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. Dies geschieht vorzugsweise im Fallschacht
im Anschluss an die Zerfaserung, beispielsweise nach dem Düsenblasverfahren
gemäß der
DE 35 09 426 A1 .
Hierbei
wird ein Phenol-Formaldehydharz als bekanntestes Bindemittel des
Standes der Technik vorzugsweise auf die Fasern als wässrige Lösung, bzw.
Dispersion, aufgesprüht,
wobei das Phenol-Formaldehydharz dann aufgrund der noch relativ
hohen Temperaturen der Fasern auf der Faseroberfläche zu polymerisieren
beginnt und durch den Polymerisationsprozess die einzelnen Fasern,
insbesondere an Kreuzungspunkten von Fasern, miteinander verbindet,
weil die Fasern, die auf einem Kreuzungspunkt übereinander liegen, dort durch
erstarrte Harztröpfchen
mehr oder weniger eingebettet werden und somit die Verschiebbarkeit
der einzelnen Fasern untereinander zunächst behindert wird und später beim
Aushärten
mittels Heißgasen,
beispielsweise in einem Tunnelofen, im wesentlichen ganz verhindert
wird.
Ein
derartiges Bindemittel wird beispielsweise in der
US 3,231,349 beschrieben. Aus Umweltschutzgründen sowie
aus Gründen
der Arbeitsplatzsicherheit werden mittlerweile immer mehr Versuche unternommen,
die klassischen Phenol-Harzbindemittel aufgrund ihres Formaldehydgehaltes
und ihrer Formaldehydemission durch alternative, formaldehydfreie
Bindermittel zu ersetzen.
So
beschreibt beispielsweise die
EP 0 583 086 B2 eine aushärtbare, formaldehydfreie, wässrige Bindemittelzusammensetzung
für Glasfasern
auf Basis von polymeren Polysäuren
mit mindestens zwei Carbonsäuregruppen
oder Anhydridgruppen, welche ein Polyol mit wenigstens zwei Hydroxylgruppen
und einen phosphorhaltigen Katalysator umfasst, wobei ein Äquivalentverhältnis COOH-Gruppe
zu OH-Gruppe von 0:0,01 bis 1:3 bestehen muss.
Als
polymere Polysäure
ist in der
EP 0 583
086 B2 beispielsweise Polyacrylsäure beschrieben.
Als
Polyol wird bevorzugt ein β-Hydroxyalkylamid,
beispielsweise [N,N-di(β-Hydroxyethyl)]-Adipamid, eingesetzt,
jedoch können
beispielsweise auch Ethylenglykol, Glycerin, Pentaerythrit, Trimethylolpropan,
Sorbitol, Sucrose, Glucose, Resorcinol, Catechol, Pyrogallol, glycolysierte
Harnstoffe, 1,4-Cyclohexandiol,
Diethanolamin oder Triethanolamin verwendet werden.
Ähnliche
Bindemittelzusammensetzungen für
Mineralfasern sind beispielsweise auch aus der
US 6,331,350 B1 ,
EP 0 990 727 A1 ,
EP 0 990 728 A1 und
EP 0 990 729 A1 bekannt.
Die aufgezählten
Dokumente des Standes der Technik setzen ebenfalls als polymere
Polysäure
eine Polyacrylsäure
ein. Als Polyol werden dort ebenfalls Alkanolamine sowie Glycole
eingesetzt.
Darüber hinaus
beschreibt die
EP 0
882 074 B1 Bindemittelzusammensetzungen für Mineralfasern
auf Basis von Polyacrylsäuren
und Glycolen als Polyolen.
Die
EP 1 232 211 B1 beschreibt
Bindemittelzusammensetzungen zur Herstellung von Formkörpern aus
natürlichen
oder synthetischen feinteiligen oder faserigen Materialien mit einem
Polymerisat aus 0 bis 50 Gew.-% wenigstens einer ethylenisch ungesättigten
Dicarbonsäure,
deren Anhydride und/oder deren Salze und 50-100 Gew.-% wenigstens
einer ethylenisch ungesättigten
Monocarbonsäure
und/oder deren Salze, wobei bis zu 10 Gew.-% der sauren ethylenisch
ungesättigten
Monomere durch andere ethylenisch ungesättigte mit den sauren ethylenisch
ungesättigten
Monomeren copolymerisierbaren Monomeren ersetzt werden können und
wenigstens einem Amin, das weniger als zwei OH-Gruppen enthalten
kann, in einer Menge, dass der pH-Wert des Bindemittels im Bereich
von 2 bis 7 liegt, sowie 0,5 bis 30 Gew.-% eines Vernetzungsmittels
auf Epoxid- oder Acrylatharzbasis.
