DE102010036535A1

DE102010036535A1 - Verfahren zum Metallisieren von Mineralfasern sowie Verwendung derselben

Info

Publication number: DE102010036535A1
Application number: DE102010036535A
Authority: DE
Inventors: Dr. Hünig Hagen; Dr. Schumm Michael; Dr. Passon Ulrich
Original assignee: Saint Gobain Isover G+H AG
Current assignee: Saint Gobain Isover G+H AG
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-01-26
Also published as: EP2595934A1; WO2012010655A1

Abstract

Verfahren zum Metallisieren von Mineralfasern, wobei die Mineralfasern a) mit einem N-, P- oder S-funktionalisierten Silan und den für die Metallisierung vorgesehenen Metallionen für eine vorbestimmte Zeit in Kontakt gebracht werden, um eine erste Metallschicht mit dem den Metallionen entsprechenden Metall auf die Mineralfasern aufzubringen; und b) Inkubieren der gemäß Schritt a) vorbeschichteten Mineralfasern mit einer wässrigen Lösung der für die Metallisierung vorgesehenen Metallionen und einem Reduktionsmittel, um die erste Metallschicht zu verstärken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Metallisieren von Mineralfasern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, metallbeschichtete Mineralfasern gemäß Anspruch 11, eine Verwendung derselben zur Herstellung von Dämmstoffprodukten gemäß Anspruch 13 sowie ein Dämmstoffprodukt gemäß Anspruch 16.
Der Einsatz künstlicher Mineralfasern zur Wärmedämmung von Gebäuden und Industrieanlagen ist seit vielen Jahrzehnten Stand der Technik.
Für die Herstellung von Mineralfasern aus silikatischen Rohstoffen haben sich mehrere Verfahren als geeignet herausgestellt, von denen das sogenannte TEL-Verfahren für die Herstellung von Glaswolle, sowie das Düsenblasverfahren und das REX-Verfahren für die Herstellung von Steinwolle besondere Bedeutung gewonnen haben. Die Verfahren sind bspw. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A11, Fibers, 5. Synthetic Inorganic beschrieben.
Im TEL-Verfahren wird ein Schmelzstrahl in eine rotierende Trommel mit gelochtem Ringmantel geführt. Die Fasern bilden sich durch zentrifugales Ausschleudern und weiterem Verziehen mittels Druckluft.
Im Düsenblasverfahren wird eine geeignete Schmelze durch Platindüsen geleitet und dort in einzelne schmelzflüssige Primärfäden zerteilt. Diese werden anschließend mit Hilfe von Hochgeschwindigkeits-Luftströmen beschleunigt, vervielfacht und dabei zu gleichmäßigen, langen Fasern verzogen.
Im Kaskadenschleuderverfahren fließt die Schmelze auf die Umlauffläche einer schnell rotierenden Scheibe mit waagrechter Achse. Von dieser wird sie beschleunigt und auf eine oder mehrere nachfolgende Scheiben geschleudert und zu Fasern verzogen.
Während der Zerfaserung wird in den drei Verfahren in der Regel im Fallschacht ein geeignetes in Wasser gelöstes Bindemittel, beispielsweise ein Phenolformaldehydbindemittel, auf die noch heißen Fasern aufgedüst und die Fasern zu einer Mineralwollebahn abgelegt. Aus dieser Mineralwollebahn werden dann, je nach Bedarf, die unterschiedlichen Dämmstoffprodukte hergestellt, welche beispielsweise in Rollenform, Mattenform und Platten vorliegen können und bautechnisch in den unterschiedlichsten Bereichen, wie zum Beispiel der Dachdämmung, der Fassadendämmung sowie der Decken- und Fußbodendämmung eingesetzt werden können.
Mineralwolleprodukte werden in Form von Platten- oder Rollenware mit einer Wärmeleitfähigkeit entsprechend einer Wärmeleitfähigkeitsklasse 032 bis 040 angeboten. Die Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeitsklasse sind in der inzwischen zurückgezogenen DIN 18165 beschrieben, trotz der normativen Abschaffung haben sie aber in der Praxis nach wie vor große Bedeutung.
