CZ200253A3

CZ200253A3 - Pryskyřice pro pojivo, výrobek, způsob výroby a použití

Info

Publication number: CZ200253A3
Application number: CZ200253A
Authority: CZ
Inventors: Rrling Hansen; Povl Nissen; Thor Husemoen; Dirk Armand Wim Stanssens
Original assignee: Rockwool International A/S
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2003-12-17
Also published as: EP1206423A1; PL356173A1; UA73130C2; RU2255914C2; CZ304555B6; DE60011272T2; AU778125B2; DK1206423T3; EP1206423B1; US6730730B1; ES2220497T3; WO2001005725A1; DE60011272D1; ATE268313T1; JP4806505B2; EP1086932A1; JP2003505538A; AU6276300A; SI1206423T1; PL195493B1

Description

Pryskyřice pro pojivo, výrobek, způsob výroby a použití

Oblast techniky

Vynález se týká sloučeniny nebo jejích solí, vhodných pro použití jako pojivo pro minerální vlákna, tj. syntetická skelná vlákna (MMVF), jako jsou např. skelná struska nebo stone wool, tj. minerální vlna, zejména Rockwool, dále se týká pojivového prostředku, obsahujícího tuto sloučeninu, způsobu výroby zmíněné sloučeniny a prostředku, výrobku z minerálních vláken, které obsahují toto pojivo a také použití zmíněné sloučeniny a prostředku jako pojivá pro minerální vlákna.

Dosavadní stav techniky

Fenolformaldehydové pryskyřice, které se používají převážně jako pojivá pro skelnou nebo minerální vatu, uvolňují během vytvrzování toxické látky, např. formaldehyd. Během aplikování a vytvrzování pojivá, po jeho nanesení na minerální vlákna, se uvolňují fenol, formaldehyd a amoniak. Z hlediska životního prostředí je to nežádoucí.

Dále, během aplikování pojivá, většinou nástřikem na skelnou přízi nebo na minerální vlákna, se velké množství tohoto pojivá ztratí a je téměř nemožné jej získat zpět pro nové použití. Pryskyřice bez fenolu a formaldehydu, vhodná jako pojivo pro vlákna minerální vlny, je popsána přihlašovatelem v patentové přihlášce PCT/NL99/00029.

Podstata vynálezu

Podle prvního aspektu tohoto vynálezu se předkládá pryskyřice, která je vhodná jako pojivo pro minerální vlákna, jako je skelná vata nebo minerální vlna, podle nároků 1-6.

Autoři vynálezu objevili, že pryskyřice, získaná smícháním různých cyklických anhydridů, s výhodou anhydridů alifatických a aromatických ve směsi neobsahující polymery, s aminem, poskytuje pryskyřici, vhodnou jako pojivo pro minerální vlnu, která má žádoucí vytvrzovací časy.

Vynálezci ve své teorii uvádějí, že zvýšená rychlost vytvrzování se nemůže vztahovat pouze ke kombinovanému užití cyklických anhydridů, ale také k nastavené hodnotě pH, s výhodou

mezi 2,5 a 4,2, využitím aromatických karboxylových kyselin. Tyto karboxylové kyseliny jsou kyselejší než kyseliny alifatické. Trianhydrid kyseliny mellithové je dokonce ještě kyselejší vlivem přítomnosti skupiny mimořádně přitahující elektrony.

Podle druhého aspektu tohoto vynálezu se předkládá pojivo, obsažené v nárocích 7 až 12. Podle dalšího aspektu tohoto vynálezu se v nároku 13 předkládá výrobek z minerálního vlákna.

Podle ještě dalšího aspektu tohoto vynálezu se dle nároku 14 předkládá způsob výroby bezpolymerové pryskyřice pro pojivo, vhodné pro tmelení výrobků z minerálních vláken.

Podle ještě jiného uplatnění tohoto vynálezu se předkládá použití shora zmíněné pryskyřice v pojivu pro minerální vlnu.

Vynález bude nyní blíže objasněn následujícím popisem příkladů. Byly připraveny tři směsi pojiv o molámích poměrech, uvedených v tabulce 1, přičemž byly k těmto směsím přidávány různé urychlovače (viz sloupec 3 tabulky 1).

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Pojivo 1

Použil se skleněný reaktor s dvojitými stěnami, zahřívaný horkou vodou, opatřený magnetickým míchadlem a zpětným chladičem.

