DE19628477C1

DE19628477C1 - Nadelhilfsmittel und dessen Verwendung zur Herstellung von Nadelfilzen und damit hergestellter Nadelfilz

Info

Publication number: DE19628477C1
Application number: DE19628477A
Authority: DE
Inventors: Gerald Dipl Ing Amannt; Wolfgang Dipl Chem Dr Holstein
Original assignee: Gruenzweig und Hartmann AG
Current assignee: Saint Gobain Isover G+H AG
Priority date: 1996-07-15
Filing date: 1996-07-15
Publication date: 1998-01-22
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: EP0819788A3; DE69721649T2; DE69721649D1; ES2197268T3; SI0819788T1; EP0819788A2; EP0819788B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Nadelhilfsmittel zur Herstellung von Nadelfilzen aus Mineralwolle gemäß An spruch 1, einen Nadelfilz gemäß Anspruch 9 sowie die Verwendung in einem Ver fahren zur Herstellung eines Nadelfilzes gemäß Anspruch 8.

Nadelfilze eignen sich besonders zur Wärmedämmung in Haushaltsgeräten, beispielsweise in Backröhren und Herden sowie in industriellen Muffelöfen.

Bei der Vernadelung von Mineralwollefilzen muß ein Na delhilfsmittel, eine sogenannte Avivage, als Additiv auf die Fasern aufgebracht werden. Derartige Avivagen werden vielfach auf der Basis von Mineralölen, natürlichen Ölen oder Fettsäurederivaten hergestellt. Die Avivage wird benö tigt, um die Fasern geschmeidiger zu machen und die gegen seitige Faserreibung beim Vernadelungsvorgang zu vermin dern, um ein Reißen oder Brechen der Fasaern während der Vernadelung möglichst zu unterbinden. Desweiteren muß die Avivage auch in der Lage sein, während des Herstellungsprozesses entstehende Stäube zu binden, um eine Bearbeitung und eine Anwendung des Nadelfilzes ohne zusätzliche Maßnahmen zum Staubschutz zu ermöglichen.

Typischerweise werden derartige Avivagen auf die Fasern im Fallschacht eines Zerfaserungsaggregates für die Glasschmelze oder direkt auf die Filzbahn aufgesprüht. Hierbei muß ein Viskositätskompromiß inkaufgenommen werden, wobei einerseits eine hinreichende Versprühung gewährleistet ist und andererseits beim Verdunsten des Trägermediums ein Material mit einer hinreichenden Viskosität zurück bleibt, um die oben erwähnten Vorteile beim Vernadelungs prozeß zu gewährleisten.

Daher eigneten sich in der Vergangenheit besonders Schmieröle und Schmierstoffe auf Mineralölbasis als Aviva ge. Der Nachteil bei der Verwendung derartiger Substanzen als Nadelhilfsmittel lag jedoch darin begründet, daß man zur Herstellung einer wäßrigen Dispersion oder Emulsion be trächtliche Mengen eines oder mehrerer Emulgatoren zusetzen mußte, damit nicht schon im Vorratsbehälter der Avivageab gabevorrichtung eine Phasentrennung in Mineralölphase und wäßrige Phase auftrat. Hier wurden in der Vergangenheit insbesondere Alkoholalkoxylate und/oder Nonylphenol als Emulgatoren verwendet, welche jedoch den Nachteil mit sich bringen, daß sie sich in Nadelfilzen, die in Haushaltsgeräten, beispielsweise in Backröhren und Herden sowie in industriellen Muffelöfen, zur Wärmedämmung eingesetzt werden, beim Aufheizen unter Formaldehyd- Abspaltung zersetzen können.

Hier hat sich in der Vergangenheit jedoch ebenfalls herausgestellt, daß selbst wenn Nadelfilze nach der Vernadelung zum Entfernen des Nadelhilfsmittels thermisch nachbehandelt wurden - neben dem erhöhten Energie- und damit Kostenaufwand - dennoch Reste der Avivage und insbesondere Reste der darin enthaltenen Emulgatoren auch noch beim Endverbraucher zu Geruchsbelästigung oder gar zur Freisetzung von Formaldehyd führen können. Dies gilt insbesondere für die Inbetriebnahme von Backröhren und Herden während der ersten Wochen.

Zur Umgehung dieser Schwierigkeiten wurden im Stand der Technik verschiedene Ansätze versucht. So hat man bei spielsweise versucht, Mineralölprodukte in Wasser über eine Hochdruckdispersionsmischvorrichtung so zu dispergieren, daß kein Emulgator zugesetzt werden muß. Dies bedeutete je doch einen einerseits großen technischen Aufwand und ande rerseits lieferten die Resultate nicht die gewünschten Er gebnisse.

