DE19630254A1

DE19630254A1 - Staubbindeöle für mineralische Fasern (Basalt, Glas, Keramik)

Info

Publication number: DE19630254A1
Application number: DE19630254A
Authority: DE
Inventors: Ernst Engel; Rolf Dr Kleber; Stefan Koehler; Erwin Redling
Original assignee: KAPP CHEMIE GmbH
Current assignee: KAPP CHEMIE GmbH
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2016-07-27
Also published as: DE19630254C2

Description

Für Dämm- und Isolierstoffe werden durch Schmelzspinnprozesse hergestellte Fasern aus mineralischen Rohstoffen verwendet.

Im Prinzip werden die Rohstoffe (Glas, Basalt, Keramik) bei Temperaturen von über 1000°C aufgeschmolzen und die flüssige Schmelze durch Spinndüsen (Platin etc.) gepumpt. Unterhalb der Spinndüsen kühlt sich die Schmelze schnell ab und wird am Ende des Spinnschachtes als amorphes Vlies als Stein-, Basalt-, Glaswolle gewonnen.

Je nach Einsatzgebieten werden die Mineralschmelzen im Spinnschacht (Fallschacht) mit wäßrigen Emulsionen, respektive Lösungen besprüht um die Weiterverarbeitung zu sichern.

Gemeinsam ist allen Mineralstoffasern, daß sie im Fallschlacht mit wäßrigen Emulsionen von sogenannten Staubbindeölen besprüht werden, um die spröden Kurzfasern des Mineralvlieses zu binden.

Die Mineralfaservliese werden je nach Einsatzgebieten neben den Staubbindeölen teilweise mit Harzen auf Basis Phenol-Formaldehyd oder auch Methylol-melamin, mit Silikonemulsionen zur Hydrophobierung, mit Haftvermittler auf Silanbasis gleichzeitig mit den Staubbindeölen oder auch nachträglich behandelt.

Im Falle der vorliegenden Anmeldung geht es um die üblicher Weise eingesetzten Staubbindeöle, die sich auf Mineralölbasis aufbauen.

Dem Stand der Technik entsprechend werden Mineralöle mit Emulgatoren in einer Menge von 1-10% vermischt, und beim Dämmstoffhersteller mit Wasser auf 1-25%ige Emulsionen verdünnt und im Fallschacht alleine oder mit den oben erwähnten Hilfsmitteln aufgebracht.

Zum Abkühlen der unter der Spinndüse noch über 800°C heißen Mineralfaser wird das Wasser der Staubbinde-Emulsion genutzt, da die Verdampfungswärme von Wasser die heiße Mineralfaser schnell abkühlt.

Dieser Abkühlprozeß vermeidet auch ein zu starkes Verdampfen des Mineralöles und vermeidet damit einmal ein Umweltproblem via den Schornstein, zum andern wird die gewünschte Auflage zum Staubbinden, die je nach Mineralfaser bei 0,3 bis 0,7% liegen sollte, erzielt.

Trotzdem befindet sich die Dämmstoffindustrie im Dilemma, daß zur Erzielung optimaler Auflagen als Grundöle hochsiedende Mineralölfraktionen eingesetzt werden müssen, deren Handhabung einige Probleme bereitet. Werden zu verdünnte Emulsionen eingesetzt, so können die gewünschten Auflagen mangels Masse, trotz verbesserter Verdampfungswärme, nicht erreicht werden.

Niederviskose Mineralölfraktionen verdampfen zu schnell und erzielen einmal nicht die gewünschte Ölauflage, zeigen aber auch aufgrund ihrer zu niedrigen Viskosität, ein zu geringes Staubbindevermögen, daß sich auch in einer unbefriedigenden Zugfestigkeit der Mineralfasern ausdrückt.

Um der erwähnten Problematik aus dem Wege zu gehen, hat die Staubbindeöle liefernde Industrie zwei Wege beschritten.

Zum einen werden hochsiedende, hochviskose Mineralölfraktionen ausgewählt, die im Fallschacht nicht verdampfen, zum anderen liefert diese Industrie voremulgierte Emulsionen derartiger hochviskoser Mineralölfraktionen, die gut handhabbar sind, und vom Mineraldämmstoffhersteller auf die oben erwähnten Arbeitskonzentrationen von 1-25% selbst abgeschwächt werden.

Die in der Praxis heute gelieferten Mineralölfraktionen (mit Emulgatoren) liegen so hoch, daß eine Lieferung und Lagerung bei über 40°C erfolgen muß. So hoch heißt in der Viskosität, die bei 20°C bei über 5000 mm²/s liegt.

Durch Temperaturen, die je nach Anforderungsprofil bei 40 bis 100°C liegen können, werden die "Hochsieder" pump- und transportfähig.

Der andere Weg der Voremulgierung besteht darin, daß bereits beim Staubbindeöllieferanten "Hochsieder" mit gerade soviel Emulgator versehen werden um mit einer nachfolgenden mechanischen Emulgierung (Ultraschall etc.) in ca. 40 bis 60%ige Emulsionen gebracht zu werden, die an die Dämmstoffhersteller geliefert zu werden.

