DE1815244B2

DE1815244B2 - Waerme und saeurebestaendige mineralfaserprodukte aus uebli chen glasbildenden oxiden oder mineralien insbesondere natuer lichen tonen und eisenoxiden und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE1815244B2
Application number: DE19681815244
Authority: DE
Inventors: Fridolin Dipl.-Phys. Dr.; Kummermehr Hans; 6700 Ludwigshafen Mechel
Original assignee: Gruenzweig und Hartmann AG
Current assignee: Saint Gobain Isover G+H AG
Priority date: 1968-12-18
Filing date: 1968-12-18
Publication date: 1972-03-30
Also published as: DE1815244A1; SE351200B; US3679443A; GB1282945A; FR2030094A1; FR2030094B1; ES372435A1

Description

Hus üblichen glasbildenden Oxiden oder Mineralien, Insbesondere aus natürlichen Tonen und Eisenoxiden bestehen und gekennzeichnet sind durch einen Gehalt pn schmelzbaren Eisenoxiden von mindestens 18 Gewichtsprozent höchstens aber 35 Gewichtsprozent neben wechselnden Mengen SiO₂ und AI₃O₃, gegebenenfalls (üblichen Beimischungen, und einen geringen Anteil bis zu höchstens 5 Gewichtsprozent Erdalkali- und Alkalioxide, bezogen auf das Gewicht des bei 120⁰C getrockneten Glasgemenges. Auf die Verwendug von Alkali- und/oder Erdalkalioxiden als Flußmittel kann überraschenderweise ganz oder weitgehend verzichtet werden, wenn der Gewichtsanteil an Eisenoxiden eine ausreichende Höhe besitzt und mindestens 18 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des wasserfreien Gemenges, ausmacht. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß die Eisenoxide in dem Ausgangsgemenge überwiegend in der Forn. von Fe₂O₃ und FeO vorliegen, wobei Fe₂O₃ nur in geringen Konzentrationen, unter etwa 5 Gewichtsprozent, auftritt. Das Gewichtsverhältnis von Fe₂O₃ zu FeO ist zweckmäßig stets größer als 5:1, wobei ein besonders günstiger Bereich im Verhältnis zwischen 15:1 und 25:1 liegt.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Mineralwolle wird dun!; Ausziehen oder Verblasen einer Schmelze hergestellt, deren Ausgangsgemenge zweckmäßig so zusammengesetzt ist, daß sie neben den an sich bekannten glasbildenden Oxiden den erforderlichen hohen Anteil an Eisenoxiden über 18 Gewichtsprozent, mit besonderem Vorteil in Anteilen zwischen 20 und 35 Gewichtsprozent neben 15 bis 65 Gewichtsprozent SiO₂ und 33 bis 12 Gewichtsprozent Al₂O₃ enthalten. Neben diesen Hauptkomponenten können übliche Beimischungen, wie TiO₂ und MnO od. dgl. in geringer Konzentration unter etwa 3 Gewichtsprozent in dem Gemenge vorhanden sein. Die üblichen und die Qualität des Endproduktes oft nachteilig beeinflussenden Alkaii- und/oder Erdalkalioxide können ganz oder teilweise entfallen und dürfen höchstens 5 Gewichtsprozent des Gemenges ausmachen.

Ausgangsgemenge für die Herstellung von Mineralfaserprodukten mit den angeführten Zusammensetzungen lassen sich durch Mischung der Oxide in den erforderlichen Verhältnissen herstellen. Sie werden zweckmäßig aber auch aus Mineralien mit geeigneter Zusammensetzung, z. B. aus Tonen mit oder ohne Zuschlagstoffe, gewonnen.

Beispielhaft für erfindurigsgemäße Gemenge sind

as die folgenden Zusammensetzungen:

SiO₂

Al₂O₃

Fe₂O₃

FeO

CaO + MgO

K₂O + Na₂O

TiO₂

Glühverlust und Spurenanteil

Erschmelzungstemperatur ...

