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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochgefüllten, vorzugsweise nassgelegten, Vliesen, insbesondere Glasfaservliesen, die einen sehr geringen Binderanteil aufweisen, sowie die nach diesem Verfahren hergestellten Glasfaservliese und deren Verwendung
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Die Herstellung von Vliesen, insbesondere von nassgelegten Vliesen, ist seit mehr als 50 Jahren bekannt und bedient sich der ursprünglich für die Papierherstellung entwickelten Verfahren und Vorrichtungen.
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Zur Herstellung von nassgelegten, beispielsweisen Glasfaservliesen werden die Glasfasern in einem sogenannten Pulper in Wasser dispergiert, wobei der Anteil an Glasfasern ca. 0,1–1 Gew.-% beträgt. Hierbei muss darauf geachtet werden, dass die Glasfasern während der Dispergierung so wenig wie möglich geschädigt werden, d. h. im Wesentlichen keine Faserbrüche auftreten. Die dispergierten Glasfasern werden in einem oder mehreren Vorratsgefäßen zwischengelagert. Der Austrag erfolgt über den Stoffauslauf, wobei die Konzentration an Glasfasern um einen Faktor 10 bis 20 verringert wird. Der Austrag erfolgt auf ein umlaufendes Maschinensieb, durch welches das Wasser abgesaugt und das nassgelegte Glasfaservlies gebildet wird. Das abgesaugte Wasser wird dem Prozess wieder zugeführt, d. h. recycliert.
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Anschließend wird auf das frisch gebildete Glasfaservlies ein Binder aufgebracht, welcher nach Trocknung bzw. Härtung eine Verfestigung des Glasfaservlieses bewirkt, so dass dieses aufgerollt bzw. weiterverarbeitet werden kann.
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In Abhängigkeit von dem Anwendungsgebiet werden die Glasfasermaterialien, Glasfaserlängen und Glasfaserdurchmesser, sowie die Flächengewichte und der Binderauftrag eingestellt. Insbesondere bei der Herstellung von nassgelegten Glasfaservliesen mit geringem Binderanteil treten Probleme, beispielsweise durch Abriss, auf.
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Glasfaservliese eignen sich u. a. zur Herstellung von flächiger Rollenware oder Bogenware, insbesondere in Verbindung mit sogenannten B-stage fähigen Bindern, die schon seit einigen Jahre bekannt sind. Diese werden u. a. in der Herstellung von dekorativen Verbundwerkstoffen eingesetzt.
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Darüber hinaus sind auch Vliesstoffe, insbesondere Glasvliesstoffe für die Imprägnierung mit B-stage Harzen bereits bekannt, wobei mineralische Füllstoffe im B-stage Binderharz vorliegen können. Derartige Materialien eignen sich zur Herstellung von feuerfesten Laminaten, wie beispielsweise in
EP2431173A1 beschrieben.
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Des Weiteren sind auch Vliesstoffe mit mineralischen Füllstoffen für Gipsplattenverstärkungen oder sogenannte Malervliese mit mineralischen Beschichtungen, die nach Installation an der Wand nochmals einen Anstrich erfordern, bekannt.
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Zur Verwendung der vorstehend genannten Materialien zur Herstellung von dekorativen Werkstoffen wie z. B. CPL oder HPL, die in Schiffen, Eisenbahnen oder insbesondere in öffentlichen und/oder gewerblichen Gebäuden Verwendung finden, müssen hinsichtlich der Gefahren, die durch Brände hervorgerufen werden können, immer sicherer werden. Die gesteigerten Brandschutzanforderungen sind durch sich stetig verschärfende gesetzliche Bestimmungen der Fachwelt bekannt. Diese erhöhten Anforderungen schließen zunehmend auch einzelne Bestandteile von Innenausbauten, wie beispielsweise Laminate für Möbel, Gebäudeelemente, mit ein. Derartige dekorative Elemente sind, für sich alleine genommen, zum Teil als nicht sicher hinsichtlich der Brandschutzanforderungen einzustufen oder aber nur mit hohem Aufwand brandschutzgeeignet herzustellen. Zum Beispiel werden bei papierbasierenden Laminaten hohe Anteile an Flammschutzmittel beigeben, um brennbares Papier schwer-entflammbar oder unbrennbar zu machen. Durch die Verwendung von Glasvliesen als Träger von solchen dekorativen Werkstoffen sind die Brandschutzanforderungen zumeist leichter zu befriedigen. Allerdings macht ein hoher Binderanteil im Vlies den Vorteil anorganischer Vliesstoffe häufig zunichte.
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Eine der wichtigsten Eigenschaften von HPL (High Pressure Laminate) Platten in der Bauindustrie ist Ihr Brandverhalten. Das Brandverhalten wird in Europa nach EN 13501 getestet, A1 und A2 Klassifizierung als nicht brennbare Materialien werden zusätzlich nach ISO 1716 getestet, wobei hier u. a. der Brennwert des Materials ≤ 3 MJ/kg sein muss. Aktuelle schwer brennbare HPL bestehen aus mit flammgeschützten Kunstharzen imprägnierten (eventuell auch flammgeschützten) Papieren, welche bei hohen Drucken und Temperaturen um 150°C in Etagenpressen zu in sich homogenen monolithischen Plattenkörpern verpresst werden.