Ein
weiterer Stand der Technik ist die WO 2005/087837 A1, welche ein
formaldehydfreies Bindemittel für
Mineralfasern offenbart, welches die folgende Zusammensetzung aufweist:
- (a) eine Polysäurekomponente mit Säuregruppen
oder einem Anhydrid oder Salz davon, und
- (b) eine Polyhydroxykomponente mit Hydroxylgruppen, wobei der
pH-Wert der Bindemittelzusammensetzung
oberhalb von etwa 7 liegt.
Unter
dem Begriff „Polysäure-Komponente" wird in der WO 2005/087837
eine ungesättigte,
gesättigte, oder
aromatische Polycarbonsäure,
ungesättigte
oder gesättigte
cyclische Polycarbonsäure,
hydroxysubstituierte Derivate davon, sowie deren Salze und Anhydride
verstanden.
Mit
dem Begriff „Polysäure-Komponente" wird in der WO 2005/087837
somit nur eine niedermolekulare Säure, welche mehrere Carboxylgruppen
trägt,
und keinerlei polymere Polysäure
offenbart. Insbesondere werden als geeignete Polysäuren Maleinsäure, Fumarsäure, Bernsteinsäure, Zitronensäure, Sebacinsäure, Adipinsäure, Aconitinsäure, Butantetracarbonsäuredihydrid,
Butantricarbonsäure,
Citraconsäure,
Dicyclopentadien-Maleinsäureaddukte,
Diethylentriaminpentaessigsäure,
Addukte von Diterpen und Maleinsäure,
Endomethylenhexachlorphtalsäure,
Ethylendiamintetraessigsäure
(EDTA), vollmaleiniertes Colophonium, maleinierte Tallölfettsäuren, Fumarsäure, Glutarsäure, Isophthalsäure, Itaconsäure und
halogenierte Derivate niedermolekularer Carbonsäuren genannt.
Als
Polyole können
beispielsweise polymere Polyole vom Polyvinylacetat-Typ eingesetzt werden.
Sämtliche
zu Phenol-Formaldehyd-Harzen alternative Bindemittelzusammensetzungen
des Standes der Technik sind derzeit jedoch hauptsächlich wegen
ihrer mangelnden Wasserfestigkeit nur bedingt für die Herstellung von Mineralwolleprodukten
geeignet, so dass beispielsweise den auf Polyacrylatharzen basierenden
Bindemitteln der praktische Einsatz für die Herstellung von Mineralwolleprodukten
in der Regel verwehrt blieb.
Ausgehend
vom Stand der Technik der
EP
0 882 074 B1 war es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine formaldehydfreie Bindemittelzusammensetzung zur Verfügung zu
stellen, welche nach dem Aushärten
vergleichbare Eigenschaften eines Phenol-Formaldehydbindemittels aufweist, ohne
jedoch dessen Emissionsproblematik aufzuweisen.
Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt durch ein Bindemittel sowie eine Zusammensetzung
gemäß Anspruch
1 bzw. Anspruch 2.
Ein
Verfahren zur Herstellung von formaldehydfrei gebundener Mineralwolle
gemäß Anspruch
14 mit Produkten gemäß Anspruch
16 und deren Verwendung gemäß Anspruch
17 lösen
die Aufgabe ebenfalls.
Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein Bindemittel und eine Zusammensetzung
enthaltend:
- – eine wässrige Dispersion wenigstens
einer polymeren Polycarbonsäure;
- – wenigstens
eine Amin-Verbindung mit der allgemeinen Formel (1) worin R1, R2 und R3 unabhängig voneinander
gleich oder ungleich H und R1 der allgemeinen Formel (2) entspricht: mit einem Wert für n von
2-10 und R2 und R3 unabhängig
voneinander gleich oder ungleich H sind oder der allgemeinen Formel
(3) entsprechen:
- – ,
wobei m einen Wert von 1-50 annehmen kann und die Molekularmasse
der Amin-Verbindung ungefähr 20
000 g/mol nicht übersteigt;
- – wenigstens
ein aktiviertes Silan,
- • welches
erhältlich
ist durch eine Umsetzung eines Silans, ausgewählt aus der Gruppe: Mono-,
Di-, und
Trialkoxysilanen mit einer C1 bis
C8 – Alkoxygruppe,
wobei das Alkoxysilan wenigstens eine C2 bis
C10 – Aminoalkylgruppe
oder eine C2 bis C10 – N-aminoalkylgruppe
trägt;
3(2-Aminoethylamino)propyl-trimethoxysilan;
(MeO)3-Si-(CH2)3-NH-(CH2)3-Si-(OMe)3;
3-Aminopropylsilantriol;
Aminosilan mit ethoxyliertem Nonylphenolat; Phenyl-CH2-NH-(CH2)3-NH-(CH2)3-Si-(OMe)3*HCl;
sowie deren Mischungen;
mit
- • einem
enolisierbaren Keton mit wenigstens einer Carbonylgruppe oder einem
Keton mit wenigstens einer OH-Gruppe, wobei das Keton 3 bis 12 C-Atome
enthält.
Es
ist ferner eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, dass die polymere Polycarbonsäure endgecappt
ist. D.h. reaktive Gruppen werden mit einem geeigneten Capping-Mittel
inaktiviert.
Für die Verwendung
als Bindemittel bei der Herstellung von Mineralwolle ist es von
großem
Vorteil, dass die Zusammensetzung in den üblichen Verdünnungen
zwischen 5-50% eine Verarbeitungszeit, insbesondere Topfzeit, von
ca. 6 h-48 h aufweist.
Es
ist eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, das Alkanolamin aus der Gruppe: Ethanolamin,
Diethanolamin, und Triethanolamin auszuwählen.
Ein
bevorzugtes Silan der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist 3-Aminopropyltriethoxysilan.
Es ist kommerziell preisgünstig
erhältlich.
Als
Ketone zur Herstellung des aktivierten Silans werden Dihydroxyaceton
oder Acetylaceton ihrer leichten Verfügbarkeit wegen bevorzugt eingesetzt, jedoch
kann das aktivierte Silan auch mit einem enolisierbaren Keton mit
wenigstens einer Carbonylgruppe oder einem Keton mit wenigstens
einer OH-Gruppe, wobei das Keton 3 bis 12 C-Atome enthält, hergestellt
werden.
Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
kann natürlich
zusätzlich
wenigstens einen Oberflächenmodifizierer,
insbesondere ein Hydroxyphenol, bevorzugt Resorcinol, vorzugsweise
in einer Menge zwischen ca. 0,1 und 1 Masse-% bezogen auf Gesamtfeststoff,
enthalten.
Ferner
ist es oft erwünscht,
dass die Zusammensetzung zusätzlich
wenigstens einen Vernetzer enthält,
wobei solche bevorzugt sind, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend
aus: Glycerin, Polyolen, Neopentylglycol, 1,3,5-Triallyl-2-methoxybenzol,
1,1,1-Tris(4-hydroxyphenyl)ethan,
Triallylneopentylether, Pentaerythrit, Zuckern, Zuckermelasse; sowie
deren Mischungen.
Es
ist besonders bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung einen pH-Wert
im Bereich von ca. 5,5 bis 9,5 aufweist. Hierdurch ist einerseits
gewährleistet,
dass Leitungen und Düsen,
insbesondere Spraydüsen,
weniger korrosionsbeansprucht sind als bei den sauren Bindemittel-Zusammensetzungen des
Standes der Technik. Andererseits greifen Zusammensetzungen im bevorzugten
pH-Bereich bei weitem die Mineral- oder Glasfaser nicht so an wie
die deutlich saureren Zusammensetzungen des Standes der Technik.
Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
eignet sich hervorragend als Bindemittel für Mineralwolle. Zum einen können so
absolut formaldehydfreie Mineralwolleprodukte hergestellt werden
und zum anderen sind die erfindungsgemäßen Bindemittel und damit natürlich auch
die Mineralwolleprodukte nach Aushärtung wasserfest.
Zur
Herstellung von formaldehydfrei gebundener Mineralwolle mit dem
erfindungsgemäßen Bindemittel
bringt man das Bindemittel im Anschluss an die Zerfaserung einer
Mineralschmelze auf die noch heißen Fasern auf und setzt das
mit dem Bindemittel beaufschlagte Mineralwolleprodukt einem Aushärteprozess
aus. Hierbei wird das Bindemittel insbesondere durch Besprühen der
aus der Mineralschmelze ausgezogenen Fasern im Fallschacht auf die
Fasern aufgebracht.
Ein
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestelltes gebundenes Mineralwolleprodukt erfüllt sämtliche mechanischen und chemischen
Anforderungen wie ein unter Verwendung von klassischen Phenol-Formaldehydharz gebundenes
Mineralwolleprodukt.
Ohne
daran gebunden zu sein, scheint die Aktivierung des Silans mit der
Carbonylverbindung möglicherweise
nach folgendem Reaktionsschema abzulaufen, gezeigt mit zwei unterschiedlichen
Carbonylverbindungen:
Durch
die Aktivierung des Silans – im
obigen Reaktionsschema ist am Beispiel des aus der Hydrolyse von
3-Aminopropyltriethoxysilan hervorgegangenen γ-Aminopropylsilantriol – durch
Umsetzung mit einem enolisierbaren Keton mit wenigstens einer Carbonylgruppe
oder einem Keton mit wenigstens einer OH-Gruppe, wobei das Keton
3 bis 12 C-Atome enthält,
entsteht am aktivierten Molekül
eine „Kunststoffseite", welche durch den
N-Teil gebildet
wird zusätzlich
zu einer Glasseite, die durch den Si-Teil gebildet wird.
Im
Stand der Technik wurde die Aminogruppe des Silans mit Formaldehyd
zu einer Schiff'schen
Base umgesetzt, die wiederum mit dem Phenol-Formaldehydharz reagierte.
Somit
ist ein im Stand der Technik notwendiger Formaldehydgehalt des Bindemittels
nicht mehr erforderlich, weil das aktivierte Silan einen N-haltigen Molekülteil trägt, der
an den Kunststoff – erfindungsgemäß an das
Umsetzungsprodukt des Polyacrylats mit der Aminverbindung, insbesondere
Alkanolamin, aber auch an den Ring aktivierter aromatischer Systeme
unter Ausführung
einer C-Alkylierung – koppeln
kann, welches so über
den Silanlinker an die Glasoberfläche der heißen Faser gebunden wird.
Die
Reaktionen der erfindungsgemäß verwendeten
aktivierten Silane an der Glasoberfläche – hier stellvertretend dargestellt
durch einen Kieselsäuretetraeder – sind im
folgenden schematisch und beispielhaft ohne hieran gebunden zu sein
gezeigt:
Diese
hydrolytischen Verknüpfungen
laufen auf der noch heißen
Faser schnell ab.
Weitere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aufgrund
der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
sowie anhand der Zeichnung.
Es
zeigt:
1:
Eine schematische Ansicht von über
den Si-Teil eines aktivierten Silans an eine Glasfaser gekoppelten
Silans; und
2:
eine schematische Ansicht eines auf einer Faser über ein aktiviertes Silan an
eine Glasoberfläche
gebunden Kunststoff.
3:
Abmessungen eines Probekörpers
für die
Bestimmung der Ringreißfestigkeit
Der
Gesamtzusammenhang der erfindungsgemäßen Zusammensetzung und Bindemittel
in Verbindung mit der Herstellung von Mineral- oder Glasfasern ist
nochmals anschaulich in 1 und 2 gezeigt.