Ein weiterer Ansatz zur Umgehung dieses Problems lag darin begründet, daß man gemäß der DE-PS-42 01 868 einer Standardavivage auf Fettsäurepolyglykolester-Basis einen thixotropierenden Zusatz beifügt. Ein derartiger thixotro pierender Zusatz hat den Vorteil, eine hohe Ruheviskosität zu haben und damit die Faserschlingen in ihrer durch den Vernadelungsvorgang erreichten Verankerungsposition zu hal ten, während beim Vorliegen einer niedrigen Bewegungsviskosität gute Vernadelungseigenschaften und ein guter Schmiereffekt entsteht. In Folge der Dünnflüssigkeit im Zuge der Einwirkung der Nadeln auf den zu vernadelnden Filz ist es möglich, daß nur geringe Mengen an Nadelhilfsmitteln zugesetzt werden müssen, wodurch die Geruchsbelästigung bei Temperatureinwirkung entsprechend vermindert wird.

Nachteilig an dieser Avivage bzw. diesen Nadelfilzen des Standes der Technik ist jedoch, daß nach wie vor Ge ruchsbelästigungen und thermische Zersetzungsprodukte auf treten, was insbesondere im Haushaltsgerätebereich uner wünscht ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Nadelhilfsmittel zur Herstellung eines Nadelfilzes zur Verfügung zu stellen, weicher bei Temperaturen wie sie bei der Wärmedämmung ins besondere von Backöfen und Herden auftreten, praktisch kei nerlei toxische Zersetzungsprodukte, insbesondere keinen Formaldehyd, abgibt.

Bezüglich eines Nadelhilfsmittels wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich eines Nadelfilzes wird die obige Auf gabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 9 gelöst, und verwendungstechnisch erfolgt die Lösung der obigen Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 8.

Dadurch, daß das erfindungsgemäße Nadelhilfsmittel eine wäßrige Dispersion mindestens eines wenigstens teilhaloge nierten Polymers enthält ergeben sich einerseits aufgrund der molekularen Bedingungen ausgezeichnete ölähnliche Avi vageeigenschaften und andererseits handelt es sich um che misch inerte, halogenierte Polymere, die in der Regel einer thermischen Zersetzung widerstehen oder aber zu unschädli chen Produkten zersetzt werden. Derartige teilhalogenierte Polymere können ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus:
halogenierten synthetischen Ölen wie fluorierten, insbesondere perfluorierten synthetischen Ölen, chlorierten, insbesondere perchlorierten synthetischen Ölen, bromierten, insbesondere perbromierten synthetischen Ölen;
halogenierten Polyethern wie fluorierten, insbesondere perfluorierten Polyethern, chlorierten, insbesondere perchlorierten Polyethern, bromierten, insbesondere perbromierten Polyethern;
halogenierten Polyestern wie fluorierten, insbesondere perfluorierten Polyestern, chlorierten, insbesondere perchlorierten Polyestern, bromierten, insbesondere perbro mierten Polyestern; und
halogenierten Polyolen wie fluorierten, insbesondere per fluorierten Polyolen, chlorierten, insbesondere perchlo rierten Polyolen, bromierten, insbesondere perbromierten Polyolen;
sowie deren Mischungen.

Unter den Begriffen "perfluoriert", "perchloriert" und "perbromiert" soll verstanden werden, daß praktisch jedes Wasserstoffatom innerhalb des Polymers durch ein entspre chendes Halogenatom ersetzt ist, mit Ausnahme einer oder beider endständiger Gruppen.

Weder im Fallschacht noch im späteren Nadelfilz, der einer Temperatur von bis zu 500°C über ca. 1 Stunde ausgesetzt wurde, konnte Formaldehyd nachgewiesen werden.

Als besonders geeignete Nadelhilfsmittel haben sich bislang in der Praxis die perfluorierten Polyether gemäß Anspruch 3 erwiesen, da diese einerseits äußerst günstige Gleiteigenschaften zwischen den Faserschlingen während der Vernadelung bewirken und andererseits dadurch, daß praktisch sämtliche Wasserstoffatome innerhalb des Polyethersystems durch Fluoratome ersetzt sind, sind derartige perfluorierte Polyether chemisch inert und auch thermisch widerstandsfähig.

Als besonders bevorzugte Ausführungsform eines Nadelhilfsmittels hat sich der perfluorierte Polyether gemäß An spruch 4 erwiesen, welcher beispielsweise unter der Bezeichnung Fomblin FE 20C im Handel erhältlich ist.