Die Wärmeleitung eines Mineralwolleprodukts setzt sich aus drei Anteilen zusammen, zum Einen die Wärmeleitung durch die in der porösen Struktur des Mineralwolleprodukts eingeschlossenen, ruhenden Luft („Gaswärmeleitung”), zum Zweiten der Anteil der Wärmeleitung durch das Material der Fasern selbst (Konduktion), sowie den Strahlungsanteil. Der Strahlungsanteil hängt neben weiteren Parametern insbesondere von der Temperatur und von der Rohdichte des Mineralwolleprodukts ab, derart, dass dieser mit einer abnehmenden Rohdichte ansteigt. Bei einer Rohdichte im Bereich von 20 bis 30 kg/m³ kann der Strahlungsanteil bei Raumtemperatur bis zu 7 mW/mK betragen.
Um dieser verminderten Dämmwirkung aufgrund des vergleichsweise großen Wärmedurchgangs in Form von Strahlung durch derartige Mineralwolleprodukte entgegenzuwirken, wurden in der Vergangenheit zum Beispiel einseitige Aluminiumkaschierungen auf der wärmeabgewandten Seite der Mineralwolle angebracht. Diese Technik wird besonders im industriellen Hochtemperaturdämmbereich, beispielsweise bei der Dämmung von Rohren, welche heiße Medien transportieren, eingesetzt. Hierbei weisen die Rohrdämmschalen gemäß DE 27 24 147 C3 eine aus einer Metallfolie, insbesondere Aluminiumfolie, bestehenden Kaschierung zur Unterdrückung des Infrarotstrahlungsverlusts auf. Bei Raumtemperatur hat sich diese Maßnahme als nur begrenzt wirksam herausgestellt.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zum Zweck der Verbesserung, d. h. Reduzierung, der Strahlungswärmeleitfähigkeit einem Dämmstoff, insbesondere einem Faserdämmstoff oder einem Schaumdämmstoff, athermane Materialien zuzugeben. Als athermane Materialen werden allgemein solche Materialien bezeichnet, die IR-absorbierende oder IR-reflektierende Eigenschaften besitzen. Übliche Materialien sind Graphit, (Industrie-)Russ, Metallpulver sowie organische Farbstoff oder Pigmente, deren Wirksamkeit in einer elektrisch leitfähigen Oberfläche begründet ist.
Beispielsweise offenbart die EP 1 127 032 B1 ein Wärmeisolierprodukt aus einem künstlichen Fasermaterial, in dem zum Zweck der Reduzierung des Strahlungswärmedurchgangs Graphit homogen verteilt ist. Gemäß der EP 1 127 032 lassen sich, abhängig von Anwendungstemperatur und zugegebener Konzentration des Graphits, Verbesserungen in der Wärmeleitfähigkeit gegenüber graphitfreien Mineralwolleprodukten in einer Größenordnung von 2 bis 4 mW/mK erreichen.
Darüber hinaus gibt es im Stand der Technik eine Reihe von Dokumenten, die sich mit der Metallbeschichtung von Fasern und insbesondere Mineralfasern beschäftigen, welche als elektrisch leitende Füllstoffe einer Polymermasse zugegeben werden, damit beispielsweise ein Gehäuse für ein elektronisches Gerät in der Lage ist, die elektronischen Schaltkreise in seinem Inneren vor unerwünschten elektromagnetischen Feldern zu schützen.
So beschreibt beispielsweise die US 3,148,107 leitfähige Papiere, welche beispielsweise zum elektrostatischen Drucken verwendet werden können oder als Kabelisolierung und Abschirmung eingesetzt werden können. Diese leitfähigen Papiere enthalten neben den Papierfasern zusätzlich metallbeschichtete Glasfasern, insbesondere silberbeschichtete Glasfasern, wobei die Glasfasern zunächst mit 5% SnCl₂-Lösungen aktiviert werden, dann die Fasern zu einer ammoniakalischen Silberlösung gegeben werden und die Silberionen mit Dextrose zu elementarem Silber reduziert werden.