Erfindungsgemäße Gemenge

Beispiel 1 ! Beispiel 2 Beispiel 3

Gewichtsprozent j Gsv'chtsprozent Gewichtsprozent

50
15
18

3,5
4
1
8,5

1340°C

45
15
25

2,5

154O⁰C

40
13
35

0,5

6,5

154O⁰C

Herkömmliche

Gemenge
Gewichtsprozent

42,5

1
25,5

3,5

0,5
21

Die Gemenge der Beispiele 1, 2 und 3 zeigen ein gutes Aufschmelzverhalten. Durch den geringen Anteil der Erdalkalioxide zeigt die Schmelze praktisch keine Kristallisationsneigung. Die Viskosität der Schmelze macht das Gemenge zur Herstellung von Faserprodukten nach an sich bekannten Verfahren geeignet.

Die aus einem in der vorstehend erwähnten Art erfindungsgemäß zusammengesetzten Gemenge hergestellte Schmelze kann nach einem der an sich bekannten Düsenziehverfahren oder einem der ebenfalls an sich bekannten Blasverfahren zu Mineralwolle verarbeitet werden. Diese Mineralwolle zeichnet sich vor einer aus bekanntem Gemenge nach dem gleichen Verfahren hergestellten Mineralwolle vor allem durch ihre erhöhte Wärnwbeständigkeit und ihre Säurebeständigkeit aus. Bei gleichen Prüfbedingungen liegt die Erhöhung def Anwendungsgrenztemperatur erfindungsgemäß zusammengesetzter Mineralfaserpro· dukte durchschnittlich bei 200 bis SCiO⁰C im Vergleich zu bekannten Gemengen, die Erdalkaliöxide als Flußmittel enthalten. Die Erhöhung gegenüber E-Glas betrögt sogar Über 40O⁰C.

Zur Prüfung der Säurebeständigkeit wurden jeweils 1 g Wolle aus den vorstehend angeführten Gemengen in SO ml O.l normaler HCl 5 Minuten lang am Rück· flußkühler gekocht und anschließend mit NaOH titriert. Bei dieser Prüfung wird für die herkömmliche Mineralwolle mit Erdalkalioxiden als Flußmittel ein Verbrauch an HCl zwischen etwa 15 und 40 ml gefunden, während dieser Verbrauch bei der erfindungsgemäßen Tonwolle nach Beispiel 1 0,5 ml HCl und narh Beispiel 3 0,2 ml HCl beträgt. Der Verbrauch an HCI ist ein Maß für die Auflösung der Wolle durch Säure.

Eine erfindungsgemäße Mineralwolle, Mineralfaser, Mineralseide od. dgl. läßt sich aus einem Gemenge der angegebenen Zusammensetzung unter Anwendung an sich bekannter Ziehverfahren, wie i. B. Düsenblasverfahren, Schleuderverfahren, Düsenziehverfahren od. dgl. herstellen.

Durch die neue Zusammensetzung erget η sich aber nicht nur neue und vorteilhafte Eigenschaften der Mineralwolle, wie insbesondere Wärme· und Säurebeständigkeit, sondern auch eine Verbesserung des Herstellungsverfahrens, die ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist. Die Verbesserung des Herstellungsverfahrens liegt darin, daß man von einem glasbilden-

H den Gemenge ausgeht, das hohe Anteile an Eisenoxiden enthält, die die herkömmlichen Flußmittel ganz oder teilweise ersetzen, die bis höchstens 5 Gewichtsprozent in dem Gemenge enthalten sein dürfen,

.j

Es ergibt sich hierdurch der verfahrenstechnische Fortschritt, daß die üblichen K-rislallisationsiichwierigkeiien beim Aufschmelzen. Das Fließveihallen der Schmelze lädt sich durch entsprechende Dosierung der Eisenoxide derait regulieren, daß mit wachsendem Gehalt an Eisenoxiden, insbesondere im Bereich von etwa 20 bis 30 Gewichtsprozent, besagen auf das bei 120⁰C getrocknete Gemenge, optimale Laufleistungen beim Ausziehen oder Verblasen der Schmelze bestehen, wodurch in besonders guter Ausbeute feinere und gleichmäßigere Fasern als bei herkömmlichen Verfahren erhalten werden.

Auch bei herkömmlichen Gemengen glasbildender Oxide läßt sich durch eisenoxidhaltige Zuschläge, der Gehalt an FCjO₃ im Ausgangsgemenge auf einen Anteil von mindestens 15 Gewichtsprozent erhöhen, wodurch die erfindungsgemäß erhaltenen Vorteile

erzielt werden.

