DE1569534C3 - Mineralfaserplatten und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Mineralfaserplatten und Verfahren zu deren Herstellung

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Description

35
Die Erfindung betrifft Bauplatten aus Mineralfasern, gegebenenfalls mit einem gewissen Gehalt an organischen Fasermaterial, und ein hierfür geeignetes Herstellungsverfahren, wobei eine Aufschlämmung von Fasermaterial mit Hilfe eines Harzes zu einer Faserbahn aufgeschichtet, diese getrocknet und gehärtet wird.
Für die Herstellung von Bauplatten auf der Basis von anorganischem oder organischem Fasermaterial hat man bisher das Fasermaterial in eine Lösung oder Dispersion von Kunststoffen eingerührt und diese Aufschlämmung in der Art der Papierherstellung über Siebe auflaufen lassen. Es zeigte sich jedoch, daß die Retention des Bindemittels in Form des Harzes bei derartigen Verfahren sehr ungünstig ist, so daß große Verluste an Bindemittel mit den Abwässern auftraten.
Ähnlich liegt die Situation bei der sehr häufig angewandten Maßnahme, Stärkekleister oder ungequollene Stärke als Bindemittel bei derartigen Bauplatten heranzuziehen. Wenn auch ein gewisser Verlust an Stärke noch tragbar ist, so ist ein äquivalenter Verlust an. Kunststoff-Bindemittel meist wirtschaftlich nicht mehr zulässig. Andererseits sind kunststoffgebundene Faserplatten in der Bauindustrie weit mehr geschätzt, weil sie eine höhere Wasserbeständigkeit aufweisen. Außerdem neigen durch Stärke gebundene Bauplatten in feuchter Atmosphäre zum Durchhängen.
Die Erfindung betrifft nun Bauplatten auf der Basis von Mineralfasern, die mit einem Kunststoff gebunden sind. Sie sind dadurch gekennzeichnet, daß die Bindung des Fasermaterials mit einem auf einem pulverförmigen. Träger aufgefällten Harz erfolgt. Nach dem ' erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung dieser Bauplatten aus einer Aufschlämmung von Fasermaterial, Abbinden der Fasern mit Hilfe eines wärmehärtbaren Harzes, Trocknen und Härten der Faserbahn wird ein Bindemittel verwendet, welches durch Auffällen eines Harzes aus einer Lösung, gegebenenfalls mit Hilfe eines Flockungsmittels, auf einen pulverförmigen Träger hergestellt worden ist. Als Harz kann man ein Phenol-, Resorcin-, oder Trimethylolmelanin-Formaldehydharz anwenden. Bei der Herstellung des Bindemittels kann das Mengenverhältnis von Träger zu Harz 1 : 1 betragen.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme der Auffällung des Harzes auf einen pulverförmigen Träger und Verwendung dieses Materials als Bindemittel werden mehrere Vorteile erreicht. Einerseits führt die erfindungsgemäße Maßnahme zu einer wesentlichen Verbesserung der Retention des Harzes innerhalb der Faserbahn, also es kommt zu wesentlich geringeren Kunststoffverlusten während der Herstellung der Bauplatten. Schließlich wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme erreicht,, daß an den Punkten, an denen die einzelnen Mineralfasern aufeinanderliegen, da's Bindemittel zu einer Fixierung dieser Kreuzungspunkte führt, ohne daß jedoch die einzelnen Mineralfasern über ihre gesamte Länge mit Kunststoff überzogen sind. Dies stellt bei den bekannten Verfahren eine Vergeudung des relativ kostspieligen Kunststoffmaterials dar. Durch diese großen Kunststoffmengen wird keine Erhöhung der Festigkeit der Bauplatten erreicht. Bei dem erfindungsgemäßen Bindemittel, also dem Kunststoff aufgefällt auf den pulverförmigen Träger, wird der Kunststoff in sehr sparsamer und sehr wirksamer Weise eingesetzt. ■..;·-..■■.