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Die Klassifizierung dieser Werkstoffe erfolgt wie obengenannt nach EN 13501, wobei die bestenfalls erreichbare Klasse B1 (schwer entflammbar) erreicht wird. Aufgrund der Verwendung von Cellulose als Trägermaterial und Kunstharzen als Bindemittel im HPL ist eine Brandklasse A nach ISO 1716 mit dem Stand der Technik entsprechenden herkömmlichen schwer brennbaren HPL nicht erreichbar.
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Faserzementplatten wie sie aktuell von mehreren Produzenten weltweit hergestellt werden können als A2-Werkstoff (nach ISO 1716) dargestellt werden, weisen aber sehr geringe mechanische Festigkeiten auf und finden auch aufgrund ihrer niedrigen Oberflächengüte nur in trivialen dekorativen Aufgaben Anwendung.
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Die Patentanmeldung
WO 2006/111458 A1 beschreibt eine Laminat Platte sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben, wobei diese einen Brennwert ≤ 3 MJ/kg, getestet nach
ISO 1716, aufweist.
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Insbesondere Glasvliese verfügen über Kalorimeter Werte von weniger als 6000 J/kg gegenüber Papier mit > 10.000 J/kg und weisen somit von sich aus eine entsprechende Brandfestigkeit auf. Dadurch ist es möglich, feuerfeste Laminate für Fassaden, Wand-, Boden- oder Deckenbeläge oder Möbel auf sehr einfache und sichere Weise herzustellen.
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Glasvliese, die für eine Ausrüstung mit B-stage Binder geeignet sind, weisen jedoch im Endprodukt einen hohen Anteil an organischen Bestandteilen auf. Bei mehrlagigen Laminaten entstehen zudem bei vergleichbarer Dicke auf Grund der höheren Anzahl von Glasvlieslagen höhere Kosten.
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Somit bestand eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, Vliesstoffe zur Verfügung zu stellen, die einerseits als Träger für dekorative Elemente geeignet sind, die mit einem B-stage Binder nachträglich ausgerüstet bzw. beschichtet werden können, wobei nur ein geringer Anteil eines B-stage Binders erforderlich ist, um so den maximalen Kalorimeter-Wert nicht zu überschreiten. Gleichzeitig bestand die Aufgabe, durch eine reduzierte Anzahl von Vlieslagen kostengünstige Mehrschichtaufbauten in Laminaten zu ermöglichen. Weiterhin müssen diese Werkstoffe geeignet sein, hohe mechanische Belastungen auch in feuchter Umgebung standhalten zu können, um für Außenanwendungen, wie zum Beispiel für Fassadenelemente, geeignet zu sein. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vliesstoffe aus anorganischen Fasern kann für die Laminate die Brandklasse A2 mit einem Energiewert von ≤ 3 MJ/kg erreicht werden und gleichzeitig mit den anwendungstechnisch vorteilhaften Eigenschaften von Vliesstoffe aus anorganischen Fasern, insbesondere Glasvliesstoffe, mit B-Stage Bindern kombiniert werden. Die erfindungsgemäß hergestellten hochgefüllten Vliesstoffe können unter bestimmten Umständen mit einem Energiewert von ≤ 2,0 MJ/kg sogar die Brandklasse A1 erreichen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Vliesen umfassend die Maßnahmen:
- (i) Dispergieren von Fasern in einem flüssigen oder gasförmigen Medium,
- (ii) Auftragen der im Medium dispergierten Fasern auf die Oberseite eines umlaufenden Maschinensiebes,
- (iii) Bildung eines Vlieses durch Absaugen der Mediums in welchem die Fasern dispergiert waren von der Unterseite des umlaufenden Maschinensiebs,
- (iv) gegebenenfalls Aufbringen eines Vor-Binders und ggf. Entfernen von überschüssigen Vor-Binder sowie Trocknung des mit Vor-Binder beaufschlagten Vlieses,
- (v) Aufbringen eines Binders und ggf. Entfernen von überschüssigen Binder, wobei der Binder eine andere Zusammensetzung als der zuvor in Maßnahme (iv) optional eingesetzte Vor-Binder aufweisen kann, und Trocknung des mit Binder beaufschlagten Vlieses,
- (vi) Aufrollen der erhaltenen Warenbahn,
dadurch gekennzeichnet, dass
- (vii) der Binder in Maßnahme (v) ein Bindersystem (Bindersystem I) ist, welches mindestens einen organischen Binder und mindestens einen anorganischen Füllstoff aufweist, und
- (ix) die Auftragsmenge des Bindersystem I in Maßnahme (v) zwischen 30 und 90 Gew.-%, bevorzugt zwischen 35 und 75 Gew.-% beträgt, wobei sich die Angabe auf das Gesamtgewicht des Vlieses nach vollständiger Trocknung bezieht, und
- (x) der Anteil an organischen Binder(n) im Bindersystem I gemäß (vii) zwischen 2 und 20 Gew.-%, bevorzugt zwischen 5 und 16 Gew.-% beträgt, wobei sich die Angabe auf das Bindersystem I nach vollständiger Trocknung bezieht,
- (xi) der Anteil an anorganischen Füllstoff(en) im Bindersystem I gemäß (vii) zwischen 98 und 80 Gew.-%, bevorzugt zwischen 95 und 84 Gew.-% beträgt, wobei sich die Angabe auf das Bindersystem I nach vollständiger Trocknung bezieht.