Je nach der Zusammensetzung des Ausgangs-

eisenoxidhalligen

beständigkeil der aui dem /· _{Jn wünsdU}em

menge hergestellten ^[°_erforderl ein Ausgangs-Sinne steuern. Zum ^PJ' π ₁₅Gew.chis-

gemenge mit «JJAdM v ^ _{dw den}

Prozent an Erda kahoxide f' Gemenge auf

Anteil an FeA '™ i""^"»*zw ckmäßig auf 25.b.s ,mindestens 20 Gewichtsgo*^ _{sjnkt auto}mat.sc:h 30 Gewichtsprozent u..oht _{jm verarbe},tbaren

der Anteil an ^Erd.^a^Ss_prozent liegen soll. Die Gemenge unter 5 Gewicht,pr _m _h

geeignete Menge des ^Zusc^t?_h geeignete einfache fr^SZweifelsfalle jeweils ^jtlschmeiversuchen^r-Routineuntersuchungen in 1 .eg _{mk der f n}.

Claims

I 815244 ι hoher. Eisenoxidgehalt, insbesondere ein geeigneter Patentansprüche: Ton, zugesetzt werden, wobei der Eisenoxidgehalt der Schmelze jeweils dem Verwendungszweck an-

1. Wärme- und säurebeständige Mineralfaser- gepaßt werden kann,
produkte aus üblichen glasbildenden Oxiden oder 5

Mineralien, insbesondere natürlichen Tonen, und

Eisenoxiden, gekennzeichnet durch

finen Gehalt an schmelzbaren Eisenoxiden von
mindestens 18 Gewichtsprozent, neben wechselnden Mengen SiO₂ und AI₂O₃, gegebenenfalls io

üblichen Beimischungen und einen Anteil bis Die Erfindung betrifft wärme- und säurebeständige

ru 5 Gewichtsprozent an Erdalkali- und Alkali- Mineralfaserprodukte aus üblichen glasbildenden Oxi-

cxiden, bezogen auf das Gewicht des bei 12O⁰C den oder Mineralien, insbesondere natürlichen Tonen,

$etrockneten Glasgemenges. und Eisenoxiden und ein Verfahren zu ihrer Her-

2. Wärme- und säurebeständige Mineralfaser- 15 stellung.

produkte nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Mineralwolle, Mineralfasern od. dgl. sind in ver-

iteichnet, daß sie aus einem Ausgangsgemenge schiedener Zusammensetzung bekannt. Die Fasern

mit mehr als 18 Gewichtsprozent, aber höchstens sind im allgemeinen bis zu einer Temperatureinwirkung

35 Gewichtsprozent an Eisenoxiden hergestellt von 500 bis 600°C beständig. In diesem Bereich liegt

ist, wobei die Eisenoxide aus einer Mischung 20 auch die Grenze der Anwendungstemperatur. Die

von Fe₂O₃ und FeO, gegebenenfalls mit geringen Feuerbeständigkeit einiger Sonderfasern kann aller-

Anteilen Fe₃O₄, bestehen und das Gemenge dings weit über diesen Werten liegen. Die LSA.-

außerdem 15 bis 65 Gewichtsprozent SiO₄, 33 bis Patentschrift 2 467 889 beschreibt z. B. eine Mineral-

12 Gewichtsprozent Al₂O₃ und bis zu 5 Gewichts- faser, die eine Verglasungstemperatur von 1100 C

prozent einer Mischung aus Alkali- und/oder 45 aufweist. Dabei liegt die Erschmelzungstemperatur

Erdalkalioxiden enthält. bei etwa 1800° C. Die Verwendung solcher Wollen ist

3. Wärme- und säurebeständige Mineralfaser- aber auf bestimmte besondere Zwecke beschränkt, produkte nach Anspruch 1 und 2, hergestellt aus man bezeichnet sie als Sonderfasern, zu denen auch eineji Gemenge, das 20 bis 35 Gewichtsprozent an die Quarzfaserwolle gehört.