Dokument DE 10 2007 030 861 A1 beschreibt metallbeschichtete, elektrisch leitfähige Glasfasern zum Einbetten in eine Kunststoff- und/oder Gummimatte.
Dort wird eine Silber- bzw. Nickelbeschichtung ohne Detailangaben offenbart, jedoch scheint gemäß diesem Stand der Technik einerseits die Aktivierung mit SnCl₂ zu geschehen und andererseits muss ein definiertes Verhältnis von Faserlänge zu Faserdurchmesser vorliegen.
Darüber hinaus offenbart die deutsche Offenlegungsschrift 1 720 977 vom 18. Juli 1967 eine Polymermasse und ein Verfahren zu deren Herstellung. Dort werden diverse Rezepturen für die Reduktion von Metallionen aus ihren Lösungen, insbesondere Silber, Kupfer und Nickel, mittels Zucker und deren Abscheidungen auf Glasfasern beschrieben. Die Glasfasern werden durch Waschen mit organischen Lösungsmitteln, Chromsäure und Wasser sowie durch SnCl₂ oder PdCl₂ oder TiCl₃ für die Metallisierung vorbereitet.
Die DE 1 720 977 A weist deutlich darauf hin, dass eine gegebenenfalls vorhandene Silanierung der Glasfasern vor der Metallisierung durch Erwärmen der Fasern auf 400 bis 500°C zerstört werden muss.
Keine der genannten Druckschriften offenbart Dämmstoffe auf Mineral- oder Glaserfaserbasis, die diese metallisierten Fasern enthalten.
Vor diesem Hintergrund war es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die ohnehin schon ausgezeichneten Wärmedämmeigenschaften von Mineralwolleprodukten weiter zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
Die metallbeschichteten Mineralfasern gemäß Anspruch 11 lösen die Aufgabe ebenfalls.
Verwendungstechnisch wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 13 gelöst.
Im Hinblick auf ein Dämmstoffprodukt mit verbesserten Eigenschaften wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 16 gelöst.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Metallisieren von Mineralfasern, beispielsweise Glasfasern, wobei die Mineralfasern mit einem N-, P- oder S-funktionalisierten Silan und den für die Metallisierung vorgesehenen Metallionen für eine vorbestimmte Zeit in einem naßchemischen Prozess in Kontakt gebracht werden, um eine erste Metallschicht mit dem den Metallionen entsprechenden Metall auf den Mineralfasern aufzubringen; und Inkubieren der derart vorbeschichteten Mineralfasern mit einer wässrigen Lösung der für die Metallisierung vorgesehenen Metallionen und einem Reduktionsmittel, um die erste Metallschicht zu verstärken.
Durch diese zweistufige Reaktion hat sich überraschend herausgestellt, dass die Mineral- oder Glasfasern äußerst homogen mit dem Metall beschichtet werden.
Ohne hieran gebunden zu sein, scheint mechanistisch gesehen zunächst eine Komplexierung der Metallionen am Stickstoff, Phosphor oder Schwefel des Silans stattzufinden, während das Silan mit seinen übrigen organischen Resten über eine Si-O-Bindung an die Glasoberfläche koppelt. Dieser Komplex wird dann im Laufe der Zeit oder beispielsweise durch Erwärmen zersetzt, wobei sich die Metalle elementar auf der Glasoberfläche abscheiden bzw. als Mischoxid fixiert werden.