Hierbei
darf die dargestellte molekulare Anordnung lediglich als Schema
aufgefasst werden. Natürlich können beispielsweise
gewollt mit Vernetzern und dem Alkanolamin noch innerhalb des Kunststoffes,
im Beipielsfalle Polyacrylat, Vernetzungsreaktionen auftreten. Selbstverständlich ist
es ebenfalls möglich,
dass unbeabsichtigte Nebenreaktionen – wie bei jeder Polymerisation – vorkommen
können.
Daher kann man den Inhalt der 1 und 2 lediglich
als Modellvorstellung betrachten, die jedoch für das Verständnis der Erfindung hilfreich
ist.
Ausführungsbeispiele
Die
neutralisierten Harze wurden nach verschiedenen Testmethoden im
Labor und am Fertigprodukt getestet. Die Ergebnisse wurden mit denen
des Standardphenolharzes und mit einem handelsüblichen, Polyacrylat basierenden
sauren Bindemittel verglichen. Die Vorgehensweise sei an den folgenden
Beispielen dargelegt und stellt nur eine kleine Auswahl der Versuchsergebnisse
dar. Die in den angeführten
Beispielen eingesetzten Substanzen sind nur für ihre Funktionalität repräsentativ,
so kann das eingesetzte Dihydroxyaceton problemlos z. B. durch Aceton,
Acetylaceton oder Acetessigsäure,
das Ethanolamin durch ein anderes primäres Alkanolamin oder das Gemisch
an Hydroxymethylresorcinen nahezu beliebig durch hydroxymethylierte Phenole
ersetzt werden. Auch die eingesetzten Polyole bzw. das Silan sind
außerordentlich
variabel.
Allgemein
wurde bei den Bindemitteln eine Zielkonzentration von 40% Gesamtfeststoff
angestrebt. Die pH-Werte der neutralisierten Polyacrylate liegen
zwischen 8,1 und 8,4, der pH-Wert des auf handelsüblichem Polyacrylat
basierenden Bindemittels liegt bei 2,5-3,0.
Vergleichsbeispiele
Bindemittel
1 – Standardvergleichsbeispiel:
Zum Einsatz kam ein typisches Alkali katalysiertes Phenolharz gemäß dem Stand
der Technik mit einem Gesamtfeststoffgehalt von 44%.
Zusammensetzung:
150 kg Phenolharz; 35,5 kg Harnstoff; 1,0 kg Ammoniumsulfat; 2,0
kg Ammoniaklösung (25%);
25,8 kg 3-Aminopropyltriethoxysilan
(2%); 44,6 kg Wasser
Bindemittel
2 – Acrylat
1: Zum Einsatz kam ein handelsübliches
Polyacrylat basierendes Bindemittel mit einem Gesamtfeststoffgehalt
von 52% und einem pH-Wert zwischen 2,5 und 3,0. 150 kg dieses Bindemittels
wurden mit 46,0 kg Wasser und 0,4 kg 3-Aminopropyltriethoxysilan
versetzt.
In
den nachfolgenden Ausführungsbeispielen
der Erfindung gilt folgende allgemeine Vorschrift zur Darstellung
eines aktivierten Silans:
In einem Kessel mit mechanischem
Rührer
geeigneter Größe wird
ein Teil des Verdünnungswassers
vorgelegt. Anschließend
wird die entsprechende Menge der Carbonylverbindung zugegeben und
bis zur vollständigen Auflösung gerührt. Bei
schlecht in Wasser löslichen
Verbindungen wird vorsichtig erwärmt
bzw. unter kräftigem Rühren ein
Dispergierhilfsmittel zugesetzt. Zu der Lösung wird das Silan zugegeben
und anschließend
bis zur deutlichen Verfärbung
der Lösung
gerührt.
Die Farbvertiefung zeigt die Bildung des Imins als aktiviertes Silan an.
Das so aktivierte Silan wird zum Bindemittelansatz zugegeben. Nach
Homogenisierung ist das Bindemittel einsatzbereit und für die Beispiele
1 und 2 etwa 6 h verarbeitbar.
Beispiel 1
Bindemittel
3 – Acrylat
2: Zum Einsatz kam ein handelsübliches
nicht neutralisiertes Polyacrylat – Maleinsäure Kopolymerisat mit einem
Gesamtfeststoff von 46%.