Eisenoxiden enthält, wobei das Mengenverhältnis 30 Die Hauptmasse der Mineralfaserprodukte besteht

von Fe₂O₃ zu FeO über 5:1 liegt, zusammen mit aus SiO₂ und AI₂O₃. Da diese Komponenten einen

30 bis »5 Gewichtsprozent SiO₂ und etwa 25 bis für die meisten Herstellungsverfahren zu hohen

15 Gewichtsprozent Al₂O₃. Schmelzpunkt besitzen, müssen der glasbildenden

4. Wärme- und säurebeständige Mineralfaser- Masse sogenannte Flußmittel beigefügt werden, die produkte nach Anspruch 1 bis 3, hergestellt aus 35 die Schmelztemperatur des Gemenges herabsetzen einem Gemenge, das als Epoxide im wesent- und die Viskosität der Schmelze in Abhängigkeit von liehen nur Fe₂O₃ und FeO enthält, wobei das Ver- der Temperatur so beeinflussen, daß Fasern oder hältnis Fe₂O₃ zu FeO im Bereich zwischen 15:1 Wolle oder Endlosfäden aus der Schmelze mit an und etwa 25:1 liegt. sich bekannten Ziehverfahren oder Blasverfahren

5. Verfahren zur Herstellung wärme- und säure- 40 hergestellt werden können.

beständiger Mineralfaserprodukte nach Anspruch Als Flußmittel sind insbesondere Alkalioxide und 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Her- Erdalkahuxide bekannt. Sie bewirken im allgemeinen stellung der Schmelze ein Gemenge an glasbilden- ein einwandfreies Fließverhalten der Schmelze, beden Oxiden mit einem hohen Anteil, mindestens einflussen jedoch die Alkali- und Säurebeständigkeit aber 18 Gewichtsprozent, bezogen auf das Ge- 45 der aus der Schmelze hergestellten Mineralfaserwicht des bei 120 C getrockneten Glasgemenges, produkte mehr oder wenige»· nachteilig. Fs ist deshalb an Eisenoxiden verwendet wird, neben an sich auch bereits versucht worden, einen T il der Alkalibekannten glasbildenden Oxiden, insbesondere des oxide und Erdalkalioxidc durch Eisenoxide zu er-Siliciums und des Aluminiums, wobei die Eisen- setzen. Derartige bekannte Gemenge enthalten stets oxide im wesentlichen aus Fe₂O₃ und FeO im 50 über 5 Gewichtsprozent Alkalioxide und/oder Erd-Verhältnis über 51 bestehen, wobei die üblichen alkalioxide neben Eisenoxiden bis höchstens 1* GeFlußmittel bei der Herstellung der Schmelze ganz wichisprozeiit. wobei den Eisenoxiden als Flußmittel oder teilweise entfallen, und die Schmelze nach nur eine unterstützende Rolle zugeordnet win; Man einem der an sich bekannten Düsenblasverfahren ist jedoch von der Verarbeitung eisenoxidhaltiger zu Wolle verblasen oder nach einem der ebenfalls 55 Gemengr wieder abgekommen, weil die Eisenoxide an sich bekannten Ziehverfahren zu feinen Fäden die Rekristallisationsneigiing der Schmelze erhöhen oder Endlosfäden ausgezogen wird und damit iJas Schmelzverhaltcn in ungünstiger Weise

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn· beeinflussen. Die Verwendung von Alkali* und/oder zeichnet, daß zur Herstellung der Schmelze ein Erdalkalioxiden als FhißmUteJ erniedrigt jedoch die natürlicher Ton verwendet wird, in dem der βο Anwendungsgrenztemperalur der Faserprodukte und erforderliche hohe Anteil an Eisenoxiden bereits verringert deren Säurebeetändigkeit. Es besteht nun enthalten ist. ein starkes Bedürfnis nach einer Mineralfaser, Mineral»

7. Verfahren nach Anspruch S, dadurch gekenn- wolle od. dgl., die temperatur' und säurebeständig zeichnet, daß zur Herstellung der Schmelze von ist und bei deren Herstellung keine Störungen, z. B. einem Gemenge aus Eisenoxiden und den an sich «5 hinsichtlich der Rekristallisationsneigung der Schmelze, bekannten glasbildenden Oxiden und/oder Minera* auftreten.

lien ausgegangen wird, wobei gegebenenfalls ein Erflndungsgemäß werden nun wärme- und säure-

oder mehrere glasbildende Mineralien mit einem bestandige Mineralfaserprodukte vorgeschlagen, die