DE102005029479A1

DE102005029479A1 - Verfahren zur Herstellung von gebundener Mineralwolle und Bindemittel hierfür

Info

Publication number: DE102005029479A1
Application number: DE102005029479A
Authority: DE
Inventors: Hagen Dr. Hünig; Eva Dr. Olbrich
Original assignee: Saint Gobain Isover G+H AG
Current assignee: Saint Gobain Isover G+H AG
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2007-01-04
Also published as: NO20080396L; EA200800119A1; KR101339641B1; EP1893544B1; WO2006136614A1; US8366863B2; CA2612926C; JP2008546920A; CN101248021A; CN101248021B; UA90322C2; KR20080019241A; US20100175826A1; JP5474345B2; EP1893544A1; EA014613B1; CA2612926A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bindemittel zur Herstellung von gebundener Mineralwolle, wobei man im Anschluß an die Zerfaserung einer Mineralschmelze ein Phenol-Formaldehydharz-Bindemittel auf die noch heißen Fasern aufbringt, wobei man ein Bindemittel verwendet, welches Hydroxylamin oder einen Aminoalkohol mit folgender allgemeiner Formel enthält: DOLLAR F1 wobei R1 und R2 gleich oder ungleich, unabhängig voneinander Wasserstoff, ein linearer oder verzweigter, gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Kohlenwasserstoff mit 1-12 Kohlenstoffatomen, ein gesättigter oder ungesättigter alicyclischer oder heterocyclischer Kohlenwasserstoff mit 5-8 Kohlenstoffatomen, ein carbocyclischer oder heterocyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff mit 5-12 Ringgliedern oder ein kettenförmiger oder verzweigter Alkylether mit 1-50 Alkoxyeinheiten oder kettenförmiges oder verzweigtes Alkylamin mit 1-50 Alkylaminoeinheiten; und R3 in linearer oder verzweigter, gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Kohlenwasserstoff mit 1-12 Kohlenstoffatomen, ein gesättigter oder ungesättigter alicyclischer oder heterocyclischer Kohlenwasserstoff mit 5-8 Kohlenstoffatomen, ein carbocyclischer oder heterocyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff mit 5-12 Ringgliedern oder ein kettenförmiger oder verzweigter Alkylether mit 1-50 Alkoxyeinheiten oder kettenförmiges oder verzweigtes Alkylamin mit 1-50 Alkylaminoeinheiten ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gebundener Mineralwolle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein gebundenes Mineralwolleprodukt gemäß Anspruch 11 sowie ein Bindemittel zur Herstellung gebundener Mineralwolle gemäß Anspruch 12.

Bei der Herstellung von gebundenen Mineralwolleprodukten aus einer Glas- oder Mineralschmelze hat es sich seit langem bewährt, im Anschluss an die Zerfaserung der Schmelze ein Bindemittel auf Phenol-Formaldehyd-Harzbasis auf die noch heißen Fasern aufzubringen.

Derartige Bindemittel sind im Stand der Technik wohl bekannt. So beschreibt beispielsweise die US 3,231,349 vom 25. Januar 1966 die Herstellung von Glas- und Mineralfasern, welche mit einer wässrigen Dispersion eines Bindemittel auf Basis eines Phenolharzes, Maleinsäure, dessen Anhydrid oder dessen Äquivalenten und Ammoniumhydroxid unter Zusatz von Glucose und zuckerähnlichen Verbindungen gebunden sind.

Aus der US 4,339,361 , sind wässrige, wärmehärtbare Phenol-Formaldehyd-Harz-Zubereitungen als Bindemittel für Mineralwolleprodukte bekannt, welche einerseits ein molares Verhältnis zwischen Phenol und Formaldehyd von 1:2.3 bis 1:5 aufweisen, welche Zuckerverbindungen, Harnstoff und Ammoniak enthalten können.