Gemäß Anspruch 5 dem Nadelhilfsmittel zusätzlich zu dem halogenierten Polymer noch einen Alkohol, insbesondere einen sterisch gehinderten Alkohol, vorzugsweise t-Butylal kohol zuzusetzen, hat den Vorteil, daß die Dispersion hier durch stabilisiert wird, wobei der t-Butylalkohol, der einen Siedepunkt von ca. 80°C aufweist, im Fallschacht so fort verdunstet und auch keinerlei Zersetzungsprodukte zu rückläßt. Die Zugabe eines derartigen Alkohols stabilisiert die Dispersion beziehungsweise die Emulsion des verwendeten Polymers in Wasser.

Besonders bevorzugtes Nadelhilfsmittel ist ein solches gemäß Anspruch 6, in welchem die Dispersion als wäßrige Mi kroemulsion vorliegt. Eine derartige Mikroemulsion hat den Vorteil, daß sie ohne aufwendige Durchmischung bereits eine homogene Verteilung des verwendeten halogenierten Polymers im Wasser aufweist, so daß auch von Charge zu Charge repro duzierbar gute Ergebnisse erzielt werden.

Vorzugsweise hat die wäßrige Emulsion beim Aufbringen auf die Fasern der Mineralwolle, insbesondere Glaswolle, die Konzentration von ca. 0,1 bis 0,5 Gew.-% halogeniertes Polymer und ca. 0,05 bis 0,45 Gew.-% t-Butylalkohol. Mit diesen Endkonzentrationen, die auf die Mineralwolle aufgebracht werden, benötigt man nur geringe Mengen an Nadelhilfsmittel, um die bei der Vernadelung erwünschten Eigenschaften zu erzielen.

Aufgrund des nur geringen Verbrauchs des erfindungsgemäßen Nadelhilfsmittels ist der Kostenaufwand im Vergleich zu den herkömmlichen Avivagen auch vertretbar.

In Anspruch 8 wird die Verwendung des erfindungsgemäßen Nadelhilfsmittels zur Herstellung eines Nadelfilzes beansprucht.

In Anspruch 9 ist ein Nadelfilz beansprucht.

Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Nadelfilzes liegt darin, daß erstmals ein Formaldehyd-freier Nadelfilz zur Verfügung steht, der auch unter starker thermischer Belastung bis auf ca. 500°C gemäß Anspruch 9 keinen Formaldehyd abspaltet.

Die erfindungsgemäßen Nadelfilze sind somit hervorra gend für die Wärmedämmung in Haushaltsgeräten, insbesondere Backöfen und Herden geeignet, da sie beim Anfangsbetrieb beim Endverbraucher weder unangenehme Gerüche noch toxische Zersetzungsprodukte erzeugen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll bemerkt wer den, daß sich das erfindungsgemäß Nadelhilfsmittel zur Vernadelung von Mineralwolle, jedoch insbeondere in Form von Glaswolle eignet.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aufgrund der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.

Beispiel

Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Nadelhilfsmittelrezeptur wurde eine wäßrige Mikroemulsion eines Perfluorpolyethers verwendet, der unter der Bezeichnung "Fomblin FE 20C" im Handel erhältlich ist. Diese Emulsion weist einen Polymeranteil von ca. 20 Gew.-% auf und ist mit ca. 18 Gew.-% t-Butylalkohol stabilisiert.

Der beispielhafte verwendete perfluorierte Polyether hatte folgende allgemeine Formel:

CF₃-(O-CF(CF₃)-CF₂)_n-(O-CF₂)_m-O-CF₂-R

wobei R = -COO⁻ NH₄⁺ oder -C(OH)₂-CF₃ ist, und wobei n und m ganze Zahlen sind mit n/m 20 bis 40.

Zur Herstellung einer einsatzfähigen Lösung beziehungs weise Dispersion wird die kommerziell erhältliche Lösung mit Wasser auf ca. 12 Gew.-% Polymeranteil verdünnt. Im An satzbehälter- der Nadelfilzlinie werden dann drei kg der 12 %-igen Emulsion in 250 kg Wasser gegeben und mittels Pro pellerrührer gemischt.

Diese Lösung, die eine Endkonzentration von ca. 0,15 Gew.-% Polymer, im Beispielsfalle Perfluorpolyether, ent hält, wurde dann auf einen, im Beispielsfalle Glaswolle filz, aufgesprüht und dieser unter eine Nadelbank geführt und einer Vernadelung unterzogen. Alternativ wird das obige beispielhafte Nadelhilfsmittel direkt auf die Fasern im Fallschacht aufgesprüht.

