Tato vazba neboli spojení je však vevšech případech poměrně křehká. Navíc je zapotřebí velkého 3 množství pojivá. Technika, která je v průmyslu minerálníchvláken obvyklá, není přitom použitelná. Izolační materiálytakto vyrobené však nemají pro četné případy použití až do roz-sahu hustoty 200 kg/m3 potřebnou ohebnost a známou pružnostvláknitých izolačních materiálů. Tato vlastnost je však nezbytná. Dále je známé, že v binárním systému Al2O3-P2‘O5 je alumi-niummetafosfát dobrým tvořičem skla. Složení s vyššími obsahyoxidu hliníku, jako je například ALPOH4 nepřicházejí ze zkuše-nosti v úvahu, protože ztuhnou krystalicky a vzhledem k velmirozdílným koeficientům roztažnosti pojivá a skla vláken se odsebe rozpojí a netvoří požadovanou vazbu. To je případ i dalšíchkrystalicky tuhnoucích materiálů.Attempts have also been made to replace the organic binder with an inorganic binder. Thus, attempts have been made to use waterglass to provide a fiber body. This is particularly true for the production of fiber bodies. Clay minerals are also suitable for this. For example, the fibers can be joined by a sol-gel process to, for example, hydrogen sulfide, boron and silicon. However, this bond or bond is quite fragile in all cases. In addition, a large amount of binder is required. The technique that is common in the mineral fiber industry is not applicable here. However, insulating materials made of this kind do not have the necessary flexibility and known elastic fiber materials for numerous applications up to a density of 200 kg / m 3. However, this feature is necessary. Furthermore, it is known that in the binary system Al2O3-P2‘O5, aluminum metaphosphate is a good glass maker. Compositions with higher aluminum oxide content, such as ALPOH4, are not considered to be useful because they solidify crystalline and, owing to the very different coefficients of expansion of the binders and glass fibers, are separated and do not form the desired bond. This is the case with other crystalline curing materials.

Kromě toho existují řetězovitě vytvořené polyfosfáty, ja-ko je například hydrofosforečnansodný, který může vytvářetpouze sklo rozpustné vodou, což v případě použití nezaručujepotřebnou trvalou vazbu. Úkolem vynálezu je vytvořit výrobek z minerální vlny,který je při zachováni běžných pevnostních vlastností tepelněvysoce zatižitelný a u něhož se netvoří žádné páchnoucí nebozdraví škodlivé plyny.In addition, there are chain-formed polyphosphates, such as hydrophosphate, which can only form water-soluble glass, which does not provide the necessary permanent bond when used. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a mineral wool product which is heat resistant under normal strength properties and wherein no odorous or harmful gases are formed.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Tento úkol splňuje výrobek z minerální vlny, sestávajícív podstatě z minerálních vláken, zejména minerální vlny, apojivá, které je tepelným zpracováním vytvrditelné, podle vy-nálezu, jehož podstatou je, že jako pojivo je použit aluminium-metafosfát Al (PO3)3 dispergovaný ve vodě. Tímto způsobem vzniknepodstatná výhoda v tom, že výrobky z minerální vlny, respektiveizolační materiály z minerální vlny je možno tepelně zpracovatnebo zatížit až do bodu měknutí minerálních vláken, přičemžnevznikají žádné škodlivé plyny. Další výhoda spočívá v tom,že vznikne dobrá a trvalá vazba mezi pojivém a minerálními vlákny 4This object is achieved by a mineral wool product consisting essentially of mineral fibers, in particular mineral wool, a binder which is thermally curable according to the invention, the principle being that aluminum metaphosphate Al (PO3) 3 dispersed in water. In this way, a significant advantage is obtained in that the mineral wool products or the mineral wool insulation materials can be heat treated or loaded up to the softening point of the mineral fibers, leaving no harmful gases. A further advantage is that a good and lasting bond between the binder and the mineral fibers is produced