Do reaktoru se nasadilo 158 g diethanolaminu (DEA) a lOOg vody a teplota se upravila na 70 °C. Pak se přidalo 228 g anhydridu kyseliny tetrahydroftalové (THPA) a teplota se zvýšila na 90 °C. Tůn se dosáhl molámí poměr DEA : THPA = 1:1. Reakční směs se ponechala 120 minut reagovat a pak se ochladila.

Stejným způsobem se připravila piyskyřice s molámím poměrem DEA (158 g) : THPA (365 g)= 1:1,4- ,

Roztok pojivá se připravil zředěním pryskyřice vodou asi na obsah 40 % pevných látek. Při použití urychlovačů, přidaly se tyto k roztoku pojivá až před testováním.

Pojivo 2

Použité zařízení a postup byly stejné jako u pojivá 1, s tím rozdílem, že ftalanhydrid (PTA) se přidal ke směsi, až když se všechen THPA úplně rozpustil. Použily se 3 pryskyřice o různých molámích poměrech.

Použité molární poměry:

DEA (158 g) : THPA (228 g): PTA (89 g) = 1 :1 :0,4 DEA (158 g): THPA (183 g): PTA (133 g) = 1 :0,8 :0,6 DEA (158 g): THPA (137 g): PTA (178 g) -1:0,6 : 0,8

Roztok pojivá byl připraven zředěním pryskyřice vodou asi na obsah 40 % pevných látek. Při použití urychlovačů, přidaly se tyto k roztoku pojivá až před testováním.

Pojivo 3

Použité zařízení a postup byly stejné jako u pojivá 1, s tím rozdílem, že trianhydrid kyseliny mellithové (TMA) se přidal ke směsi, až když se všechen THPA úplně rozpustil. Použily se 4 pryskyřice o různých molárních poměrech.

Použité molární poměry:

DEA (158 g): THPA (297 g) : TMA (29 g) = 1:1,3 : 0,1

DEA (158 g): THPA (274 g): TMA (58 g) = 1:1,2 : 0,2

DEA (158 g): THPA (228 g) : TMA (115 g) = 1:1:0,4

DEA (158 g): THPA (183 g) : TMA (173 g) = 1: 0,8 : 0,6

Roztok pojivá byl připraven zředěním pryskyřice vodou asi na obsah 40 % pevných látek. Když se použily urychlovače, přidaly se k roztoku pojivá až před testováním.

Příklad 2

V tomto příkladě se měřily vytvrzovací charakteristiky pojiv 1 až 4, výsledky ukazuje tabulka

1. V ní je uvedena reakční doba při určité teplotě, měřená jako čas nezbytný k získání „netekoucí povahy “ pojivá, vyjádřený jako „doba toku“.

Postup:

Na tenké „podložní sklíčko mikroskopu“ se odměří 3 kapky roztoku pojivá (kolem 40 % pevných látek) a v inkubátoru se suší při 90 °C po dobu 45 minut.

„Doba toku“ se měří vložením předsušeného sklíčka na kovovou destičku, předem vyhřátou na 200 °C. (Byl použit vyhřívací stolek Stork-Tronic Preziterm.)

K zamíchání pojivá se používá velmi slabá špachtle, nebo podobná pomůcka. Když pojivo dosáhne vysoké viskozity a lepí se na špachtli, zaznamená se čas jako „ doba toku“.

Měří se 5 vzorků a na základě zkušenosti z předchozího měření je nutno čekat s mícháním co nejdéle, aby se předešlo ochlazení vzorku míchadlem.

Jako „doba toku“se vezme průměr ze dvou měření.

Tabulka 1

Složení pojivá	Mol. poměry	Urychlovač- % pevných látek	Doba toku minuty	Mechanická pevnost
				nestárnuté	stárnuté
1) DEA : THP A	1:1	žádný	>10	4,80	2,55
		Kys. citrónová - 0,3 až 2 %	5
		Kys. fosfomá - 0,3 až 2 %	5
	1:1,4	žádný	>10
		Kys. citronová- 3 až 4 %	7
		Kys. fosfomá- 1 až 2 %	6
		Na-fosfoman- 4 %	7
2) DEA:THPA:PTA	1:1:0,4	žádný	5	5,89	2,77
		Na-fosfoman- 4 %	7
		Kys. fosfomá -1 %	5
	1:0,8:0,6	žádný	5	3,05	1,04
		Na-fosfoman- 4 %	7
		Kys. fosfomá -1 %	5
	1:0,6:0,8	žádný	5
		Na-fosfoman- 4%	7
		Kys. fosfomá -1 %	5