Ein derartig hergestellter Nadelfilz aus Glaswolle hat eine Rohdichte von ca. 50 kg/m³ und eine Dicke von ca. 17 mm.

Die so hergestellten Nadelfilze wurden in einer Normküche nach DIN 44971 in zuvor ausgeglühten Herden thermisch bei ca. 250°C belastet und etwaige entstehende Zersetzungsprodukte analysiert.

Hierbei stellte sich heraus, daß einerseits keinerlei toxische Produkte gebildet wurden, insbesondere konnten we der Formaldehyd noch Fluorwasserstoff in der Abluft des Ofens nachgewiesen werden.

Somit erübrigt sich ein bei herkömmlichen Avivagen häu figes erforderliches Ausglühen des Nadelhilfsmittels im An schluß an den Vernadelungsprozeß. Daher sind die Nadelfilze der vorliegenden Erfindung hervorragend geeignet, um in Haushaltsgeräten wie Backöfen oder Herden als Wärmedämmate rial eingesetzt zu werden, da sich auch bei Experimenten mit derartigen Geräten gezeigt hat, daß weder bei Erstbe trieb noch bei Betrieb über einen Zeitraum von mehreren Wo chen keinerlei störende Geruchsbelästigungen aufgetreten sind, oder gar toxische Produkte an die Umgebungsluft abge geben werden.

Claims

1. Nadelhilfsmittel zur Herstellung von Nadelfilzen aus Mineralwolle, dadurch gekennzeichnet, daß es eine wäßrige Dispersion mindestens eines wenigstens teilhalogenierten Polymers enthält, welches ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus:
halogenierten synthetischen Ölen;
halogenierten Polyethern;
halogenierten Polyestern;
halogenierten Polyolen; sowie deren Mischungen.

2. Nadelhilfsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halogenierten synthetischen Öle ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus:
fluorierten, insbesondere perfluorierten synthetischen Ölen, chlorierten, insbesondere perchlorierten synthetischen Ölen, bromierten, insbesondere perbromierten Synthetischen Ölen; und
die halogenierten Polyether ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus:
fluorierten, insbesondere perfluorierten Polyethern, chlorierten, insbesondere perchlorierten Polyethern, bromierten, insbesondere perbromierten Polyethern; und
die halogenierten Polyester ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus:
fluorierten, insbesondere perfluorierten Polyestern, chlorierten, insbesondere perchlorierten Polyestern, bromierten, insbesondere perbromierten Polyestern; und
die halogenierten Polyole ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus:
fluorierten, insbesondere perfluorierten Polyolen, chlorierten, insbesondere perchlorierten Polyolen, bromierten, insbesondere perbromierten Polyolen; wobei
unter den Begriffen "perfluoriert", "perchloriert" und "perbromiert" verstanden wird, daß praktisch jedes Wasserstoffatom innerhalb des Polymers durch ein entsprechendes Halogen ersetzt ist, mit Ausnahme einer oder beider endständiger Gruppen.

3. Nadelhilfsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es einen perfluorierten Polyether enthält.

4. Nadelhilfsmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der perfluorierte Polyether folgende allgemeine Formel aufweist: CF₃-(O-CF(CF₃)-CF₂)_n-(O-CF₂)_m-O-CF₂-R,wobei R = -COO⁻ NH₄⁺ oder -C(OH)₂-CF₃ ist, und wobei n und m ganze Zahlen sind mit n/m 20 bis 40.

5. Nadelhilfsmittel nach einem der Ansprüche 12 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich zu dem halogenierten Polymer noch einen Alkohol, insbesondere einen sterisch gehinderten Alkohol vorzugsweise t-Butylalkohol, enthält.

6. Nadelhilfsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 51 dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion als wäßrige Mikroemulsion vorliegt.

7. Nadelhilfsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Emulsion folgende Konzentrationen beim Aufbringen auf die Fasern der Mineralwolle aufweist:
ca. 0,1 bis 0,5 Gew.-% Polymer
ca. 0,05 bis 0,45 Gew.-% t-Butylalkohol.

8. Verwendung eines Nadelhilfsmittels gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Verfahren zur Herstellung eines Nadelfilzes aus Mineralwolle, wobei einer Filzbahn das Nadelhilfsmittel zugesetzt wird und diese sodann vernadelt wird.

9. Nadelfilz, erhältlich nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er beim Erwärmen bis auf ca. 500°C keinen Formaldehyd abspaltet.