Zusammensetzung: 150 kg Kopolymerisat;
60,3 kg Ethanolamin; 0,9 kg Hydroxymethyresorcinole; 0,4 kg 3-Aminopropyltriethoxysilan;
0,3 kg Dihydroxyaceton; 9,2 kg Pentaerythrit; 6,7 kg Glycerin, 140,0
kg Wasser
Die
fertige Zubereitung weist einen pH-Wert von ca. 8,2 auf.
Beispiel 2
Bindemittel
4 – Acrylat
3: Zum Einsatz kam ein handelsübliches
nicht neutralisiertes Polyacrylat mit einem Gesamtfeststoff von
50%.
Zusammensetzung: 150 kg Polyacrylat; 45,3 kg Ethanolamin;
1,0 kg Hydroxymethyresorcinole; 0,4 kg 3-Aminopropyltriethoxysilan;
0,3 kg Dihydroxyaceton; 8,5 kg Pentaerythrit; 6,2 kg Glycerin; 129,0
kg Wasser
Die
fertige Zubereitung weist einen pH-Wert von ca. 8,2 auf.
Durchführung von Qualitätsprüfungen
1. Labortests
1.1 Haftung des Bindemittels
auf dem Glas
Eingesetzt
wurden kreisrunde Scherben mit einem Durchmesser von 7 cm bzw. einer
Fläche
von 38,5 cm2. Die Fläche wurde durch Auszählung mittels
Rasterschablone ermittelt. Die Werte wurden gerundet.
Auf
einem kreisrunden Scherben aus feuerpolierten Glas einer Zusammensetzung
gemäß
EP 1522532A1 werden
5 Tropfen einer 20% Bindemittellösung
gleichmäßig verteilt.
Der Film wird zur Vermeidung von Inhomogenitäten zunächst bei 50°C getrocknet und anschließend 2h
bei 150°C
gehärtet.
Die beschichteten Scherben werden 24h in Wasser bei 70°C gelagert.
Anschließend
wird der Flächenanteil
des abgelösten Kunststoffes
bestimmt. Ein technisch sinnvoll einzusetzendes Bindemittel sollte
zu wenigstens 75% der Fläche nach
dem Test noch am Glas haften. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle
1: Haftung des Bindemittels auf Glas
- * Film teilweise aufgelöst
2. Tests mit Mineralwolleprodukten,
welche mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel
hergestellt wurden
Mit
den obigen Bindemitteln gemäß den Beispielen
1 bis 2 wurden Mineralwolleprodukte hergestellt, wobei das Bindemittel
in üblicher
Weise im Anschluss an die Zerfaserung der Schmelze, beispielsweise
dem Düsenblasverfahren,
im Fallschacht auf die noch heißen
Fasern aufgesprüht
wurde.
Die
erhaltenen Produkte wurden dann einer Reihe von Testen unterzogen,
die im Folgenden beschrieben sind.
2.1 Ringreißfestigkeit
von Dämmstoffen
vor und nach Autoklavierung
Ringreißfestigkeiten
vor und nach Autoklavierung
Untersucht
wurde ein Klemmfilz mit einer Sollrohdichte von 11 kg/m3 und
einem Sollglühverlust
von 4,5%. Änderungen
in den Härtetemperaturen
oder Härtezeiten
wurden im Vergleich zum Standardphenolharz nicht vorgenommen.
Methode
Aus
dem Fertigprodukt werden röhrenförmige, ovale
Probeköper
ausgestanzt. Die Hälfte
der so erhaltenen Probekörper
wird mit einer dafür
geeigneten Einrichtung zerrissen. Der andere Teil wird 15 Minuten
bei 105°C
in mit Wasserdampf gesättigter
Luft gealtert und anschließend
zerrissen. Die gemessenen Reißkräfte machen
eine Aussage über
die Festigkeit des Gesamtsystems Glasfasern – Kunststoff nach der Herstellung und
ihrer Beständigkeit
unter normalen Gebrauchsbedingungen. Die Testmethode wird üblicherweise
bei Dämmstoffen
niedrigen Raumgewichts, bevorzugt bei Klemmfilzen, eingesetzt. Bei
Standardprodukten ohne Hydrophobiermittel sind Festigkeitsverluste
durch Autoklavieren zwischen 20 und 30 Prozent normal. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Es ist zu beachten, dass das
als Vergleich dienende nicht neutralisierte Polyacrylat (Bindemittel
2) selbst kurz nach der Herstellung nicht die Festigkeiten der anderen
Bindemittel nach Alterung erreicht.