Diese offensichtlich noch sehr dünne und lückenhafte Metallschicht scheint eine katalytische Wirkung auf die weitere Abscheidung von Metall beim Inkubieren der vorbeschichteten Glasfasern oder Mineralfasern mit einer wässrigen Lösung und einem Reduktionsmittel zu haben, so dass sich eine homogene dickere Metallschicht ausbildet, welche die erste Metallschicht verstärkt und so zu sehr guten IR-strahlungsreflektierenden Eigenschaften führt.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „N-, P- oder S-funktionalisiertes Silan” ein Silan oder Alkoxysilan verstanden, welches intramolekular und/oder endständig eine funktionelle Gruppe trägt, die N, P oder S enthält. Im Falle intramolekularer funktioneller Gruppen kann dies für N eine NH-Gruppe oder eine C1 bis C10-N-Alkyl-Gruppe sein, für P kann dies eine PH- oder PR-Gruppe sein, wobei R ein C1 bis C10 Alkylrest ist, und für S kann dies eine Thioethergruppe sein.
Als endständige funktionelle Gruppen des in Rede stehenden Silans kommt für N eine NH₂-Gruppe, eine NHR-Gruppe oder eine NR₂-Gruppe in Betracht. Für P kommt die PR₂-Gruppe und für S die SH- oder SR-Gruppe in Betracht, wobei jeweils wobei R ein C1 bis C10 Alkylrest ist.
Die stickstoffhaltigen Silane werden vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 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)propyltrimethoxysilan; (MeO)₃-Si-(CH₂)₃-NH-(CH₂)₃-Si-(OMe)₃; 3-Aminopropylsilantriol; Aminosilane mit ethoxyliertem Nonylphenolat; Phenyl-CH₂-NH-(CH₂)₃-NH-(CH₂)₃-Si-(OMe)₃·HCl; entsprechenden Silanen mit P- und/oder S-Funktionalität, insbesondere solchen, bei denen wenigstens eine intramolekulare NH-Gruppe ersetzt ist durch PH oder PR, wobei R ein C1 bis C10 Alkylrest ist, oder S; entsprechenden Silanen, bei denen wenigstens eine NH₂-Gruppe ersetzt ist durch PR₂, SH oder SR, wobei R ein C1 bis C10 Alkylrest ist; sowie deren Mischungen.
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass mit 3-Aminopropyltriethoxysilan eine wunschgemäße erste Metallisierung stattfindet, wobei 3-Aminopropyltriethoxysilan den Vorteil hat, dass es kommerziell zu günstigem Preis erhältlich ist.
Die Metallbeschichtung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann durchgeführt werden mit Metallen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Ag, Ni, Cu, Pd, Pt, Au, Cr, Fe, Mn, Zr und Ti, wobei eine Silberbeschichtung als Metallbeschichtung bevorzugt ist, weil diese leicht zu erzielen ist und Silbersalze neben Nickel-, Kupfer- und Chromsalzen relativ günstig sind.
Als wässrige Lösungen von Metallsalzen zum Inkubieren der bereits vorbeschichteten Mineralfasern mit einer wässrigen Lösung der für die Metallisierung vorgesehenen Metallionen und einem Reduktionsmittel, um die erste Metallschicht zu verstärken, dienen insbesondere solche Metallsalze, welche ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus: AgNO₃, Ag₂SO₄, NiCl₂, Ni(NO₃)₂, PdCl₂, PtCl₄, AuCl₃ {Au₂Cl₆}, CrCl₃, FeCl₃, MnCl₂, ZrOCl₂, TiCl₄.
Ferner ist es bevorzugt, Glasfasern als Mineralfasern einzusetzen, welche dann erfindungsgemäß mit einer Metallschicht versehen werden.
Als Reduktionsmittel, insbesondere zur Abscheidung der Edelmetalle im zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, kommen Zucker, insbesondere Saccharose, und Glucose, sowie Aldehyde, insbesondere Formaldehyd, in Betracht, wobei eine wässrige Saccharoselösung (Sucroselösung) als Reduktionsmittel bevorzugt eingesetzt wird. Alternativ kann das metallisierte Fasermaterial im Gasstrom reduziert werden. In diesem Fall kommen als Reduktionsmittel bevorzugt CH₄, H₂ oder CO in Betracht.