Als pulverförmige Träger kommen alle Substanzen in Frage, die sich in Wasser in ausreichendem Maße dispergieren lassen, insbesondere Tone, aber auch Stärke, Walnußschalenmehl, eine benzinunlösliche Fraktion von Kolophonium in Pulverform, Holzmehl, Silicate, Gips, Talkum, Diatomeenerde. Von den Tonen sind besonders Kaolin, Atapulgit und Bentonit geeignet. Die Korngröße der angewandten Träger kann weitgehend schwanken, z. B. von 0,2 μ bis 0,15 mm. Die erfindüngsgemäß als Träger verwendeten Substanzen besitzen eine hohe spezifische Oberfläche und zeigen eine gute Aufnahmefähigkeit für das Harz. Bei der Herstellung des erfindungsgemäß verwendeten Bindemittels von auf pulverförmigen Trägern niedergeschlagenen Kunststoffen kann man gegebenenfalls ein Flockungsmittel zusetzen.
Es zeigte sich bei verschiedenen Kunststofflösungen, die man bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels anwenden kann, daß durch die erforderliche Verdünnung es manchmal zu einer Emulgierung des Kunststoffes kommt. Ein emulgiertes Harz läßt sich jedoch auf Ton nur schwer niederschlagen. Daher geht man zweckmäßigerweise so vor, daß die wäßrige Lösung des Harzes in eine gerührte Suspension von Trägermaterial eingebracht wird, wobei die Trägersuspension gegebenenfalls ein Flockungsmittel enthalt. ..
Im allgemeinen ist es zweckmäßig, die Mengenver-
hältnisse an Träger und Harz — berechnet auf aufgetragenen Feststoffgehalt — in der gleichen Größenordnung anzuwenden. Wenn ein Flockungsmittel, insbesondere Gips, vorliegt, so wendet man zweckmäßigerweise 1 Teil Flockungsmittel auf etwa 10 Teile Ton an.
Die Resorcin-Formaldehyd-Harze sollen nicht angewandt werden bei einem Fasermaterial, welches bei erhöhter Temperatur getrocknet werden muß. Das Harz härtet nämlich so schnell, daß das Fasermaterial noch nicht trocken ist. Diese Bindemittel eignen sich jedoch für Fasermaterialien, die bei gewöhnlicher Temperatur getrocknet werden, so daß auch gleichzeitig die Härtung des Harzes erfolgt.
Als Flockungsmittel kann man organische und anorganische Substanzen verwenden wie Polyacrylsäureamid oder Verbindungen mehrwertiger Metalle wie von Erdalkalimetallen, Aluminium oder Eisen; besonders geeignet ist Alaun, Calciumchlorid, Magnesiumsulfat, Magnesiumchlorid. Es sind nur geringe Mengen an Flockungsmitteln erforderlich, besonders bevorzugt ist Gips, der geringe Wasserlöslichkeit besitzt und in nichtgelöstem Zutand als Träger wirkt. Es ist für die Qualität der Bauplatten vielfach von wesentlicher Bedeutung, daß sich das Flockungsmittel bereits in der Aufschlämmung des Trägers in Wasser befindet, wenn das Kunststoffmaterial in diese eingeführt wird. Wird das Flockungsmittel erst zugesetzt, wenn der Kunststoff schon in die Träger-Suspension eingebracht ist, liegen die mechanischen Eigenschaften der Bauplatten oft etwas ungünstiger.