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Die Summe der Anteile an organischen Binder(n) und an anorganischen Füllstoff(en) im Bindersystem I ergibt üblicherweise 100%; die üblicherweise verwendeten Zusätze wie Entschäumer, Dispergiermittel, Wasserretentionsmittel (z. B. Zellulose) etc. sind hierin nicht enthalten und können in Mengen zwischen 0–5 Gew.-%, wobei sich die Angabe auf das Vor-Bindersystem bzw. Bindersystem I nach vollständiger Trocknung bezieht, anwesend sein.
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Die Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten, bevorzugt nassgelegten, hochgefüllten Vliese besitzen eine gute mechanische Festigkeit bei gleichzeitig geringem Binderanteil und sind insbesondere zur Herstellung von B-stagefähigen Vliese geeignet, die Ihrerseits zur Herstellung von Verbundwerkstoffen, insbesondere Verbundwerkstoffe mit niedriger Brandlast eingesetzt werden können. Dabei kann die nachfolgende Imprägnierung bzw. Beschichtung des erfindungsgemäßen Vlieses vorteilhaft mit Standardimprägnierprozessen erfolgen.
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Die Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten, bevorzugt nassgelegten, hochgefüllten Vliese sind somit wertvolle Zwischenprodukte in der Herstellung von B-stagefähigen Vliesen.
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Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein nass oder trockengelegtes Vlies aus anorganischen Fasern, insbesondere aus Glasfasern, welches mit einem Bindersystem (Bindersystem I), welches mindestens einen organischen Binder und mindestens einen anorganischen Füllstoff aufweist, verfestigt ist wobei:
- (i) die Auftragsmenge des Bindersystem I zwischen 30 und 90 Gew.-%, bevorzugt zwischen 35 und 75 Gew.-% beträgt, wobei sich die Angabe auf das Gesamtgewicht des Vlieses nach vollständiger Trocknung bezieht, und
- (ii) der Anteil an organischen Binder(n) im Bindersystem I zwischen 2 und 20 Gew.-%, bevorzugt zwischen 5 und 16 Gew.-% beträgt, wobei sich die Angabe auf das Bindersystem I nach vollständiger Trocknung bezieht,
- (iii) der Anteil an anorganischen Füllstoff(en) im Bindersystem I zwischen 98 und 80 Gew.-%, bevorzugt zwischen 95 und 84 Gew.-% beträgt, wobei sich die Angabe auf das Bindersystem I nach vollständiger Trocknung bezieht, und
- (iv) das mit dem Bindersystem I verfestigte Vlies (nach vollständiger Trocknung des Bindersystem I) eine Porosität nach Gurley (Basis 100 ml) von höchstens 200 sec, bevorzugt von weniger als 100 sec, besitzt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung von nassgelegten oder trockengelegten Vliesen gleichermaßen geeignet. Insofern es sich um nassgelegte Vliese handelt wird als flüssiges Medium üblicherweise Wasser eingesetzt, bei trockengelegten Vliesen wird als gasförmiges Medium üblicherweise Luft eingesetzt. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von nassgelegten Vliesen betrieben.
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Fasern
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Bei den in Maßnahme (i) eingesetzten Fasern handelt es sich um diskontinuierliche Fasern, d. h. sogenannte Stapel- bzw. Schnittfasern. Bei den faserbildenden Materialien handelt es sich vorzugsweise anorganische Fasern, insbesondere um keramische Fasern, Mineralfasern oder Glasfasern, wobei diese auch in Form von Gemischen verwendet werden können.
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Bei Mineral- und keramischen Fasern handelt es sich um Alumosilikat-, Keramik-, Dolomit-Wollastonitfasern oder aus Fasern von Vulkaniten, vorzugsweise Basalt-, Diabas- und/oder Melaphyrfasern, insbesondere Basaltfasern. Diabase und Melaphyre werden zusammengefasst als Paläobasalte bezeichnet und Diabas wird auch gerne als Grünstein bezeichnet.
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Geeignete Glasfasern umfassen jene, die aus A-Glas, E-Glas, S-Glas, C-Glas, T-Glas oder R-Glas hergestellt wurden.
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Die durchschnittliche Länge der Mineralfasern oder Glasfasern beträgt zwischen 5 und 120 mm, vorzugsweise 6 bis 30 mm, besonders bevorzugt zwischen 10 und 26 mm. Der durchschnittliche Faserdurchmesser der Mineralfasern oder Glasfasern beträgt zwischen 5 und 30 μm, vorzugsweise zwischen 6 und 22 μm, besonders bevorzugt zwischen 10 und 18 μm.