Tabelle
2: Ringreißfestigkeit
Die
Bindemittel 2, 3, 4 wurden in diesem Versuch ohne Staubbindeöl eingesetzt,
da das Verhalten des reinen Bindemittel – Glassystems untersucht werden
sollte.
Die
Ringreißfestigkeit
von Dämmstoffen
wird bei der Anmelderin wie folgt detailliert dargestellt geprüft:
Die
Prüfmethode
dient zur Bestimmung der maximalen Reißkraft von ovalen Mineralwolleringen.
Ermittelt wird die Kraft, die benötigt wird, um das Reißen des
Probekörpers
zu erreichen, welche in N/g als Reißfestigkeit angegeben wird.
Als
Probekörper
dienen ovale Mineralwolleringe nach einer in 3 dargestellten
Form, die mit einer Stanze mit entsprechendem Werkzeug ausgestanzt
werden. Diese Ringe werden aus Mineralwolleprodukten (Platten, Filze,
etc.) ausgestanzt. Es ist darauf zu achten, dass die Probekörper über die
ganze Breite und nicht verkantet ausgestanzt werden.
Kaschierungen
sind zu entfernen. Die Probekörper
werden vor der Prüfung
mindestens 24 h bei (23 ± 5)°C und (50 ± 5)% relativer
Luftfeuchte gelagert. Vor der Prüfung
ist für
jeden Probekörper
das Gewicht in g mit einer Genauigkeit von 0,01 g zu ermitteln.
Die Probekörper
werden mit einer Prüfgeschwindigkeit
von 300 mm/min durch Zug bis zum Abriss beansprucht und die maximal
auftretende Kraft in N (Reißkraft)
registriert. Ein zweiter Satz Probekörper wird einer simulierten
Klimabehandlung unterzogen, wobei sie im Autoklaven bei 105°C 15 min
inkubiert werden.
Nach
der Klimabehandlung werden die feuchten Probekörper in einem Trockenschrank
bei 105°C
mindestens 1 Stunde getrocknet. Bei Rohdichten [RD] ab 50 kg/m3 ist die Trockenzeit entsprechend zu verlängern. Danach
erfolgt Abkühlung
auf Raumtemperatur.
Die
weitere Vorgehensweise entspricht den Untersuchungen für Proben
ohne Klimabehandlung.
Die
Ringreißfestigkeit σR vor und
nach Autoklavbehandlung errechnet sich wie folgt:
Es
ist der jeweilige Mittelwert aus 6 Probenkörpern von längs und quer zu berechnen.
Die Mittelwerte sind auf eine Nachkommastelle genau anzugeben.
- σR
- = Mittelwert der Ringreißfestigkeit
vor Klimabehandlung
- σRA
- = Mittelwert der Ringreißfestigkeit
nach Klimabehandlung
Die
korrigierte Ringreißfestigkeit
bezogen auf Nennrohdichte errechnet sich zu:
2.2 Dickenänderung
durch Nordtest
Untersucht
wurde ein Produkt mit einer Sollrohdichte von 50 kg/m3 und
einem Sollglühverlust
von 3,7%. Die Ausgangsdicke betrug 50 mm, die Dicke des ausgeglühten Materials
160 mm im Mittel. Die auf Acrylsäure
basierenden Bindemittel wurden hier bei 20°C höheren Temperaturen als das
Standardphenolharz gehärtet.
Zur
Durchführung
dieser Tests werden aus einem Fertigprodukt Probekörper mit
einer Kantenlänge von
20 × 20
cm ausgeschnitten. Ein Teil der Probekörper wird bei 450°C ausgeglüht, um die
Dicke des jeweiligen Materials ohne Bindung zu ermitteln. Der andere
Teil wird 7 Tage bei 70°C
und 95% relativer Luftfeuchte gelagert. Diese Untersuchung ist unter
dem Namen „Nordtest" bekannt.