Die Erfindung wird an Hand folgender Beispiele näher erläutert:
Beispiel 1
Im allgemeinen wird ein wäßrige Lösung eines Phenolformaldehydharzes mit einem Feststoffgehalt von 65ü/o und einer Viskosität von 100 bis 6000 cP bei 210C angewandt, hier z.B. mit 1300 cP. Es wurde ein Versuch A mit erfindungsgemäßem Bindemittel und ein Versuch B nach dem Stand der Technik nur mit Kunststoff als Bindemittel durchgeführt. Bei den Versuchen A und B wurden auf 31,6 Gewichtsteile Wasser 10 Teile Harz angewandt. Bei Versuch A wurde das Harz auf 10 Teile Kaolin in Gegenwart von 1 Teil Gips niedergeschlagen. Zur Herstellung der Mineralfaserplatten kamen auf 95 Gewichtsteile Steinwolle, 5 Gewichtsteile Amositfasern und 3500 Teile Wasser so viel Bindemittel, daß 10 Gewichtsteile Harz-Feststoff vorlagen. Die auf gleiche Dichte verarbeiteten Platten zeigten, daß die erfindungsgemäße Platte in trockenem Zustand ein Bruchmodul von 11,3 kg/cm2 gegenüber der Vergleichsplatte von 5,73 kg/cm2 besaß. Wurden die Platten 2 h in Wasser getaucht, so ist das Bruchmodul der erfindungsgemäßen Platte auf 8,04 und das der Vergleichsplatte von 4,58 kg/cm2 zurückgegangen. Die Analyse der Platte zeigte, daß erfindungsgemäß 68,6 °/o des Harzes gegenüber nur 39,7 °/o in der Vergleichsplatte zurückgehalten wurden.
Beispiel 2 ·
Das Beispiel 1 wurde dahingehend abgewandelt, daß ein Bindemittel, hergestellt aus 50 Gewichtsteilen Wasser, 15,7 Gewichtsteilen Hart — berechnet als Feststoff —, 16 Gewichtsteilen Ton in Form von Bentonit oder nichtquellender Diatomeenerde, sowie 1,6 Gewichtsteilen Gips angewandt wurde.
B e i s ρ i e. 1 3
Es wurden 97 Gewichtsteile Schlackenwolle und 3 Gewichtsteile Asbestfasern in Wasser bis auf einen Feststoffgehalt von 3 % aufgeschlämmt. Dann wurden die Bindemittel eingebracht und z. B. auf einer
ίο Langsiebmaschine entwässert, bei 154° C getrocknet und bei diesem Vorgang die Ablaufgeschwindigkeit des Wassers nach üblichen Verfahren ermittelt. Bei dieser Versuchsreihe wurden die folgenden Produkte untersucht.
Versuch C: Als Bindemittel dienten 1 Teil Gips und 10 Teile Harz Nr. 1 (berechnet auf Feststoff), die getrennt in die Faseraufschlämmung eingebracht wurden.
Versuch D: wie C mit zusätzlich 10 Teilen Kaolin.
Versuch E: nach der Erfindung, wobei in 46,5 Teile Wasser 1 Teil Gips, 10 Teile Harz und 10 Teile Kaolin eingerührt wurden, das Harz auf Kaolin aufgefällt wurde und dieses Bindemittel als Zusatz zur Faseraufschlämmung diente.
Versuch F: Hier wurden getrennt in die Faseraufschlämmung eingebracht: 1 Teil Calciumchlorid und 10 Teile Harz Nr. 2 und 0,04 Teile Polyacrylamid.
Bei Versuch G wurden die Maßnahmen des Versuchs F wiederholt, jedoch zusätzlich 10 Teile Kaolin angewandt.
Versuch H nach der Erfindung: Es erfolgte die Auffällung von 10 Teilen Harz Nr. 2 auf 10 Teile Kaolin in Gegenwart von 1 Teil Calciumchlorid in 46,5 Teilen Wasser, wobei nach Zugabe dieses Bindemittels zu der Faseraufschlämmung noch 0,04 Teile Polyacrylamid eingerührt wurden.
Als Harz Nr. 1 diente eine wäßrige Lösung von Phenolformaldehydharz mit einem Feststoffgehalt von 50,8 % und einer Viskosität von 750 cP, das Harz Nr. 2 war ein Trimethylolmelamin-Formaldehydharz in Form eines trockenen Pulvers, das mit kaltem Wasser eine gummiartige Masse bildete. Bei Einrühren in eine Tonsuspension wurde das Harz auf dem Feststoff gleichmäßig niedergeschlagen, ein Flockungsmittel war nicht erforderlich.
Es zeigte sich, daß die erfindungsgemäßen Produkte höhere Festigkeitswerte besitzen als die Produkte aus Vergleichen.