To je kromě toho způsobeno tím, že kyselina metafosforečnátvoří prstencovité molekuly rozdílné velikosti. Protože běžnépevnostní vlastnosti zůstávají zachovány, je možno výrobek zminerální vlny zpracovat do srolovatelných izolačních plstí,izolačních desek, izolačních rohoží, lamelových rohoží a dolibovolného druhu dalších vláknitých těles. S výhodou činí podíl metafosforečnanu hlinitého (aluminium-metafosfátu) přibližně 3 až 20 % hmotnosti, s výhodou 7 až 12 %hmotnosti, vztaženo na celkovou hmotnost. V praxi může být metafosforečnan hlinitý vyroben jako mikroskopický prášek, který se potom disperguje ve vodě a nastříká-vá v rovnoměrné, jemně rozptýlené formě na horká, právě vyrobe-ná minerální vlákna.This is also due to the fact that metaphosphoric acid forms annular molecules of different size. Since the usual strength properties are retained, the mineral wool product can be processed into rollable insulating felt, insulating boards, insulating mats, lamella mats and any other fibrous bodies. Preferably, the proportion of aluminum metaphosphate (aluminum metaphosphate) is about 3 to 20% by weight, preferably 7 to 12% by weight, based on the total weight. In practice, aluminum metaphosphate can be produced as a microscopic powder which is then dispersed in water and sprayed in a uniform, finely dispersed form onto the hot mineral fibers produced.

Stanovený úkol se podle vynálezu řeší alternativně i tím,že jako pojivo je použit fosforečnan monohlinitý Al(H2PC>4)grozpustný ve vodě.According to the invention, this object is solved alternatively by the use of mono-aluminum phosphate Al (H2PC> 4) soluble in water as a binder.

Označení fosforečnan monohlinitý je nutno chápat v tomtopřípadě jako souhrnný pojem. V literatuře se používá i všeo-becné označení hydrogenfosforečnan hlinitý nebo dihydrogenfosfo-rečnan hlinitý. V rámci vynálezu může být použit jako pojivoi ve zvláštní formě, totiž jako trihydrát fosforečnanu mono-hlinitého AI(POg)g.3H2O nebo jako dihydrogenfosforečnan hlini-tý s chemickým vzorcem AI(H2PO4)g.3H2O.The term mono-aluminum phosphate is to be construed as a collective term in this case. Also known in the literature is the aluminum dibasic phosphate or aluminum dihydrogen phosphate. Within the scope of the invention, it can be used as a binder in a special form, namely as mono-aluminum phosphate trihydrate Al (POg) g.3H2O or as aluminum dihydrogenphosphate with the chemical formula A1 (H2PO4) g.3H2O.

Tepelným zpracováním vláken impregnovaných popsanými po-jivý při teplotě nad 250 °C se vytvoří kyselý trifosforečnanAlHgPgO^Q a při dalším zvýšení teploty nad 500 °C, zejména na600 °C, se přemění pojivo v dlouhořetězový polyfosforečnan hli-nitý a cyklický tetrafosforečnan hlinitý. Rozdílný stupeň zpra-cování , podmíněný teplotou, pojivá se používá cíleně k tomu, abyse vyrobilo pružné pojivo s malým obsahem prachu pro izolaciperiodicky provozovaných, tepelně vysoce zatížených zařízení,jako jsou kamna apod. Použitím v těchto zařízeních se pojivov tepelně vysoce zatížených oblastech izolace přemění již na 5 irreverzibilně vodou nerozpustné polyfosforečnany popřípadětetrametafosforečnany. Ve vnější oblasti příslušného zaříze-ní, která je tepelně zatížena méně, zůstává pojivo v reverzi-bilním stavu. V důsledku toho zůstává výrobek z minerální vlnyi s vazbou, kterou obsahuje vlivem pojivá, vysloveně pružný aohebný. Další výhoda tohoto reverzibilního stavu je, že poji-vo například při možné odstávce zařízení umožní, aby výrobekz minerální vlny přijmul vlhkost z vnějšího vzduchu, takžetím je i vazba prachu výrobku z minerální vlny příznivě ovlivňo-vána .Heat treatment of the fibers impregnated with the coating described above at a temperature of above 250 ° C produces acidic triphosphateAlHgPgO 2 O and, with a further increase in temperature above 500 ° C, in particular 600 ° C, the binder is converted into long-chain polyphosphate polyphosphate and cyclic aluminum tetraphosphate. The different temperature-related processing grade binders are used specifically to produce a low-dust flexible binder for insulated, thermally loaded, heavily loaded devices such as stoves, etc. already 5 irreversibly water-insoluble polyphosphates and possibly tetametaphosphates. The binder remains in a reversible state in the outer region of the respective device, which is less heavily loaded. As a result, the mineral wool product with the binding it contains remains strongly resilient and flexible. A further advantage of this reversible state is that, for example, in the event of a shutdown of the device, the insurance allows the mineral wool product to take moisture from the outside air, so that the binding of the mineral wool product is also favorably influenced.