Die europäische Patentschrift EP 0 810 981 B1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Produktes auf Mineralwollebasis mit folgenden Schritten:
Herstellen einer wässrigen Zubereitung eines Phenol-Formaldehyd-Harzes, mit den Komponenten:
Phenol und Formaldehyd in einem Molverhältnis von 1:2.8 bis 1:6; Ammoniak; und einer Zucker-Zubereitung; Aufbringen der (gesamten) Zubereitung auf die Mineralwolle; und Härten der Mineralwolle während sich das Produkt bildet.

Ferner offenbart die EP 0 810 981 B1 die Einstellung des pH-Wertes der Bindemitteldispersion auf einen alkalischen Bereich zwischen 8 und 9,25 mittels NH₃.

Gemäß des Stands der Technik der EP 0 810 981 B1 kann die Zucker-Zubereitung die Saccharide Glucose, Fructose, Sucrose (Rohrzucker), Maltose sowie Zuckersirup, Zuckermelassen und/oder Dextrin enthalten.

Die Konzentration der Zuckerzubereitung in wässriger Lösung beträgt in der EP 0 810 981 B1 1 bis 80 Gewichts-%.

Gemäß der Lehre der EP 0 810 981 B1 soll durch die Zugabe der Zuckerzubereitung zu dem Bindemittelharz die Ammoniakemission bei der Herstellung von Mineralfasern und dem Binden dieser Fasern mit einem ammoniakhaltigen Phenol-Formaldehyd-Harz gesenkt werden.

Ausgehend vom Stand der Technik der EP 0 810 981 B1 ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen aus der Sicht des Arbeitsschutzes vorteilhaften, umweltfreundlicheren und wirtschaftlichen Ersatz für NH₃ aufzufinden,.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt in verfahrenstechnischer Sicht durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1, produkttechnisch durch die Merkmale des Anspruchs 11 und in Bezug auf ein Bindemittel durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 12.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von gebundener Mineralwolle, wobei man im Anschluss an die Zerfaserung einer Mineralschmelze ein Phenol-Formaldehydharz-Bindemittel auf die noch heißen Fasern aufbringt, wobei man ein Bindemittel verwendet, welches Hydroxylamin oder einen Aminoalkohol mit folgender allgemeiner Formel enthält:

wobei R1 und R2 gleich oder ungleich, unabhängig voneinander Wasserstoff, ein linearer oder verzweigter, gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Kohlenwasserstoff mit 1–12 Kohlenstoffatomen, ein gesättigter oder ungesättigter alicyclischer oder heterocyclischer Kohlenwasserstoff mit 5–8 Kohlenstoffatomen, ein carbocyclischer oder heterocyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff mit 5–12 Ringgliedern oder ein kettenförmiger oder verzweigter Alkylether mit 1–50 Alkoxyeinheiten oder kettenförmiges oder verzweigtes Alkylamin mit 1–50 Alkylaminoeinheiten und R3 ein linearer oder verzweigter, gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Kohlenwasserstoff mit 1–12 Kohlenstoffatomen, ein gesättigter oder ungesättigter alicyclischer oder heterocyclischer Kohlenwasserstoff mit 5–8 Kohlenstoffatomen, ein carbocyclischer oder heterocyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff mit 5–12 Ringliedern oder ein kettenförmiger oder verzweigter Alkylether mit 1–50 Alkoxyeinheiten oder kettenförmiges oder verzweigtes Alkylamin mit 1–50 Alkylaminoeinheiten ist.

Es hat sich überraschend herausgestellt, dass mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel trotz des Einbringens zusätzlicher die Auflösung in Wasser begünstigender funktioneller Gruppen in den Kunststoff hergestellte Mineralwolleprodukte höhere Festigkeiten und eine gewöhnlich bessere Wasserfestigkeit bzw. hydrolytische Beständigkeit aufweisen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, Ethanolamin als einfachsten Vertreter der Aminoalkohole zu verwenden. Ethanolamin ist basischer als NH₃ und kostengünstig kommerziell in Industriegebinden erhältlich. Es reagiert ausgezeichnet mit nicht umgesetzten Formaldehyd, weist in den erforderlichen geringen Konzentrationen von in der Regel unter 1,0 Masse-% praktisch keinen Geruch nach NH₃ beim Mischen des Bindemittels auf und ist schlussendlich nur in einen Bruchteil der Konzentration des ansonsten benötigten NH₃ erforderlich. Durch die Tatsache, dass die absolute zuzusetzende Menge eines Aminoalkohols erheblich unter der im Stand der Technik benötigten Menge an NH₃ liegt, ist die Verwendung von Aminoalkoholen und insbesondere Ethanolamin praktisch kostenneutral oder sogar billiger als die NH₃-Verwendung.