Beide Wege der Herstellung von Staubbindeöle sind aufwendig, teuer und werden in der Praxis zunehmend kritisiert.

Die vorliegende Erfindung beansprucht Staubbindeöle, die als 100%ige Konzentrate geliefert werden, bei Raumtemperatur pumpfähig und transportierbar sind, kein Wasser enthalten und das vorher erwähnte Anforderungsprofil bezüglich Verträglichkeiten mit Harzen und anderen Hilfsstoffen entsprechen, sowie die erwünschten Auflagen nach den Aufbringen im Fallschacht mit den erwünschten Zugfestigkeiten verbinden.

Die beanspruchten Staubbindeöle bestehen aus den hinreichend erwähnten hochsiedenden, hochviskosen Mineralölfraktionen in Mischung mit nativen Ölen.

Das Mischungsverhältnis Mineralöl/Additiv (als Synonym für die nativen Ester resp. Öle) beträgt erfindungsgemäß 1-50%, vorzugsweise 5-30%. Die erfindungsgemäßen Mischungen enthalten die nativen Öle in einer Menge von 1-50 Gewichtsteilen, vorzugsweise 5-30 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile Mineralöl.

Der entscheidende Punkt der beanspruchten Mischungen liegt darin, daß der Flammpunkt des Gesamtsystems nicht gesenkt wird, so daß naheliegende Zusätze wie z. B. Esteröle des Typs Pentaerythryt-tetra-pelargonat oder niederviskose Silikonöle vom Typ Dimethylpolysiloxan infolge ihrer zu niederen Flammpunkte nicht in Frage kommen.

Beansprucht werden als Staubbindeöle für mineralische Fasern, Mischungen aus bei Raumtemperatur (20°C) eine Viskosität von über 5000 mm²/s aufweisende Mineralölfraktionen mit Flammpunkten von über 270°C mit nativen Ölen, deren Viskosität bei 20°C bei kleiner 100 mm²/s liegt, und die selbst Flammpunkte von über 270°C aufweisen.

Die erfindungsgemäßen Mischungen sind bei Raumtemperatur so niederviskos, daß sie ohne heizbare Tankzüge etc. transportiert werden können.

Durch Zusatz von Emulgatoren in einer Menge von 1-10% bezogen auf das Gesamtsystem können die Mineralöl/Additivsysteme in emulgierbare Staubbindeöle umgewandelt werden. Jedoch lassen sich die beanspruchten Mischungen auch ohne Emulgatoren rein mechanisch (Ultraschall) in Wasser hineinemulgieren.

Die zugesetzten Additive sind natürlich vorkommende Öle wie Rüböl, Kokosöl, Palmkernöl, Erdnussöl, etc., wobei das Kriterium des Flammpunktes und der Viskosität erfüllt werden muß.

Die Additive werden teilweise bereits als Schmiermittel z. B. für Waldsägen, teilweise als Schmiermittel in Flugzeugmotoren usw. eingesetzt. Einem Einsatz als Staubbindeöle allein steht bis heute ihr ungesättigter Charakter im Wege, der bei den in der Mineralfaserindustrie üblichen hohen Temperaturen im Fallschacht zur Selbstentzündung führen könnte.

Überraschender Weise zeigen die erfindungsgemäß beanspruchten Mischungen von Mineralölen mit nativen Estern resp. Ölen keine Geruchsbelästigungen und in den beanspruchten Mischungsgrenzen keine Selbstentzündungstendenzen. Überraschender Weise ist die Reduzierung der Viskosität der eingesetzten Mineralölfraktionen nicht mit einer Reduzierung des Staubbindevermögens und der Zugfestigkeit der präparierten Mineralfaser verbunden, wie sie bei Verwendung gleichviskoser reiner Mineralölfraktionen beobachtet wird.

Damit ergibt sich überraschender Weise die Möglichkeit Staubbindeöle anzubieten, die bei Raumtemperatur eine zum Transport fähige, niedere Gesamtviskosität bei 20°C von unter 3000 mm²/s aufweisen, im Flammpunkt über der kritische Temperatur von 270°C liegen und trotz der niederen Viskosität ein ausreichendes Staubbindevermögen auf Mineralfasern zeigen.

Die eingesetzten Mineralölfraktionen bestehen aus Aromaten, Naphthenen und Paraffinen und weisen Flammpunkte von über 270°C und üblicherweise Viskositäten bei 20°C von über 900 mm²/s auf, wobei in der Viskosität nach oben keine Begrenzung zu setzen ist. Selbst bei Raumtemperatur fast nicht fließfähige Destillationsrückständen mit Viskositäten von über 5000 mm²/s bei 40°C können erfindungsgemäß mit nativen Ölen bzw. Estern auf flüssige, niederviskose Staubbindeöle additiviert werden.