Die erfindungsgemäßen metallbeschichteten Mineralfasern enthalten für den Fall, dass sie mit einer Silberbeschichtung versehen sind, vorzugsweise zwischen 200 und 1000 mg Ag/kg Faser, bevorzugt 800 bis 900 mg Ag/kg Faser.
Eine bevorzugte Verwendung der metallbeschichteten Mineralfasern gemäß der vorliegenden Erfindung liegt in der Herstellung von Dämmstoffprodukten mit einem verbesserten Wärmedämmvermögen. Der besondere Vorteil der Dämmstoffprodukte liegt darin, dass sie aufgrund der athermanen Eigenschaften der metallbeschichteten Mineralfasern eine Wärmeleitfähigkeit entsprechend einer Wärmeleitfähigkeitsklasse kleiner oder gleich 031, bevorzugt kleiner oder gleich 030 entsprechend DIN 18165 aufweisen.
Es ist prinzipiell möglich, Dämmstoffprodukte auf Faserbasis nur aus metallisierten Mineralfasern herzustellen. Da jedoch die Verbesserung des Wärmedämmvermögens mit steigendem Anteil der metallbeschichteten Mineralfasern asymptotisch gegen einen Grenzwert tendiert, ist ein solches Produkt nicht wirtschaftlich darstellbar.
Bevorzugt beträgt der Anteil der erfindungsgemäßen metallbeschichteten Mineralfasern an der Gesamtmasse eines Dämmstoffprodukts auf Basis von unbeschichteten Mineralfasern 0,5 bis 8 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 5% Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 2 bis 4%.
Die metallbeschichteten Mineralfasern können über das Bindemittel im Anschluss an den eigentlichen Zerfaserungsvorgang im Fallschacht eingebracht werden. Alternativ ist es auch möglich, die metallbeschichteten Mineralfasern über eine separate Zugabeeinrichtung direkt dort einzugeben und hierdurch eine homogene Verteilung im Produkt zu erhalten.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aufgrund der Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Herstellung von Mineralfasern geeigneter Größe
Mineralwolle wird nach einem der eingangs dargestellten Verfahren hergestellt, jedoch nach dem Passieren der Zerfaserungseinheit nur mit Wasser abgeschreckt. Das bindemittelfreie Rohvlies wird zunächst getrocknet. Eine Trocknung ist nicht zwingend notwendig, trägt aber zur Wirtschaftlichkeit des Verfahrens bei. Das so behandelte Rohvlies wird mittels einer Walze zerdrückt und mittels Schneidmühle die aus dem Verwendungszweck vorgegebene gewünschte Faserlänge eingestellt. Für das naßchemische Beschichtungsverfahren an sich spielt die Geometrie der zu beschichtenden Fasern keine Rolle. Die benötigte Menge des Beschichtungsmaterials lässt sich über die Bestimmung der realen Oberfläche ermitteln oder über die Messung des mittleren Faserdurchmessers bei Annahme einer mittleren Faserlänge abschätzen.
Naßchemisches Verfahren
Die hier beschriebenen Metallisierungen stellen nur eine sehr kleine Auswahl der über diesen Weg möglichen Beschichtungen dar und sind daher nur als Beispiele zu sehen. Gezeigt werden hier ausgewählte Wege im Labormaßstab. Eine Übertragung auf technische Größenordnungen ist problemlos möglich.
Vorbehandlung der Glasfasern
In einer Destillationsapparatur von 21 Fassungsvermögen werden 1000 ml Toluol und 50 g Fasern vorgelegt. Zunächst wird zum Sieden erhitzt und etwa 100 ml des Lösungsmittels abdestilliert. Zu der trockengeschleppten Mischung werden 5,25 g = 25 mmol 3-Aminopropyltriethoxysilan zugegeben und langsam bis zum Erreichen der Siedetemperatur des reinen Toluols am Kolonnenkopf weiter destilliert. Nach vollendeter Umsetzung lässt man abkühlen.