Da das Gleichgewicht der Zerfallsreaktion der Amine zu NH₃ zum großen Teil auf der Aminseite liegt, wird deshalb bereits beim Mischen des Bindemittels zur Benutzung auf der Produktionslinie die NH₃-Konzentration in diesem Arbeitsplatzbereich drastisch gesenkt, so dass für die Arbeitnehmer eine potentielle Gesundheitsgefährdung durch Inhalation von NH₃ eliminiert wird.

Gleiches gilt für das Aufbringen des Bindemittels nach der Zerfaserung der Schmelze auf die noch heißen Fasern. Infolge des reduzierten NH₃-Eintrags und wegen der spezifischen Bedingungen aus Verweilzeit und Temperatur während der Abkühlung der Fasern liegt ein erheblicher Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, dass die NH₃-Emission während dieses Prozessschrittes praktisch auf Null reduziert wird. Damit gehen auch die NH₃-Immissionswerte an diesem Arbeitsplatz auf eine vernachlässigbare, gesundheitlich völlig unbedenkliche Größenordnung zurück.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, dem Bindemittel zusätzlich noch eine zuckerhaltige Zubereitung, insbesondere Melasse, vorzugsweise eine Rübenmelasse, zuzugeben.

Hierdurch wird einerseits etwaiges aus dem zugesetzten Amin während der Abkühlung der Fasern entstehendes NH₃ gebunden und andererseits hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass weniger Aminoalkohol benötigt wird. Damit kann in vorteilhafter Weise die eingebrachte Menge an Bindemittel, d.h. an einer potentiellen Emissionsquelle, reduziert werden.

Im sich an diesen Prozessschritt anschließenden Aushärtevorgang, in welchem das flüssige Bindemittel zum Erhalt einer festen Bindung polymerisiert, bindet die zuckerhaltige Zubereitung eventuell entstehende Zersetzungsprodukte unmittelbar in die entstehende Polymerstruktur ein bzw. unterdrückt die Entstehung solcher Zersetzungsprodukte. Insgesamt resultiert somit eine vorteilhafte Reduzierung eventueller Emissionen von Zersetzungsprodukten, mithin eine Reduzierung der Umweltbelastung.

Ein erfindungsgemäßes Bindemittel weist einen Aminoalkohol-, insbesondere Ethanolamin-Gehalt von etwa 0,05 bis 4 Masse-%, insbesondere ca. 0,05 bis 1,5 Masse-%, vorzugsweise ca. 0,1 bis 1,0 Masse-%, besonders bevorzugt ca. 0,5 Masse-%, auf.

Es ist ferner bevorzugt, dem Bindemittel zusätzlich noch ein Ammoniumsalz, insbesondere Ammoniumsulfat, z.B. in einer Konzentration von ca. 0,1 bis 3,0 Masse-%, besonders bevorzugt ca. 1,0 Masse-%, zuzusetzen.

Das bevorzugte Bindemittel weist eine Ethanolaminkonzentration von ca. 0,5 Masse-% und eine Ammoniumsulfatkonzentration von ca. 1,0 Masse-% auf.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein gebundenes Mineralwolleprodukt, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist.

Kern der vorliegenden Erfindung ist ein Bindemittel zur Herstellung gebundener Mineralwolle auf Basis eines Phenolformaldehydharzes, dadurch gekennzeichnet, dass es Hydroxylamin oder einen Aminoalkohol mit folgender allgemeiner Formel enthält:

Als bevorzugter Aminoalkohol kommt Ethanolamin zum Einsatz, jedoch können auch andere Aminoalkohole der beschriebenen Form für die Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Hierbei kommen für den Alkanolrest im Aminoalkohol neben dem Hydroxyethylrest, der Oxyalkoxyrest, der Hydroxypropyl- sowie der Hydroxybutylrest und die entsprechend verzweigten iso-Hydroxyalkylreste wegen ihrer einfachen technischen Zugänglichkeit ebenfalls in Betracht.

Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Bindemittel die zuckerhaltige Zubereitung in einer Konzentration von 0,5 bis 25 Masse-% enthält.

Eine zuckerhaltige Zubereitung, z.B. in Form von Melasse, insbesondere aus Zuckerrüben, zum Bindemittel zuzusetzen hat u.a. den Vorteil, dass man bei Glaswolle bis zu ca. 15 % bezogen auf die Bindemittelmasse und bei Steinwolle ca. 10 % bezogen auf die Bindemittelmasse an Bindemittel einsparen kann.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aufgrund der Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung.
Es zeigt:
1 Die hydrolytische Beständigkeit zweier erfindungsgemäßer Bindemittel-Harze im Vergleich zum Stand der Technik mit NH₃ bei unterschiedlichen pH-Werten;
2 die Gelzeiten bei 130°C zweier erfindungsgemäßer Bindemittel-Harze im Vergleich zum Stand der Technik mit NH₃; und
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung und insbesondere für die Ausführungsbeispiel werden im Folgenden einige Begriffe, Größen und Abkürzungen definiert:

P: = Phenol;
F: = Formaldehyd;
%: = Masse-%;
Teile: = Masseteile

Beispiele
Es wurden mehrere Tests mit einem Bindemittel, bei dem NH₃ durch einen Aminoalkohol ersetzt war, durchgeführt und die hergestellten Mineralwolleprodukte unterschiedlichen Untersuchungen zur Beurteilung der Qualität anhand von Qualitätsmerkmalen wie Festigkeit wasserabweisenden Eigenschaften und optisches Erscheinungsbild unterworfen.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in den Tabellen 1 bis 4 gezeigt.
Das beispielhafte Bindemittel enthielt Ethanolamin als Aminoalkohol. Ähnliche Ergebnisse wurden jedoch bei Kurztesten auch mit kurzkettigen Aminoalkoholen erzielt.
Die für die Versuche verwendeten Bindemittel wurde wie im Standardverfahren im Fallschacht auf die noch heißen Fasern aufgedüst.
Sie hatten die folgende quantitative Zusammensetzung:
Resin 1: teilneutralisiertes mit Natrium katalysiertes Phenol – Formaldehyd – Harz (P:F = 1: 3,2) wurde mit Harnstoff zu einem Prämix der Zusammensetzung 70% Harz/30% Harnstoff gemischt.
Resin 2: teilneutralisiertes mit Natrium katalysiertes Phenol – Formaldehyd – Harz (P:F = 1: 3,2) wurde mit Harnstoff zu einem Prämix der Zusammensetzung 60% Harz/40% Harnstoff gemischt.
Resin 3: teilneutralisiertes mit Natrium katalysiertes Phenol – Formaldehyd – Harz (P:F = 1: 3,3) wurde mit Harnstoff zu einem Prämix der Zusammensetzung 65% Harz/35% Harnstoff gemischt.
Die entsprechenden Resine wurden mit weiteren Zuschlagstoffen zu den Bindemitteln 1–3 gemischt.
Die Angaben beziehen sich auf 100 Teile des Resins.
Bindemittel 1: Resin 1, 3 Teile Ammoniumsulfat, 2,4 Teile Ammoniak, 0,4 Teile 3-Aminotriethoxysilan
Bindemittel 2: Resin 2, 3 Teile Ammoniumsulfat, 2,4 Teile Ammoniak, 0,4 Teile 3-Aminotriethoxysilan
Bindemittel 3: Resin 3, 1,2 Teile Ammoniumsulfat, 0,9 Teile Ammoniak, 0,2 Teile 3-Aminotriethoxysilan
Als Mineralwolleprodukte wurden eine aus Steinwolle bestehende Fassadendämmplatte mit einer Rohdichte von 145 kg/m³ und ein aus Glaswolle bestehender Klemmfilz der Rohdichte 20 kg/m³ hergestellt.