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Neben den vorstehend genannten Durchmessern können auch sogenannte Glas-Mikrofasern Verwendung finden. Der bevorzugte durchschnittliche Durchmesser der Glasmikrofasern ist hierbei zwischen 0,1 und 5 μm.
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Faser Dispersion
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Neben nach Trockenverfahren hergestellten Vliesen werden die Vliese bevorzugt mittels Nasslegeverfahren hergestellt. Die für die Nasslegeverfahren erforderlichen Maßnahmen zur Dispersion der in Schritt (i) eingesetzten Fasern sind dem Fachmann bekannt. Die genauen Prozessbedingungen sind abhängig von den Fasermaterialien und den gewünschten Flächengewichten des zu bildenden Vlieses.
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Die im Folgenden beschriebenen Prozesse beziehen sich beispielhaft auf die Herstellung von Glasfaservliesen, jedoch sind die entsprechenden Prozessschritte auch bei anderen Fasermaterialien, insbesondere bei anorganischen Fasern, ähnlich und dem Fachmann bekannt.
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Grundsätzlich werden die Fasern in einem sogenannten Pulper in Wasser dispergiert, wobei im Falle von Glasfasern der Anteil der Glasfasern ca. 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-% beträgt.
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Die dispergierten Glasfasern werden üblicherweise in einem oder mehreren Vorratsgefäßen zwischengelagert, wobei Ablagerung der Glasfasern verhindert werden muss. Auch diese Maßnahme ist dem Fachmann bekannt
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Der Austrag der Glasfaser/Wasser Dispersion bzw. der Auftrag gemäß Maßnahme (ii) erfolgt über den Stoffauslauf, wobei die Konzentration an Glasfasern um einen Faktor 10–20 verringert wird. Auch diese Maßnahme ist dem Fachmann bekannt.
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Dem zur Herstellung der Glasfaser/Wasser Dispersion eingesetzten Wasser können weitere Hilfsstoffe zugesetzt werden. Hierbei handelt es sich üblicherweise um Verdicker und Tenside. Auch diese Maßnahme ist dem Fachmann bekannt.
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Der Austrag der Faser/Wasser Dispersion erfolgt auf ein umlaufendes Maschinensieb, durch welches das Wasser abgesaugt und das nassgelegte Faservlies gebildet wird (Maßnahme (iii)). Das abgesaugte Wasser wird dem Prozess wieder zugeführt, d. h. recycliert. Zur Herstellung des nassgelegten Glasvlieses werden bekannte Vorrichtungen verwendet, beispielsweise der im Markt bekannte Voith Hydroformer® oder der Sandy Hill Deltaformer®.
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Das Flächengewicht des gebildeten Vlies aus anorganischen Fasern, insbesondere des gebildeten Glasfaservlieses, beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 350 g/m2, insbesondere zwischen 50 und 300 g/m2, wobei sich diesen Angaben auf ein Glasvlies ohne Binder und Füllstoffe (jedoch gegebenenfalls mit Vor-Binder) und ohne Berücksichtigung der Restfeuchte, d. h. nach Trocknung bezieht.
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Binder
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In Maßnahme (v) wird auf das frisch gebildete, vorzugsweise nassgelegte Vlies aus anorganischen Fasern, insbesondere auf das frisch gebildete, nassgelegte Glasvlies, welches sich noch auf dem umlaufenden Maschinensieb befindet, ein Bindersystem (Bindersystem I) aufgebracht, welches mindestens einen organischen Binder und mindestens einen anorganischen Füllstoff aufweist.
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Der Anteil an organischen Binder(n) im Bindersystem I beträgt zwischen 2 und 20 Gew.-%, bevorzugt zwischen 5 und 16 Gew.-%, wobei sich die Angabe auf das Bindersystem nach vollständiger Trocknung bezieht, und der Anteil an anorganischen Füllstoff(en) im Bindersystem I beträgt zwischen 98 und 80 Gew.-%, bevorzugt zwischen 95 und 84 Gew.-% beträgt, wobei sich die Angabe auf das Bindersystem nach vollständiger Trocknung bezieht.
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Die gesamte Auftragsmenge des Bindersystem I (Binder und Füllstoffe) in Maßnahme (v) beträgt zwischen 30 und 90 Gew.-%, bevorzugt zwischen 35 und 75 Gew.-% beträgt, wobei sich die Angabe auf das Gesamtgewicht des Vlieses nach vollständiger Trocknung bezieht. Überschüssiger Binder kann über das Maschinensieb abgesaugt werden, so dass das Bindersystem gleichmäßig verteilt vorliegt.