Abgesehen von reaktiv funktionalisierten Silanen, etwa Acryl- oder Methacrylsilanen, lassen sich die meisten Verbindungen dieses Typs in dieser Weise umsetzen.
Behandlung der Mischung für die direkte Komplexbildung
Die abgekühlte Mischung aus Toluol und Glasfasern wird abfiltriert, der Filterrückstand mit wenig Toluol gewaschen und trocken gesaugt. Das Filtrat kann für weitere Umsetzungen von Glas mit einem Silan verwendet werden. Die abfiltrierten Glasfasern werden bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.
Umsetzung mit wässrigen Salzlösungen des Silbers
10 g des silanisierten Faserpulvers werden in 120 ml entsalztes Wasser eingerührt und unter Lichtausschluß 10 ml 0,1 M Silbernitratlöung zugegeben. Anschließend wird 10 Minuten gerührt, danach abgesaugt und mit wenig Wasser gewaschen. Das Silber wird anschließend durch thermische Zersetzung des Komplexes bei 100–300°C fixiert. Zur Überprüfung der an den Fasern enthaltenen Menge Silber wird 1 g des Materials mit rauchender Salpetersäure behandelt und die Lösung nach Filtrieren und Verdünnen auf Normvolumen mittels AAS auf den Metallgehalt untersucht. Im Fall der Silberlösung wurden 810 mg/kg gefunden.
Der Erfolg der Umsetzung ist auf einfache Weise im Handversuch zu überprüfen, in dem das entsprechend beschichtete Fasermaterial in einer verdünnten Ascorbinsäurelösung erwärmt wird. Das teilweise oxidisch vorliegende Metall auf der Oberfläche wird reduziert, was sich an einer Farbvertiefung gut erkennen lässt. Zur Überprüfung der Schichthomogenität kann auch mehrere Stunden bei 400°C in Luft getempert werden. Im Gegensatz zum gediegenen Metall wird die Metallschicht quantitativ in das gut sichtbare gelbbraune Oxid überführt.
Umsetzung mit wässrigen Kupfersalzlösungen
In 120 ml entsalztes Wasser werden 250 mg CuSO4·5H2O gelöst und 10 g des silanisierten Faserpulvers eingerührt. Nach 10 Minuten wird abgesaugt, mit wenig Wasser gewaschen und getrocknet. Anschließend wird das Kupfer durch Tempern bei 100–300°C unter Zersetzung des Komplexes fixiert. Der Metallgehalt wurde analog der Silberlösung bestimmt und betrug in diesem Falle 2720 mg/kg.
Umsetzung mit Salzen des Goldes und Platins
Die entsprechenden Salzlösungen stellt man sich zweckmäßig durch Auflösen des jeweiligen Metalls in Königswasser (Aqua regis) frisch her, im Fall des Goldes 197 mg, im Fall des Platins 195 mg in einem Milliliter Königswasser. Anschließend verdünnt man auf etwa 10 ml und stumpft vorsichtig mit Natronlauge ab. Die jeweilige Lösung wird mit 10 g des silanisierten Faserpulvers in 110 ml Wasser umgesetzt. Die Aufarbeitung erfolgt analog der vorherigen Metalle. Die Überprüfung des Metallgehaltes erfolgte durch Auflösen in Königswasser und ergab 710 mg/kg für Gold und 845 mg/kg für Platin.
Die Effektivität des Verfahrens lässt sich natürlich durch Verwendung von weniger verdünnten Lösungen steigern, so dass man in Richtung einer vollständigen Beladung gelangt. Es versteht sich dann allerdings von selbst, dass ungebrauchte Lösungen und Waschfiltrate im Kreislauf geführt werden.