Die Herstellung von Mineralwollprodukten auf der Basis von Resin 1 und 2 gestaltete sich problemlos. Auffällige Veränderungen, etwa thermische Effekte, Farbänderungen, Fällungen oder eine starke Geruchsbelästigung wurden nicht beobachtet. Die fertig angesetzten Bindemittel, die sogenannten Encollagen wurde auf Testlinien der Anmelderin eingesetzt. Vorher wurden Muster als Referenz genommen. Etwa 20 min nach Versuchsbeginn wurden Muster entnommen und das Verhalten der Encollage im Fallschacht beurteilt. Es konnte festgestellt werden, dass durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Bindemittels keine verstärkte Geruchsbelästigung auftrat und die fertigen Produkte optisch nicht vom Standard zu unterscheiden waren. Eine Voraushärtung wurde nicht beobachtet. Die entnommenen Muster wurden auf ihre Produkteigenschaften untersucht.
Darüber hinaus wurde die Verarbeitbarkeit von Encollage mit Ethanolamin und Melasse sowie der Einfluss der Zugabe von Melasse auf Änderungen in den Produkteigenschaften untersucht.
Die verwendeten Bindemittel hatten folgende quantitative Zusammensetzung:
Die entsprechenden Resine wurden mit weiteren Zuschlagstoffen zu den Bindemitteln 4 – 6 gemischt.
Die Angaben beziehen sich auf 100 Teile des Resins.
Bindemittel 4: Resin 1, 1 Teil Ammoniumsulfat, 0,5 Teile Ethanolamin, 0,4 Teile 3-Aminotriethoxysilan, 10 Teile Zuckerrübenmelasse
Bindemittel 5: Resin 2, 1 Teil Ammoniumsulfat, 0,5 Teile Ethanolamin, 0,4 Teile 3-Aminotriethoxysilan, 10 Teile Zuckerrübenmelasse
Bindemittel 6: Resin 3, 1 Teil Ammoniumsulfat, 0,2 Teile Ethanolamin, 0,2 Teile 3-Amiontriethoxysilan, 10 Teile Zuckerrübenmelasse
Als Mineralwolleprodukte wurden eine aus Steinwolle bestehende Fassadendämmplatte mit einer Rohdichte von 145 kg/m³ und ein aus Glaswolle bestehender Klemmfilz der Rohdichte 20 kg/m³ hergestellt. Aus den Produkten wurden Prüfkörper hergestellt und diese nach den dafür üblichen Testmethoden untersucht. Zunächst sind die Messergebnisse für die Fassadendämmplatte in den Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Tabelle 1: Ermittlung des wasserabweisenden Verhaltens nach EN 13 162, (EN 1609, Prüfverfahren A [Abtropfen], Eintauchversuch 24 h/28d). Probengröße 200 mm × 200 mm, Eintauchtiefe 10 mm.
Neben einer stark verzögerten Wasseraufnahme ist für einen Fassadendämmstoff natürlich auch eine gute mechanische Festigkeit außerordentlich bedeutsam. Neben der Wasseraufnahme, die überraschend trotz zusätzlich eingebrachter hydrophiler Gruppen nicht zunimmt, wird daher auch in einem Reißversuch auf die Festigkeit des jeweiligen Produkts geprüft. Dazu werden genormte Probeköper zwischen zwei mit Ösen versehene Metallplatten geklebt und anschließend in einer dafür geeigneten Messeinrichtung zerrissen. Da ein Fassadendämmstoff auch verputzbar sein muss, wird bei derartigen Untersuchungen nicht nur der unbehandelte, sonder auch der mit einem handelsüblichen Mörtel verputzte Dämmstoff geprüft. Die Messung zwischen verputzten und unverputzten Dämmstoff ist analog. Zwischen den beiden Zuständen sollte es im Idealfall keinen Festigkeitsunterschied geben. Die Werte in Tabelle 2 zeigen, dass die mechanische Festigkeit trotz etwas niedrigerer Rohdichte allgemein besser sind im Vergleich zum Standard. Bei ideal gleichen Rohdichten sollte der Unterschied sogar noch deutlicher ausfallen.
Tabelle 2: Ermittlung der Mechanischen Festigkeit des Fassadendämmstoffs
Bei dem als weiteres Bespiel angeführten Klemmfilz, der ausschließlich im Innenbereich eingesetzt wird, liegen die Anforderungen an die mechanischen Materialeigenschaften anders. Bei diesem leichten Produkt kann die Reißfestigkeit nicht nach der oben beschriebenen Methode ermittelt werden, da dieser Dämmstoff von sich aus nur eine geringe mechanische Festigkeit aufweist. Für die als Ringreißfestigkeit beschriebene Messgröße werden aus dem Klemmfilz ringförmige Probekörper ausgestanzt und diese mit einer geeigneten Messeinrichtung zerrissen. Da sich die Reißfestigkeiten längs und quer zu Produktionsrichtung unterscheiden werden sie separat ermittelt. Die Werte sind in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3: Ringreißfestigkeiten des Klemmfilzes