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Die organischen Binder(n) im Bindersystem I unterliegen grundsätzlich keiner Beschränkung, so dass alle in der Vliesherstellung bekannten organischen Binder eingesetzt werden können. Bei den organischen Bindern handelt es sich um chemische Binder, vorzugsweise auf Basis von Harnstoff, Phenol-Formaldehyd, Melamin-Formaldehyd oder Mischungen daraus, formaldehyd-freie Binder, selbstvernetzende Binder, die ohne Zusatz eines Katalysators chemisch vollständig durchreagieren. Die Vernetzung wird vorzugsweise thermisch induziert. Es hat sich gezeigt, dass geeignete selbstvernetzende Binder insbesondere wässrige Acrylatdispersionen, Polymerdispersionen aus Vinylacetat und Ethylen, oder ähnliche selbstvernetzende, insbesondere thermisch selbstvernetzende, Binder sind. Besonders geeignet sind Harnstoff-Binder. Die vorstehend genannten chemischen Binder können zusätzlich noch Saccharide und/oder Stärke aufweisen.
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Neben den vorstehend genannten organischen Bindern können auch anorganische Binder verwendet werden. Solche anorganischen Binder können die vorstehend genannten organischen Binder fast vollständig oder zumindest teilweise ersetzen, d. h. in Mischungen mit den vorstehend genannten organischen Bindern verwendet werden. Ein geeigneter anorganischer Binder ist beispielsweise Wasserglas, insbesondere auf Natriumsilikat-Basis. Der Anteil von anorganischen Bindern liegt zwischen 0–18 Gew.-%, wobei sich die Angabe auf das Bindersystem I nach vollständiger Trocknung bezieht.
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Die anorganischen Füllstoffe im Bindersystem I unterliegen ebenso grundsätzlich keiner Beschränkung, so dass alle in der Vliesherstellung bekannten anorganischen Füllstoffe eingesetzt werden können. Bei den anorganischen Füllstoffen handelt es sich mineralische Füllstoffe, vorzugweise um Lehm, Ton, kalzinierter Lehm, kalzinierter Ton, Kalk, Kreide, natürliche und/oder synthetische Carbonate, natürliche und/oder synthetische Oxide, Carbide, natürliche und/oder synthetische Hydroxide, Sulfate und Phosphate, auf Basis von natürlichen und/oder synthetischen Silikaten, Kieselsäuren, Silizium und/oder Quarz, Flussspat oder Talkum. Optional sind die Füllstoffe silanisiert oder zusätzlich hydrophobiert.
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In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, kann der Auftrag des Bindersystems auch in zwei Stufen erfolgen, wodurch eine bessere Verteilung des Binders und des anorganischen Füllstoffs erreicht werden kann. Bei dieser Ausführungsform wird zunächst ein Vor-Binder aufgebracht, welches mindestens einen organischen Binder und mindestens einen anorganischen Füllstoff aufweist (Vor-Bindersystem), wobei der Anteil an organischen Binder(n) zwischen 2 und 20 Gew.-%, bevorzugt zwischen 5 und 16 Gew.-% beträgt, wobei sich die Angabe auf das Vor-Bindersystem nach vollständiger Trocknung bezieht, und der Anteil an anorganischen Füllstoff(en) zwischen 98 und 80 Gew.-%, bevorzugt zwischen 95 und 84 Gew.-% beträgt, wobei sich die Angabe auf das Vor-Bindersystem nach vollständiger Trocknung bezieht. Vorzugsweise unterscheidet sich dieses Vor-Bindersystem vom Bindersystem I. Nach dem Aufbringen des Vor-Bindersystems und vor dem Aufbringen des Bindersystems I kann eine Zwischentrocknung erfolgen. Anschließend wird das Bindersystem I – wie vorstehend beschrieben – aufgebracht. Das Aufbringen des Bindersystems I kann diesem Fall auch in einem separaten Prozessschritt erfolgen, d. h. das mit dem Vor-Bindersystem beaufschlagte Vlies kann zunächst als Zwischenprodukt zwischengelagert und zu einem späteren Zeitpunkt mit dem Bindersystem I beschichtet werden.
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Der Anteil von anorganischen Bindern im Vor-Bindersystem liegt zwischen 0–18 Gew.-%, wobei sich die Angabe auf das Vor-Bindersystem nach vollständiger Trocknung bezieht.
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Der Auftrag des Füllstoff-Bindergemisches, d. h. von Bindersystem I sowie ggf. dem Vor-Bindersystem erfolgt durch bekannte Verfahren. Dazu eignen sich insbesondere Rakel, Auftragswalze, Schlitzdüse, oder Vorhangbeschichtungsverfahren.
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Das Füllstoff-Binder-Gemisch bzw. die Gemische kann zudem bekannte Zusätze wie Entschäumer, Dispergiermittel, Wasserretentionsmittel (z. B. Zellulose) etc. enthalten. Der Anteil dieser Additive im Binder I bzw. im Vor-Bindersystem liegt zwischen 0–5 Gew.-%, wobei sich die Angabe auf das Vor-Bindersystem bzw. Bindersystem I nach vollständiger Trocknung bezieht.
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Die Trocknung in Maßnahme (v) erfolgt bei Temperaturen zwischen 90°C und max. 250°C, wobei die Verweilzeit im Trockner typischerweise zwischen 30 und 60 Sekunden bei dem vorstehend genannten Temperaturbereich betragen. Die Trocknung gemäß Maßnahme (v) bewirkt, dass die Binder aushärten bzw. vernetzen.