Verstärken der Metallschicht
Zu diesem Zwecke werden die jeweiligen Fasern nach dem Fixieren des Metalls in 100 ml einer 0,1 M Ammoniaklösung für etwa 10 Minuten gerührt, scharf abgesaugt, aber nicht getrocknet. Anschließend wird in der jeweiligen Metallsalzlösung ausgerührt und analog der vorherigen Schritte verfahren. Im Fall von unedlen Metallen ist dieser Schritt notwenig bevor reduziert wird, da die einfachen Schichten pyrophor sind. Über diesen einfachen Verfahrenschritt lassen sich auch intermetallische Beschichtungen darstellen.
Eine weitere Möglichkeit besteht dadurch, in dem man von Faserpulvern mit reduziertem Metall ausgeht und diese in bekannter Weise mit einem reduzierbaren Metallsalz und einem entsprechendem Reduktionsmittel, etwa einer Glucoselösung oder einem Aldehyd, kocht. Zur Vermeidung von aus der Lösung ausgeschiedenem Metall muß aber von verdünnten Lösungen ausgegangen oder die Zugabeschritte getrennt werden.
Reduktion zum Metall
Im Fall von Edelmetallen ist es nach dem Fixieren des Metalls problemlos möglich ein naßchemisches Verfahren anzuschließen. Zu diesem Zweck kocht man das entsprechende Faserpulver in wässrigen Lösungen von Zucker oder Formaldehyd. Im Zuge der Untersuchungen hat es sich jedoch als weitaus einfacher herausgestellt das Metall im Gasstrom in seine elementare Form zu überführen. Dazu wird das jeweilige Faserpulver in ein Quarzglasrohr überführt, der Sauerstoff bei Raumtemperatur aus der Apparatur verdrängt und nun schrittweise im Gasstrom auf 400°C erwärmt. Als reduktiv wirkende Gase sind für die Edelmetalle Wasserstoff, Kohlenmonoxid und besonders Methan (trockenes Erdgas) geeignet. Es ist allerdings zu beachten, dass Platinmetalle Hydridphasen bilden und Kohlenmonoxid für Eisenmetalle/Chrom ungeeignet ist.
Modifikation der Stickstoff-Funktion durch Umsetzung mit Verbindungen des Phosphors und Schwefels
Zur Umsetzung der Stickstoff-Funktion des Silans kann die eingangs beschriebene Dispersion in Toluol nach Abdestillieren des Alkohols verwendet werden. Man arbeitet in diesem Fall nicht auf, sondern setzt eine Halogenalkylheteroverbindung in äquimolarer Mengen zu Silan zu der Dispersion. Beispielsweise ist es möglich durch Zusatz von Diethylchlormethylphosphonat (CAS 3167-63-3) eine Funktionalisierung mit Phosphor oder durch Zusatz von 2-Chlorethylethylsulfid (CAS 693-02-2) eine Funktionalisierung mit Schwefel zu erreichen. Da nicht wie sonst üblich mit einer Abfangbase gearbeitet werden kann, dient wiederum das Toluol als Schleppmittel für den freigesetzten Chlorwasserstoff. Das Ende der Umsetzung kann dadurch ermittelt werden, dass man einige Tropfen Destillat mit einer wässrigen Indikatorlösung ausschüttelt. Analog ist es mit dieser Methode möglich die Stickstoff-Funktion in das Amid durch Zusatz des jeweiligen Karbonsäureanhydrids oder in das Imin durch Zusatz des entsprechenden Aldehyds/Ketons zu überführen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2724147 C3 [0010]
EP 1127032 B1 [0012]
EP 1127032 [0012]
US 3148107 [0014]
DE 102007030861 A1 [0015]
DE 1720977 A [0017, 0018]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A11, Fibers, 5. Synthetic Inorganic [0003]
DIN 18165 [0008]
DIN 18165 [0038]

Claims