In folgender Tabelle I sind die Eigenschaften der erhaltenen Platten und die Geschwindigkeiten des Ablaufens des Wassers zusammengestellt.
Tabelle I
ReI. Raum Bruchmodul naß Harz-
Versuch Ablauf-
ccsctiw.		 gew. (kg/cm2) 5,89 retention
(kg/cm») trocken 0,988 ("/»)
C 35 319 7,82 8,04 49,8
D 16 343 1,67 6,17 47:
E 9,2 352 12,25 5,64 78 .
F 11 312 8,95 8,95 48
G 10 350 9,23 52,5
H 10,15 359 13,2 61
Beispiel 4
97,5 Teile Steinwollfasern und 2,5 Teile Asbestfasern wurden zu einer Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 3 % verarbeitet. Das Bindemittel wurde hergestellt aus 10 Teilen Träger, 1 Teil Gips als Flockungsmittel und 10 Feststoffteilen Harz, und zwar wurde eine wäßrige Lösung von Phenolformaldehydharz mit einer Viskosität von 800 bis 1000 cP angewandt.
Tabelle II Tabelle III
Versuch Vergleich Durchhängen
in cm
Q 3 Teile Harz Nr. 1 0,34
R 1 Teil Alaun 0,0635
11,7 Teile Wasser
S 0,3 Teile Gips 0,0178
3 Teile Kaolin
3 Teile Harz Nr. 1
Versuch Träger Bruchmod
trocken		 ul (kg/cm2)
naß
I Kaolin 11,1 9,52
J Attapulgit 7,9 5,70
K Calciumbentonit 6,77 3,97
L Gips 6,83 3,38
M Talkum 10,3 7,68
N Diatomeenerde 12,00 10,4
O Walnußschalen 1,76 1,34
mehl
P Maisstärke 6,90 5,35
Beispiele
97,5 Teile Steinwollfasern, 2,5 Teile Asbest und die in folgender Tabelle angewandten Bindemittel wurden aufgeschlämmt und daraus Bauplatten hergestellt.
Tabelle IV
B ei spiel 5
97,5 Teile Steinwolle, 2,5 Teile Asbest und 15 Teile Tapiokastärke wurden zu einer Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 3 % angerührt. Die Zusätze sind in folgender Tabelle III aufgeführt und gleichzeitig angegeben, inwieweit die daraus hergestellten Mineralfaserplatten zum Durchhängen neigen.
zo 1 3o U 35 X Teile Zusatz Bruchmodul naß
kg/cm2 8,67
Versuch V 46 Wasser trocken
1 Calciumchlorid 12,3
25 T W 10 Kaolin
10 Harz Nr. 2
■■·. 0,04 Polyacrylsäureamid 9,78
wie T, jedoch ohne
Polyacrylsäureamid 15,2 9,28
wie T, jedoch ohne
Calciumchlorid 12,6 8,04
wie T, jedoch Dia
tomeenerde an 12,15
Stelle Kaolin 9,32
10 Harz Nr. 2
8,88

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Bauplatten aus Mineralfasern, gekennzeichnet durch ein Bindemittel in Form eines auf einem inerten pulverförmigen Träger aufgefällten wärmehärtbaren Harzes.
2. Bauplatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis Träger zu Harz im Bindemittel 1 : 1 ist.
3. Bauplatten nach Anspruch! oder2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmehärtbare Harz ein Phenol-, Resorzin- oder Trimethylolmelamin-Formaldehyd ist.
4. Verfahren zur Herstellung von Bauplatten nach Anspruch 1 bis 3 aus einer Aufschlämmung von Mineralfasermaterial, Abbinden der Fasern mit Hilfe eines Harzes, Trocknen und Härten der Faserbahn, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Bindemittel verwendet, das hergestellt worden ist durch Auffällen eines wärmehärtbaren Harzes aus seiner Lösung auf einen inerten, pulverförmigen Träger.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Bindemittel verwendet, bei dessen Auffällung des Harzes auf den pulverförmigen Träger ein Flockungsmittel zugesetzt wurde. '
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