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Zur Trocknung werden Trockenvorrichtungen verwendet, die bereits Stand der Technik in der Fasertechnologie sind.
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Das mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte hochgefüllte Vlies besitzt eine Porosität nach Gurley (Basis 100 ml) von höchstens 200 sec, bevorzugt von weniger als 100 sec.
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Weitere Additive zur Steigerung hydrophober Eigenschaften können dem hergestellten Vlies hinzugefügt werden, wie z. B. Silicon-Dispersionen oder Silicon-imprägnierte Mineralien wie Calciumcarbonate, die die Stabilität gegenüber Wasser verbessern können. Weitere bekannte Zusätze wie Verdicker, Entschäumer usw. können ebenfalls zugemischt werden. Weiterhin können noch weitere Zusätze zur Verbesserung der Brandeigenschaften hinzugefügt werden, geeignet sind z. B. Aluminium- oder Bariumhydroxide oder Phosphorverbindungen.
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Das hochgefüllte Vlies wird nach der Trocknung als Rollen-, Platten- oder Bogenware konfektioniert und steht zur Weiterverarbeitung beim Kunden zur Verfügung.
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Das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte hochgefüllte Vlies wird anschließend mit einem geringen Anteil eines B-Stage Binders beaufschlagt bzw. imprägniert und zum Endprodukt weiterverarbeitet. Dabei sind lediglich 3–30 Gew.-%, bevorzugt 5–17 Gew.-% eines solchen B-Stage Binders, bezogen auf das eingesetzte hochgefüllte Vlies welches mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde, erforderlich.
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Optional kann der B-stage Binder auch anorganische Füllstoffe enthalten. Der Füllstoffanteil kann dabei bis zum 4-fachen des B-stage Binderanteils betragen, wobei sich die Angabe auf die jeweiligen Anteile nach vollständiger Trocknung beziehen. Die anorganischen Füllstoffe im B-stage Binder unterliegen ebenso grundsätzlich keiner Beschränkung, so dass alle in der Vliesherstellung bekannten anorganischen Füllstoffe eingesetzt werden können. Bei den anorganischen Füllstoffen handelt es sich mineralische Füllstoffe, vorzugweise um Lehm, Ton, kalzinierter Lehm, kalzinierter Ton, Kalk, Kreide, natürliche und/oder synthetische Carbonate, natürliche und/oder synthetische Oxide, Carbide, natürliche und/oder synthetische Hydroxide, Sulfate und Phosphate, auf Basis von natürlichen und/oder synthetischen Silikaten, Kieselsäuren, Silizium und/oder Quarz, Flussspat oder Talkum. Optional sind die Füllstoffe silanisiert oder zusätzlich hydrophobiert.
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Als B-stagefähige Binder werden Binder verstanden, die nur teilweise verfestigt bzw. gehärtet sind, d. h. im B-Stage Zustand vorliegen, und noch eine Endverfestigung, beispielsweise durch thermische Nachbehandlung, erfahren können. Derartige B-Stage Binder sind in
US-A-5,837,620 ,
US-A-6,303,207 und
US-A-6,331,339 eingehend beschrieben. Die dort offenbarten B-Stage Binder sind auch Gegenstand der vorliegenden Beschreibung. Bei B-Stage-Binder handelt es sich vorzugsweise um Binder auf Basis von Furfurylalkohol-Formaldehyd-, Phenol-Formaldehyd-, Melamin-Formaldehyd-, Harnstoff-Formaldehydharzen und deren Gemische. Vorzugsweise handelt es sich um wässrige Systeme. Weitere bevorzugte Bindersysteme sind Formaldehyd-freie Binder. B-Stage Binder zeichnen sich dadurch aus, dass sie einer mehrstufigen Härtung unterworfen werden können, d. h. nach der ersten Härtung bzw. den ersten Härtungen noch eine ausreichende Binderwirkung aufweisen (B-Stage Zustand), um diese für die weitere Verarbeitung nutzen zu können. Üblicherweise werden derartige Binder nach Zusatz eines Katalysators bei Temperaturen von ca. 350 F in einem Schritt gehärtet. Die B-Stage Binder sollten möglichst einen Kalorimeter-Werte von ≤ 3 MJ/kg aufweisen.
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Zur Bildung des B-Stages werden derartige Binder ggf. nach Zusatz eines Katalysators gehärtet. Der Härtungs-Katalysator-Anteil beträgt bis zu 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-% (bezogen auf den Gesamtbindergehalt). Als Härtungs-Katalysator sind beispielsweise Ammoniumnitrat sowie organische, aromatische Säuren, z. B. Maleinsäure und p-Toluolsulfonsäure geeignet, da dieser den B-Stage-Zustand schneller erreichen lässt. Neben Ammoniumnitrat, Maleinsäure und p-Toluolsulfonsäure sind alle Materialien als Härtungs-Katalysator geeignet, welche eine vergleichbare saure Funktion aufweisen. Zum Erreichen des B-Stages wird das mit dem Binder imprägnierte textile Flächengebilde unter Temperatureinfluss getrocknet, ohne eine Komplettaushärtung zu erzeugen. Typischerweise verbleibt nach Trocknung eine Restfeuchte von 4–6% im B-stage Binder, die erst nach vollständiger Härtungsreaktion nahezu verschwindet. Die erforderlichen Prozessparameter sind vom gewählten Bindersystem abhängig.