·· ·· * · • · · · • · ·

Tabulka 1 (pokračování)

3) DEA:THPA:TMA	1:1,3:0,1	žádný	4	8,55	2,77
		Kys. fosfomá 0,5 až 1%	4
	1:1,2:0,2	žádný	4	6,88	2,07
		Kys. fosfomá 0,5 až 1%	4
	1:1:0,4	žádný	5	3,81	1,25
		Kys. fosfomá 0,2 až 1%	4
		Na-fosfoman 4%	2
	1:0,8:0,6	žádný	3	2,62
		Kys. fosfomá 0,5 až 1%	3

Závěr:

Přidání aromatických anhydridu, jako PTA a IMA, snižuje „dobu toku“ o faktor 2. Urychlovače, jako kyselina citrónová, kyselina fosfomá nebo natrium-fosfoman, snižují „dobu toku“ o faktor 2, když se použije ΊΉΡΑ jako jediný anhydrid. Urychlovače dále nesnižují „dobu toku“ , jestliže jsou ve směsi obsaženy aromatické anhydridy, které samy působí jako urychlovače.

Příklad 3

Srovnání skladovací stability pryskyřice, připravené při reakční teplotě 90 °C a při reakční teplotě 70 °C.

U směsí s obsahem až 30 % hmotn. vody na hmotnost anhydridu, je přednostní reakční teplota 90 až 100 °C. Voda se míchá s diethanolaminem před přidáním anhydridu.

Při použití nižší reakční teploty může dojít k vysrážení piyskyřice, je-li, při obsahu pevných látek vyšších než 75 %, skladována déle než 2 týdny.

Jestliže se směs ředí vodou na obsah pevných látek pod 60 %, žádné srážení nebylo pozorováno.

Z hlediska skladování a dopravy je výhodné, aby obsah pevných látek byl co nejvyšší.

Příklad 4

Vsázkový reaktor

Spustí se chlazení zpětným chladičem. Do reaktoru se načerpá 40 kg roztaveného diethanolaminu (60 °C ). Zapne se míchání, přidá se 24 kg demineralizované vody a teplota se zvýší na • ·

°C. Po částech se přidává 80 kg tetrahydroftalanhydrídu přibližně během 15 minut, teplota se udržuje tak, aby nepřestoupila 95 °C . Je-li třeba, reaktor se chladí.

Reakční teplota se udržuje na 90 až 95 °C po dobu 15 minut poté, co se všechen anhydrid rozpustil. Po 15 minutách se pryskyřice ochladí na okolní teplotu.

Připravená pryskyřice obsahovala přibližně 80 % pevných látek, stanovených při 200 °C.

Příklad 5

Kontinuální reaktor

Použil se nerezový hubkový reaktor s dvojitým pláštěm se statickým mixerem na vstupu. Teplota v reaktoru se řídí ochlazováním nebo zahříváním vody v trubkách.

Do trubkového reaktoru se načerpá diethanolamin při 60 °C a vodní suspenze tetrahydroftalanhydridu a míchá se průchodem statickým mixerem. Teplota se zvýší a udržuje na 90 až 95 °C. Diethanolamin a vodní suspenze tetrahydroftalanhydrídu se čerpá z oddělených nádrží v předem nastaveném poměru pro pryskyřičnou směs.

Průtok složek se nastaví tak, aby doba od průchodu reakční směsi statickým mixerem do opuštění reaktoru činila 20 minut. Objem trubkového reaktoru je 33 litrů.

Průtok činí přibližně 100 kg /h, nebo 20 kg diethanolaminu a 80 kg suspenze, obsahující 40 kg tetrahydroftalanhydrídu ve 40 kg vody, vše za hodinu.

Když reakční směs opouští trubkový reaktor, zředí se na obsah 30 % pevných látek, ochladí se na okolní teplotu a je tak připravena k použití.

Do pojivá se mohou se přidat „do proudu“ za reaktorem další aditiva, jako silanoyý spojovací prostředek, vytvrzovací urychlovače, hydrofilní nebo hydrofobní prostředek, aj.