Pro další případy použití je v praxi rovněž výhodné, kdyžse pojivo již v průběhu procesu výroby výrobku z minerálnívlny zavede do požadovaného stupně přeměny tím, že cesta izo-lačního materiálu z minerální vlny se vede pecí, která je nasta-vena na příslušnou teplotu.It is also advantageous in practice for other applications where the binder is introduced into the desired degree of conversion during the mineral wool product manufacturing process by passing the mineral wool insulating material through an oven which is set to the appropriate temperature.

Co bylo objasněno již pro metafosforečnan hlinitý, platíi pro předtím objasněnou skupinu monofosforečnanů hlinitých.Existuje totiž i zde ta výhoda, že výrobky z minerální vlny,popřípadě izolační materiály z minerální vlny mohou být tepelnězpracovány až do bodu měknutí minerálních vláken, aniž by setepelným štěpením, například organických substancí, netvořilyškodlivé nebo nepříjemně páchnoucí plyny. Dále budou objasněny ještě další výhodná provedení vyná-lezu. S výhodou mohou být přidávány i zhuštovací prostředky,jako polysacharidy, karbooxylmethylcelulosa, polyvinylalkoholnebo směs fenolformaldehydové a močovinoformaldehydové prysky-řice .What has already been clarified for aluminum metaphosphate applies to the previously elucidated aluminum monophosphate group. There is also the advantage that mineral wool products or mineral wool insulation materials can be heat treated up to the softening point of the mineral fibers, without damping, for example organic substances, do not form harmful or unpleasant smelling gases. Still further preferred embodiments of the invention will be explained below. Densifying agents such as polysaccharides, carbooxylmethylcellulose, polyvinyl alcohol or a mixture of phenol-formaldehyde and urea-formaldehyde resins can also be advantageously added.

Pro použití vynálezu jsou jako minerální vlákna vhodnápředevším málo alkalická vlákna, jako je minerální vata.For use of the invention, mineral alkali fibers such as mineral wool are particularly suitable as mineral fibers.

Podle dalšího vylepšení vynálezu se navíc přidává mastí-cí přípravek, jako je minerální olej nebo emulze oleje ve vodě,v nejjemnějším rozptýlení. 6 A konečně se podle dalšího provedení vynálezu do dálezapojeného agregátu přidávají impregnační prostředky, důleži-té zejména z hlediska účelu použití, do výrobku z minerálnívlny nebo izolačního materiálu z minerální vlny, ve formě aero-solu nebo páry. Příklady provedení vynálezuAccording to a further improvement of the invention, a lubricant such as a mineral oil or an oil-in-water emulsion is added in the finest dispersion. Finally, according to a further embodiment of the invention, impregnating agents, important in particular for their intended use, are added to the further connected aggregate in a mineral wool or mineral wool insulating material, in the form of an aerosol or steam. EXAMPLES OF THE INVENTION