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Die untere Temperaturgrenze kann durch Wahl der Dauer bzw. durch Zusatz von größeren oder stärker sauren Hartungs-Katalysatoren beeinflusst werden.
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Besonders bevorzugt sind B-Stage Binder auf Basis von Phenol-Formaldehyd (PF), Harnstoff-Formaldehyd (UF), Melamin-Formaldehyd (MF), Epoxid, oder Mischungen aus UF- und MF-Bindern.
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Das Aufbringen des B-stagefähigen Bindersystems kann mit Hilfe bekannter Methoden erfolgen. Neben Aufsprühen, Durchtränken und Einpressen kann der Binder auch mittels Beschichten, zum Beispiel mit Hilfe von Rakelverfahren, Auftragswalze, Schlitzdüse, oder Vorhangbeschichtungsverfahren, oder mittels Rotationsdüsenköpfen aufgebracht werden. Des Weiteren ist grundsätzlich auch eine Schaumauftragung möglich.
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Die vorstehend genannten bevorzugten Bereiche für Faserlänge, Faserdurchmesser, Flächengewicht, Binder und Porosität sind jeweils unabhängig voneinander frei kombinierbar und jede mögliche Kombination der jeweiligen bevorzugten Bereiche ist somit explizit Bestandteil der vorliegenden Beschreibung.
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Durch Verwendung der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten hochgefüllten Vliese ist es möglich, die entsprechenden Brandklassen zu erzielen, ohne zusätzliche Anstrengungen hinsichtlich Verminderung der Brandlast unternehmen zu müssen. Insbesondere bei Mehrlagensystemen kann eine preisgünstige Alternative auch zu bestehenden Glasvliessystemen zur Verfügung gestellt werden. Zudem können bekannte Herstellverfahren beim Kunden benutzt werden.
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Verstärkung
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Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Vliese auf Basis von anorganischen Fasern, insbesondere nassgelegte Glasvliese, können zusätzlich noch eine weitere Verstärkung aufweisen.
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Die Zuführung von flächigen Verstärkungen erfolgt typischerweise auf der Oberseite des umlaufenden Maschinensiebes, auf welcher die Bildung des nassgelegten Glasfaservlieses erfolgt.
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Die Zuführung von Verstärkungs-Fäden und/oder -Garne erfolgt wie im Falle der flächigen Verstärkung oder individuell, d. h. von oben oder der Seite, wobei die Verstärkungs-Fäden und/oder -Garne mittig in das gebildete Vlies eingebaut werden oder auf der Ober- und/oder Unterseite. Die Position des Einbaus ergibt sich aus dem genauen Ort der Zuführung im Bereich der Vliesbildung auf dem Maschinensieb. Letztlich ergeben sich im Einschränkungen lediglich aus der Bauart der eingesetzten Vliesbildner.
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Bei den Verstärkungen handelt es sich vorzugsweise um Verstärkungs-Fäden und/oder -Garne erhalten, deren Young-Modul mindestens 5 Gpa, bevorzugt mindestens 10 Gpa, besonders bevorzugt mindestens 20 Gpa, betragen.
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Die Verstärkungsfäden, d. h. sowohl die Monofile, Rovings oder auch die Garne, haben einen Durchmesser zwischen 0,1 und 1 mm oder 10–2400 tex, vorzugsweise 0,1 und 0,5 mm, insbesondere 0,1 und 0,3 mm und besitzen eine Bruchdehnung von 0,5 bis 100%, vorzugsweise 1 bis 60%.
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Bevorzugt werden als Verstärkungen Fäden, insbesondere Multifilamente und/oder Monofilamente, auf Basis von Kohlenstoff, Glas, Glasfaserrovings, Mineralfasern (Basalt) oder Drähte (Monofilamente) aus Metallen oder metallischen Legierungen eingesetzt.
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Bevorzugte Verstärkungen bestehen aus wirtschaftlichen Gründen aus Glas-Multifilamenten in Form von – im Wesentlichen – parallelen Fadenscharen oder Gelegen. Meist erfolgt nur eine Verstärkung in Längsrichtung des Glasvlieses durch – im Wesentlichen -parallel laufende Fadenscharen.
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Die Verstärkungsfäden können als Netze, Gitter oder Gelege angeordnet, eingesetzt werden. Weiterhin sind auch Verstärkungen in Form von Geweben und Multiaxial-Gelegen bevorzugt. Besonders bevorzugt werden Verstärkungen mit zueinander parallel laufenden Verstärkungsgarnen, also Kettfadenscharen, sowie Gelege oder Gitter.