Vynález není omezen shora uvedeným popisem; požadovaná práva jsou přesněji vymezena následujícími nároky.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Pryskyřice pro pojivo, vhodná pro minerální vlákna, jako je skelná nebo minerální vlna, obsahující reakční produkt bezpolymemí směsi aminu s prvním anhydridem a s druhým anhydridem, vyznačující se tím, že první a druhé anhydridy jsou anhydridy odlišné.
2. Pryskyřice pro pojivo, vhodná pro minerální vlákna, jako je skelná nebo minerální vlna podle nároku 1, vyznačující se tím, že první anhydrid je cyklický, s výhodou alifatický anhydrid a druhý anhydrid je cyklický, s výhodou aromatický anhydrid.
3. Pryskyřice obsahující bezpolymemí směs pro pojivo, vyznačující se tím, že obsahuje reakční produkt cyklického anhydridu a aminu s hodnotou pH, s výhodou mezi 2,5 a 4,2, toto pH je předem určeno na pozitivní ovlivňování vytvrzovací rychlosti pryskyřice.
4. Pryskyřice podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že alifatický anhydrid zahrnuje tetrahydroftalanhydrid a/nebo hexahydroftalanhydrid, methyltetrahydroftalanhydrid, sukcinanhydrid, 2,3-dikarboxanhydrid, maleinanhydrid, glutaranhydrid.
5. Pryskyřice podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že aromatický anhydrid zahrnuje ftalanhydrid a trianhydrid kyseliny mellithové a/nebo dianhydrid kyseliny pyromellithové, methylftalanhydrid.
6. Pryskyřice podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že amin, zahrnující N-substituovaný beta-hydroxyalkylamin, je vyhrán ze skupiny (di)ethanolamin, 1-(m)ethylethanolamin, n-butylethanolamin, l-(m)ethýlisopropanolamin, 3-amino-l,2-propandiol, 2-amino-l,3-propandiol, tris(hydroxymethyl)aminomethan, nejvýhodněji diethanolamin.
7. Pojivo pro minerální vlákna, jako je skelná nebo minerální vlna, vyznačující se tím, že obsahuje pryskyřici podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6.
8. Pojivo obsahující pryskyřici podle nároku 7, vyznačující se tím, že dále obsahuje urychlovač a jeden nebo více aditiv, jako je aminopropylsiloxan, ke zlepšení adheze ke sklu, tepelné a UV stabilizátory, povrchově aktivní látky, plniva jako jíl, silikáty, síran hořečnatý a pigmenty jako oxid titaničitý, hydrofobizujíct prostředky jako fluorové sloučeniny, oleje, minerály a silikonové oleje.
9. Pojivo podle nároku 8, vyznačující se tím, že urychlovač je vybrán ze skupiny obsahující natrium-fosfoman, kyselinu fosfomou, kyselinu citrónovou, kyselinu adipovou a β-hydroxyalkylamid.

····
10. Pojivo podle nároků 8 nebo 9, vyznačující se tím, že aditiva jsou vybrána ze skupiny, zahrnující mono-, di-, a polysacharidy, jako sacharosa, glukosový sirup, modifikovaný škrob,“starch urea dicyandiamid“,polyglykoly, akryláty furfural, karboxymethylcelulosa a celulosa nebo polyvinylalkohol.
11. Pojivo podle kteréhokoliv z nároků 7 až 10, nebo pryskyřice podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že koncentrace alifatických anhydridů je větší než koncentrace aromatických anhydridů.
12. Pojivo pro minerální vlákna, zejména pro minerální vlnu, vyznačující se tím, že obsahuje pryskyřici podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 6, která byla vytvrzena.
13. Výrobek z minerálních vláken, zvláště minerální vlna, tmelený vytvrzeným pojivém podle nároku 12 nebo podle nároků 7 až 11.
14. Způsob výroby bezpolymerové pryskyřice pro pojivo, vhodné pro tmelení výrobků z minerálních vláken, vyznačující se tím, že se skládá se z kroků, zahrnujících smíchání aminu s prvním anhydridem a s druhým odlišným anhydridem za reakěních podmínek, tyto anhydridy jsou s výhodou cyklický alifatický anhydrid a cyklický aromatický anhydrid.
15. Použití pryskyřice podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6 a pojivá podle nároků 7 až 11.