Metafosforečnan hlinitý, dispergovaný ve vodě a modifiko-vaný různými plastickými hmotami, nebo monofosforečnan hlinitý,rozpuštěný ve vodě se samotné nebo spolu s mastícími přípravky,jako jsou například minerální oleje, emulze oleje ve vodě,v nejjemnějším rozptýlení nastříkávají na vlákna. Přitom použi-té přísady plastických materiálů ve spojení s přirozeným obsa-hem hydrátů metafosforečnanu hlinitého nebo monofosforečnanuhlinitého způsobují nejprve dostatečné přilnutí filmu nebo ka-piček pojivá na vlákna. Současně reaktivita pojivá zůstává za-chována. To je elementární předpoklad k tomu, aby se vláknaimpregnovaná tímto způsobem normálně nahromadila a obvyklýmzpůsobem přiváděla do vytvrzovací pece. Vhodným odstupem pří-tlačného pásu nebo přítlačných válečků od sebe a vhodným nasta-vením doby prodlevy, jakož i hustoty proudu vláken, může býtstanovena tlouštka, hustota, orientace, tedy struktura výrobkunebo izolačního materiálu z minerální vlny.Aluminum metaphosphate, dispersed in water and modified with various plastics, or aluminum monophosphate, dissolved in water alone or together with lubricating agents such as mineral oils, oil-in-water emulsions, in the finest dispersion are sprayed onto the fibers. In doing so, the plastic materials used in conjunction with the natural content of aluminum metaphosphate or monophosphate aluminum hydrates first impart sufficient adhesion of the film or beads to the fibers. At the same time, the reactivity of the binder remains. This is an elementary prerequisite for the fibers to be impregnated in this way normally and fed to the curing oven in the usual manner. A suitable thickness, density, orientation, i.e. structure of the product or the mineral wool insulating material can be determined by a suitable spacing of the pressure belt or the pressure rollers and by appropriate adjustment of the dwell time and the density of the fiber stream.

Proudem horkého vzduchu o teplotě mezi 250 °C a 500 °C svýhodou 275 °C až 350 °C, se odstraní jak přítomná vlhkost,tak i podíl plastických materiálů. Tvoři se požadovaná vazbafosforečnanového skla jak s výhodou s málo alkalickými mine-rálními vlákny, tak i mezi sebou navzájem. Vzhledem k tomu, žekoeficienty roztažnosti fosfátového skla a skla vláken jsouvelmi podobné, vzniklá vazba je velmi trvalá.The flow of hot air at a temperature between 250 ° C and 500 ° C, preferably 275 ° C to 350 ° C, removes both the moisture present and the proportion of plastic materials. The desired phosphate glass binders are formed, preferably with low alkaline mineral fibers and with each other. Since the coefficients of expansion of the phosphate glass and the glass of the fibers are very similar, the bond is very permanent.

Claims

PATENT N

mineral fibers, in particular mineral wool, and binders, which are heat curable, characterized in that aluminum metaphosphate A1 (PO3) 3 dispersed in water is used as the binder.

Mineral wool product according to claim 1, characterized in that the proportion of aluminum metaphosphate is about 3 to 20% by weight, preferably 7 to 12% by weight, based on the total weight.

3. A mineral wool product consisting essentially of mineral fibers, in particular mineral wool, and binders, which are thermally curable, characterized in that aluminum monophosphate dissolved in water is used as the binder.

Mineral wool product according to one of the preceding claims, characterized in that a thickening agent is added, such as polysaccharides, carbooxylmethylcellulose, polyvinyl alcohol or a mixture of phenol-formaldehyde and urea-formaldehyde resins.

Mineral wool product according to one of the preceding claims, characterized in that low-alkaline fibers, such as fine-mineral wool, are used as mineral fibers. 8

Mineral wool product according to one of the preceding claims, characterized in that a lubricant, such as mineral oil or emulsion oil in water, is used in the finer dispersion.

Mineral wool product according to one of the preceding claims, characterized in that an impregnating agent in an aerosol or vapor phase is added.

A mineral wool product according to claim 3, characterized in that the proportion of aluminum monophosphate is about 3 to 20% by weight based on the total weight.