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Die Fadendichte kann in Abhängigkeit vom gewünschten Eigenschaftsprofil in weiten Grenzen schwanken. Bevorzugt beträgt die Fadendichte zwischen 20 und 250 Fäden pro Meter. Die Fadendichte wird senkrecht zur Fadenlaufrichtung gemessen. Die Verstärkungsfäden werden vorzugsweise vor der Bildung des Glasvlieses auf der Oberseite des umlaufenden Maschinensiebes zugeführt. Es ist jedoch auch möglich, die Fäden während der Bildung des Glasvlieses zuzuführen, so dass diese eingebettet werden.
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Anwendungen
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Die erfindungsgemäße Vliesstoffe können zur Herstellung von Verbundwerkstoffen und Laminaten, insbesondere zur Verwendung von ”High Pressure Laminates” (HPL) oder ”Continuous Pressure Laminates” (CPL) eingesetzt werden. Durch den Einsatz dieser Vliese ist es möglich, für solche Werkstoffe mindestens die Brandklasse A2 oder ähnliche bzw. vergleichbare Brandschutznormen zu erzielen. Die erfindungsgemäßen hochgefüllten Vliesstoffe erlauben es, durch eine niedrige Anzahl von Vlieslagen kostengünstige Mehrschichtaufbauten herzustellen.
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Aufgrund der besonderen Brandschutzeigenschaften eignen sich die erfindungsgemäßen Vliesstoffe auch zur Herstellung von dekorativen Werkstoffen, z. B. für Schiffe und Eisenbahnen, in öffentlichen und/oder gewerblichen Gebäuden, als Bestandteile von Innenausbauten oder als Laminate für Möbelelemente.
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Beispiele
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Beispiel 1:
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Es wurde ein Glasvlies nach dem Nasslegeverfahren (Standardverfahren) hergestellt. Dazu wurden geschnittene Glasfasern (16 μ, 24 mm) in Wasser dispergiert und mittels entsprechender Vorrichtungen auf eine Ablagesiebband abgelegt. Nach Absaugung des überschüssigen Wassers erfolgt der Binderauftrag mittels eines Foulards
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Das Flächengewicht des Glasfaservlieses war 150 g/m2 (nach Trocknung). Der nachfolgende Binderauftrag betrug 100 g/m2, wobei der organischer Binderanteil 8% (20 g/m2) des Gesamtflächengewichts (nach Trocknung) betrug und der Füllstoffanteil 32% (80 g/m2). Als organischer Binder wurde Urecoll® 150 der Firma BASF eingesetzt; der Füllstoff bestand aus ATH (Aluminium Tri-Hydrate). Anschließend erfolgte eine vollständige Trocknung des Vlieses. Der gemessene Kaloriemeterwert des hochgefüllten Vlieses betrug ca. 0,5 kJ/g und erfüllte damit die Anforderungen der Brandklasse A1.
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Anschließend erfolgte die Imprägnierung des hochgefüllten Vlieses mit einem B-Stage Binder. Als B-stage Binder wurde ein Melamin-Binder verwendet, wobei 10% des Binders (bezogen auf das Gesamtgewicht) aufgetragen wurde. Die Trocknung erfolgte bis zu einem Restfeuchtegehalt von 4–6%, wobei dieser Wert sich auf das Gesamtgewicht des Vlieses bezieht.
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Das Gesamtgewicht des hochgefüllten Vlieses einschließlich B-stage Binder betrug 275 g/m2 (einschließlich 4% Restfeuchte). Der Kaloriemeterwert betrug 2.900 kJ/kg und erreicht damit Brandklasse A2.
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Beispiel 2:
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Es wurde ein Vlies gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei das Flächengewicht des Vlieses ohne Binder 250 g/m2 betrug. Der nachfolgende Binderauftrag betrug 200 g/m2, wobei der organischer Binderanteil 8% (36 g/m2) des Gesamtflächengewichts (nach Trocknung) betrug und der Füllstoffanteil 32% (144 g/m2). Als organischer Binder wurde Urecoll® 150 der Firma BASF eingesetzt; der Füllstoff bestand aus ATH (Aluminium Tri-Hydrate).
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Anschließend erfolgte die Imprägnierung des hochgefüllten Vlieses mit einem B-Stage Melamin-Binder, der Füllstoffe enthielt. Die Auftragsmasse bestand aus 77% (150 g/m2) Füllstoffen und 23% (45 g/m2) B-Stage Binder bezogen auf eine 195 g/m2 Beschichtung. Das Gesamtgewicht des Vlieses betrug 645 g/m2 (einschließlich 4% Restfeuchte). Der Kaloriemeterwert betrug 2.650 kJ/kg und erreicht damit Brandklasse A2.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2431173 A1 [0007]
- WO 2006/111458 A1 [0013]
- US 5837620 A [0053]
- US 6303207 A [0053]
- US 6331339 A [0053]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- EN 13501 [0010]
- ISO 1716 [0010]
- EN 13501 [0011]
- ISO 1716 [0011]
- ISO 1716 [0012]
- ISO 1716 [0013]