Auch bei diesem Produkt ergibt sich eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wenn Ethanolamin/Melasse im Bindemittel verwendet werden. Die Änderungen zum Standard fallen bei diesem Produkt wegen seiner allgemein geringeren Festigkeit selbstverständlich nicht so eindrucksvoll aus. Die bei den Produkten gezeigte Verbesserung der Eigenschaften lässt sich auch mittels einfacher Prüfmethoden im Laboratorium zeigen. Mittels der hydrolytischen Beständigkeit, die den Masseverlust des Bindemittels beim Erhitzen in Wasser präsentiert, kann herausgefunden werden, ob Zuschlagstoffe die während der Härtung auftretende Polymerisation behindern. Dazu wird eine geeignete Menge des Bindemittels ausgehärtet, gepulvert und bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. 4g des jeweiligen Bindemittelpulvers werden 5 Stunden in 1,2 l Wasser gekocht, danach abfiltriert und erneut bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Der Masseverlust ergibt sich aus der Differenz zwischen eingewogenem und ausgewogenem Bindemittelpulver. Da Phenol – Formaldehydharze verschiedene Funktionalitäten besitzen, wird diese Messung bei den pH-Werten 4,0, 7,0 und 10,0 durchgeführt.
Die Ergebnisse sind im Vergleich zu einem NH₃-haltigen Bindemittel in 1 dargestellt. Gezeigt ist der prozentuale Masseverlust bei den verschiedenen pH-Werten.
Bei diesen Untersuchungen hat sich überraschend herausgestellt, dass die Aminoalkohol-haltigen Bindemittelharze (Bindemittel 4–6) allgemein eine bessere Beständigkeit gegen Auflösung in Wasser aufweisen als der NH₃-Standard (Bindemittel 1–3).
Zur weiteren Qualitätskontrolle zur grundsätzlichen Verarbeitbarkeit der neuen Aminoalkohol-haltigen, praktisch NH₃-freien, Bindemittel wurden – am Beispiel des Ethanolamins – die für die Kreuzpunktbildung zwischen den einzelnen Faserschlingen wichtigen Gelzeiten von drei erfindungsgemäßen Bindemittel 4–6 im Vergleich zu NH₃-haltigen Bindemitteln 1–3 des Standes der Technik bei 130°C untersucht. Die Ergebnisse sind in 2 dargestellt. Die Ordinate gibt die sogenannte B-Zeit an, d.h. die Geschwindigkeit mit der die eingeleitete Polymerisation einsetzt. Die B-Zeit sollte in einem bestimmten zeitlichen Rahmen liegen, der bereits mit den Standardbindemitteln gegeben ist, die bereits zu guten Fertigprodukten führen. Ist die B-Zeit zu kurz, so läuft die Polymerisation zu schnell ab und die Formgebung des gebundenen, aber noch nicht ausgehärteten Bindemittels ist nicht mehr möglich. Ist sie hingegen zu lang wird nicht genügend Bindemittel auf die Fasern aufgebracht, so dass es zu einer deutlichen Verschlechterung der Produktqualität bei den mechanischen Eigenschaften kommt.
Es hat sich herausgestellt, dass für die Bindemittel 4 und 5 die Gelzeiten sogar unterhalb derjenigen für NH₃-haltige Bindemittel liegen, während sie für einen anderen Phenolformaldehydharztyp in Bindemittel 6 etwas oberhalb des Standes der Technik liegen, aber für diesen Geltyp immer noch akzeptabel sind.
Bei den mechanischen Eigenschaften konnte keine Verschlechterung durch den Einsatz von Ethanolamin/Melasse festgestellt werden.