Verfahren zum Metallisieren von Mineralfasern, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralfasern a) mit einem N-, P- oder S-funktionalisierten Silan und den für die Metallisierung vorgesehenen Metallionen für eine vorbestimmte Zeit in Kontakt gebracht werden, um eine erste Metallschicht mit dem den Metallionen entsprechenden Metall auf die Mineralfasern aufzubringen; und b) Inkubieren der gemäß Schritt a) vorbeschichteten Mineralfasern mit einer wässrigen Lösung der für die Metallisierung vorgesehenen Metallionen und einem Reduktionsmittel, um die erste Metallschicht zu verstärken.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Silan ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus: 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)propyltrimethoxysilan; (MeO)₃-Si-(CH₂)₃-NH-(CH₂)₃-Si-(OMe)₃; 3-Aminopropylsilantriol; Aminosilane mit ethoxyliertem Nonylphenolat; Phenyl-CH₂-NH-(CH₂)₃-NH-(CH₂)₃-Si-(OMe)₃·HCl; entsprechenden Silanen mit P- und/oder S-Funktionalität, insbesondere solchen, bei denen wenigstens eine intramolekulare NH-Gruppe ersetzt ist durch PH, PR, wobei R ein C1 bis C10 Alkylrest ist, oder S; entsprechenden Silanen, bei denen wenigstens eine NH₂-Gruppe ersetzt ist durch PR₂, SH oder SR, wobei R ein C1 bis C10 Alkylrest ist; sowie deren Mischungen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Silan 3-Aminopropyltriethoxysilan einsetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Beschichtungen mit: Ag, Ni, Cu, Pd, Pt, Au, Cr, Fe, Mn, Zr und Ti.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Silberbeschichtung als Metallbeschichtung einsetzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man für Schritt a) und/oder b) die wässrige Lösungen von Metallsalzen einsetzt, welche ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus: AgNO₃, Ag₂SO₄, NiCl₂, Ni(NO₃)₂, PdCl₂, PtCl₄, AuCl₃ {Au₂Cl₆}, CrCl₃, FeCl₃, MnCl₂, ZrOCl₂, TiCl₄.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man Glasfasern als Mineralfasern einsetzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus: Zuckern, insbesondere Saccharose, Glucose; Aldehyden, insbesondere Formaldehyd; Ascorbinsäure und Phenolen; reduzierende Gase, insbesondere CH₄, H₂ und CO.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man eine wässrige Saccharose-(Sucrose)Lösung als Reduktionsmittel einsetzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man Dämmstoffprodukte aus den metallisierten Mineralfasern herstellt.
Metallbeschichtete Mineralfasern, erhalten gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Metallbeschichtete Mineralfasern, insbesondere Glasfasern, nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Silberbeschichtung versehen sind, wobei sie vorzugsweise 200 bis 1000 mg Ag/kg Faser, bevorzugt 800 bis 900 mg Ag/kg Faser, enthalten.
Verwendung von metallbeschichteten Mineralfasern, insbesondere Glasfasern, nach einem der Ansprüche 11 oder 12 zur Herstellung von Dämmstoffprodukten.
Verwendung nach Anspruch 13, wobei die Dämmstoffprodukte aus metallbeschichteten Mineralfasern eine Wärmeleitfähigkeitsklasse kleiner oder gleich 031, bevorzugt kleiner oder gleich 030 entsprechend DIN 18165 aufweisen.
Verwendung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämmstoffprodukte einen Anteil an metallbeschichteten Mineralfasern gemäß Anspruch 11 enthalten, wobei der Anteil bezogen auf die Gesamtmasse der Dämmstoffprodukte auf Basis von nicht metallbeschichteten Mineralfasern 0,5 bis 8 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 5% Gew.-% und besonders bevorzugt 2 bis 4% beträgt.
Dämmstoffprodukt auf Mineralwollebasis, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Anteil an metallbeschichteten Mineralfasern gemäß Anspruch 11 enthält, wobei der Anteil bezogen auf die Gesamtmasse des Dämmstoffprodukts auf Basis von nicht metallbeschichteten Mineralfasern 0,5 bis 8 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 5% Gew.-% und besonders bevorzugt 2 bis 4% beträgt.