Die
Dickenänderung
wird im Verhältnis
zur Ausgangsdicke bestimmt. Die Dicke des ausgeglühten Materials
stellt den maximal erreichbaren Wert dar. Die Methode wird üblicherweise
bei Produkten mittleren Raumgewichtes eingesetzt. Ein technisch
sinnvoll einzusetzendes Bindemittel hält die Dickenänderung
unter 20% des Ausgangswertes bzw. 10% des Maximalwertes. Bei einem
Bindemittel von unzureichender Beständigkeit wird bereits ohne
Nordtest eine Dickenänderung
beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefasst.
Tabelle
3: Dickenänderung
durch Nordtest
Somit
bestätigen
die durchgeführten
Untersuchungen, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung als formaldehydfreies
Bindemittel für
die Mineralwolleherstellung nicht nur grundsätzlich geeignet ist, sondern
auch nach erhaltener Produktqualität, Verarbeitbarkeit und Wirtschaftlichkeit
praxistauglich ist. Die vorhandene maschinelle Ausrüstung braucht
nicht verändert
zu werden und aufgrund der Einstellbarkeit des pH-Wertes auf >7 ist eine stärkere Korrosion
als bei dem klassischen Bindemittel nicht zu befürchten.
mit einem Wert für n von 2-10 und R2 und R3 unabhängig voneinander gleich oder ungleich H sind oder der allgemeinen Formel (3) entsprechen:
mit einem Wert für n von 2-10 und R2 und R3 unabhängig voneinander gleich oder ungleich H sind oder der allgemeinen Formel (3) entsprechen:
– , wobei m einen Wert von 1-50 annehmen kann und die Molekularmasse der Amin-Verbindung ungefähr 20 000 g/mol nicht übersteigt; – wenigstens ein aktiviertes Silan, • welches erhältlich ist durch eine Umsetzung eines Silans, ausgewählt aus der Gruppe: Mono-, Di-, und Trialkoxysilanen mit einer C1 bis C8 – Alkoxygruppe, wobei das Alkoxysilan wenigstens eine C2 bis C10 – Aminoalkylgruppe oder eine C2 bis C10 – N-aminoalkylgruppe trägt; 3(2-Aminoethylamino)propyl-trimethoxysilan; (MeO)3-Si-(CH2)3-NH-(CH2)3-Si-(OMe)3; 3-Aminopropylsilantriol; Aminosilan mit ethoxyliertem Nonylphenolat; Phenyl-CH2-NH-(CH2)3-NH-(CH2)3-Si-(OMe)3*HCl; sowie deren Mischungen; mit einem enolisierbaren Keton mit wenigstens einer Carbonylgruppe oder einem Keton mit wenigstens einer OH-Gruppe, wobei das Keton 3 bis 12 C-Atome enthält
mit einem Wert für n von 2-10 und R2 und R3 unabhängig voneinander gleich oder ungleich H sind oder der allgemeinen Formel (3) entsprechen:
– , wobei m einen Wert von 1-50 annehmen kann und die Molekularmasse der Amin-Verbindung ungefähr 20 000 g/mol nicht übersteigt; – wenigstens ein aktiviertes Silan, • welches erhältlich ist durch eine Umsetzung eines Silans, ausgewählt aus der Gruppe: Mono-, Di-, und Trialkoxysilanen mit einer C1 bis C8 – Alkoxygruppe, wobei das Alkoxysilan wenigstens eine C2 bis C10 – Aminoalkylgruppe oder eine C2 bis C10 – N-aminoalkylgruppe trägt; 3(2-Aminoethylamino)propyl-trimethoxysilan; (MeO)3-Si-(CH2)3-NH-(CH2)3-Si-(OMe)3; 3-Aminopropylsilantriol; Aminosilan mit ethoxyliertem Nonylphenolat; Phenyl-CH2-NH-(CH2)3-NH-(CH2)3-Si-(OMe)3*HCl; sowie deren Mischungen; mit • einem enolisierbaren Keton mit wenigstens einer Carbonylgruppe oder einem Keton mit wenigstens einer OH-Gruppe, wobei das Keton 3 bis 12 C-Atome enthält.