Im Betriebsversuch konnte gezeigt werden, dass bei der Herstellung von Encollage mit Ethanolamin und Melasse keine besonderen Schwierigkeiten zu erwarten sind. Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, dass beim Anmischen per Hand Probleme mit der Verwiegung – verglichen mit ammoniakhaltigen Bindemitteln – weitaus weniger eine Rolle spielen.
Die technische Handhabung der erfindungsgemäßen Bindemittel bereitet unter den gegebenen technischen Bedingungen keinerlei Probleme. Fällungen oder Verstopfungen wurden nicht beobachtet.
Die Encollage verhielt sich beim Einsatz sehr unauffällig. Eine verstärkte Geruchsbelästigung, Voraushärtung oder schlechtere Trocknung wurde nicht beobachtet.
Die Produkteigenschaften werden durch den Einsatz von Ethanolamin/Melasse nicht negativ beeinflusst. Optisch waren die Muster von den Standardprodukten nicht unterscheidbar. Eine Verschlechterung bei den mechanischen Eigenschaften und dem Wasseraufnahmevermögen konnte nicht festgestellt werden. Die durch Laborversuche gemachten Aussagen werden dadurch bestätigt.
Die in den 1 und 2 gezeigten Messwerte verhielten sich ähnlich für Bindemittel, welche Propanolamin, N,N-Dimethylethanolamin und N-Methylethanolamin enthielten.
Momentan ist Ethanolamin wegen seiner derzeitig besseren kommerziellen Verfügbarkeit in Industriegebinden zu vernünftigen Preisen und seinem optimalen (praktisch nicht vorhandenem) Brand- und Zündverhalten der Aminoalkohol der Wahl, jedoch haben die durchgeführten Untersuchungen eindeutig gezeigt, dass die Erfindung mit sämtlichen beanspruchten Verbindungen prinzipiell durchführbar ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung von gebundener Mineralwolle, wobei man im Anschluss an die Zerfaserung einer Mineralschmelze ein Phenol-Formaldehydharz-Bindemittel auf die noch heißen Fasern aufbringt, dadurch gekennzeichnet dass man ein Bindemittel verwendet, welches Hydroxylamin oder einen Aminoalkohol mit folgender allgemeiner Formel enthält:
wobei R1 und R2 gleich oder ungleich, unabhängig voneinander Wasserstoff, ein linearer oder verzweigter, gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Kohlenwasserstoff mit 1–12 Kohlenstoffatomen, ein gesättigter oder ungesättigter alicyclischer oder heterocyclischer Kohlenwasserstoff mit 5–8 Kohlenstoffatomen, ein carbocyclischer oder heterocyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff mit 5–12 Ringliedern oder ein kettenförmiger oder verzweigter Alkylether mit 1–50 Alkoxyeinheiten oder kettenförmiges oder verzweigtes Alkylamin mit 1–50 Alkylaminoeinheiten; und R3 ein linearer oder verzweigter, gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Kohlenwasserstoff mit 1–12 Kohlenstoffatomen, ein gesättigter oder ungesättigter alicyclischer oder heterocyclischer Kohlenwasserstoff mit 5–8 Kohlenstoffatomen, ein carbocyclischer oder heterocyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff mit 5–12 Ringliedern oder ein kettenförmiger oder verzweigter Alkylether mit 1–50 Alkoxyeinheiten oder kettenförmiges oder verzweigtes Alkylamin mit 1–50 Alkylaminoeinheiten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Ethanolamin als Aminoalkohol verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zuckerhaltige Zubereitung, insbesondere Zuckermelasse, vorzugsweise aus Zuckerrüben, zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zuckerhaltige Zubereitung in einer Konzentration von 0,5 bis 25 Masse-% zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Bindemittel zusätzlich noch ein saures Salz, insbesondere Ammoniumsulfat zusetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bindemittel mit einem Gehalt von etwa 0,05 bis 4 Masse-%, insbesondere ca. 0,05 bis 1,5 Masse-%, vorzugsweise ca. 0,1 bis 1,0 Masse-%, besonders bevorzugt ca. 0,5 Masse-%, eines Aminoalkohols, insbesondere Ethanolamin, verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Bindemittel mit zusätzlich ca. 0,1 bis 3,0 Masse-% eines sauren Salzes, insbesondere Ammoniumsulfat, verwendet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bindemittel mit einer Ammoniumsulfatkonzentration von ca. 1,0 Masse-% verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Bindemittel mit einer Ethanolaminkonzentration von ca. 0,5 Masse-% und einer Ammoniumsulfatkonzentration von ca. 1,0 Masse-% verwendet.
Gebundenes Mineralwolleprodukt, erhältlich nach einem Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9.
Bindemittel zur Herstellung gebundener Mineralwolle auf Basis eines Phenolformaldehydharzes, dadurch gekennzeichnet, dass es Hydroxylamin oder einen Aminoalkohol mit folgender allgemeiner Formel enthält:
wobei R1 und R2 gleich oder ungleich, unabhängig voneinander Wasserstoff, ein linearer oder verzweigter, gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Kohlenwasserstoff mit 1–12 Kohlenstoffatomen, ein gesättigter oder ungesättigter alicyclischer oder heterocyclischer Kohlenwasserstoff mit 5–8 Kohlenstoffatomen, ein carbocyclischer oder heterocyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff mit 5–12 Ringliedern oder ein kettenförmiger oder verzweigter Alkylether mit 1–50 Alkoxyeinheiten oder kettenförmiges oder verzweigtes Alkylamin mit 1–50 Alkylaminoeinheiten; und R3 ein linearer oder verzweigter, gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Kohlenwasserstoff mit 1–12 Kohlenstoffatomen, ein gesättigter oder ungesättigter alicyclischer oder heterocyclischer Kohlenwasserstoff mit 5–8 Kohlenstoffatomen, ein carbocyclischer oder heterocyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff mit 5–12 Ringliedern oder ein kettenförmiger oder verzweigter Alkylether mit 1– 50 Alkoxyeinheiten oder kettenförmiges oder verzweigtes Alkylamin mit 1–50 Alkylaminoeinheiten ist.
Bindemittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es Ethanolamin enthält.
Bindemittel nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich noch ein Ammoniumsalz, insbesondere Ammoniumsulfat, enthält.
Bindemittel nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Gehalt von etwa 0,05 bis 2,5 Masse-%, insbesondere ca. 0,05 bis 1,5 Masse-%, vorzugsweise ca. 0,1 bis 1,0 Masse-%, besonders bevorzugt ca. 0,5 Masse-%, eines Aminoalkohols, insbesondere Ethanolamin, aufweist.
Bindemittel nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Ammoniumsalz, insbesondere Ammoniumsulfat in einer Konzentration von ca. 0,1 bis 3,0 Masse-%, aufweist.
Bindemittel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Ammoniumsulfatkonzentration von ca. 1,0 Masse-% aufweist.
Bindemittel nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Konzentration des Aminoalkohols, insbesondere der Ethanolaminkonzentration, von ca. 0,5 Masse-% und eine Ammoniumsulfatkonzentration von ca. 1,0 Masse-% aufweist.
Bindemittel nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich eine zuckerhaltige Zubereitung, insbesondere Zuckermelasse, vorzugsweise aus Zuckerrüben, enthält.
Bindemittel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zuckerhaltige Zubereitung in einer Konzentration von 0,5 bis 25 Masse-% im Bindemittel vorliegt.