Zur Verbesserung der Emulgierfähigkeit mit Wasser empfiehlt sich der Einsatz niederviskoser nichtionogener Emulgatoren. Dadurch wird die Verträglichkeit mit anionischen und nichtionischen Zusätzen gewährleistet. Durch nichtionische Emulgatoren ist speziell die Verträglichkeit mit den häufig eingesetzten leicht alkalisch reagierenden Phenolharzsystemen gewährleistet. An nichtionischen Emulgatoren werden die bekannten Fettalkoholethyoxylate mit 3 bis 10 Mol Ethylenoxyd verwendet, die eine Emulgierung der erfindungsgemäßen Staubbindeölsysteme mit kaltem Wasser ermöglichen.

Es ist allerdings auch möglich, die erfindungsgemäßen Mischungen pur, d. h. ohne Zusatz von Emulgatoren und Wasser allein auf mineralische Fasern einzusetzen. Verfahrensmäßig werden dabei die Mischungen auf die Basaltfasern, Glasfasern etc. durch Düsen aufgesprüht.

Überraschender Weise ist die Erniedrigung der Viskosität der "Hochsieder" mit den erfindungsgemäß beschriebenen nativen Ölen kein reiner Additiveffekt dahingehend, daß die Viskositäten der Staubbindeölsysteme sich anteilmäßig rein additiv verhalten, sondern überraschender Weise erniedrigen sich die Viskositäten "synergistisch". Mischt man z. B. einen reinen "Hochsieder" mit 4900 mm²/s bei 20°C mit der gleichen Menge Rüböl (Viskosität 60 mm²/s bei 20°C) so ergibt sich für diese 1 : 1 Mischung nicht die Mittelviskosität von ca. 2500 mm²/s sondern gemessen werden nur ca. 400 mm²/s.

Dieser unerwartete Effekt erlaubt es überhaupt, in den beanspruchten Grenzen der Erfindung (1-50 vorzugsweise 5-30%) mit extrem hochviskosen Mineralölfraktionen mit unter 50% Zusätzen, niederviskose pumpfähige bei Raumtemperatur zu handhabende Staubbindeöle, als Systeme herzustellen.

Anwendungsbeispiele

1) Viskositäten eines Gemisches von reinem Mineralöl und Rüböl:
Mineralöl:
Viskosität bei 20°C: 4900 mm²/s; Flammpunkt: über 300°C;
Aromaten: 10%, Naphthene: 28%; Paraffine: 62%.
Rüböl:
Viskosität bei 20°C 60 mm²/s; Flammpunkt: über 320°C.

Der folgenden Tabelle sind die synergistisch erniedrigten Viskositätswerte dieser Mischung (Additiv steht für Rüböl) zu entnehmen; wobei auch die Werte bei 7°C und 40°C den Synergismus bestätigen.

Die beigefügte Graphik zeigt die Werte graphisch dargestellt.

Abhängigkeit der Viskosität in mm²/s durch Zumischen des Additives zu einem Mineralöl mit einer Grundviskosität von 4900 mm²/s (20°C) bei verschieden Temperaturen

In ähnlicher Weise verhält sich ein Mineralöl mit der Grundviskosität bei 20°C von 75 000 mm²/s und ein anderes mit 12000 mm²/s bei 20°C, wenn sie mit Rüböl (Additiv) gemischt werden.

Die folgende Tabelle zeigt den Synergismus der Viskositätserniedrigung.

Verschnitt mit hoch viskosen Mineralölen

Viskositäten in mm²/s, gemessen bei 20°C mit Brookfield Viskosimeter u. anschl. umgerechnet.

In ähnlicher Weise kommt es zu einem synergistischen Absenken der Viskositäten, wenn anstelle des beschriebenen Rüböls andere native Öle, z. B.: Kokosöl, Palmkernöl, Palmöl, Erdnussöl, Mandelöl, Olivenöl oder Rinderklauenöl verwendet werden.

Entscheidend ist die Viskosität von unter 100 mm²/s bei 20°C, sowie der Flammpunkt des nativen Öles der bei über 270°C liegen muß.

Beispiel 2

Staubbindevermögen sowie Restfettgehalte beim Herstellen von Dämmstoffen aus Glas:
In einer Anlage werden Flaschenglas, Fensterglas bei 1500°C geschmolzen und in üblicher Weise durch Platinspinndüsen ausgepreßt.

Im Fallschacht wird das Glasbündel mit folgenden Emulsionen besprüht:

a) Mineralöl: Viskosität bei 20°C: 300 mm²/s
b) Mineralöl: Viskosität bei 20°C: 7000 mm²/s
c) 53%ige wäßrige Emulsion im Anlieferungszustand, die vor Ort mit Wasser auf ca. 15% Feststoff verdünnt wird.

a-c: Stand der Technik

Erfindungsgemäß:

d) 90 Teile des Mineralöls nach b sowie 10 Teile Rüböl: Gesamtviskosität: bei 20°C: 2800 mm²/s.
e) Mineralöl: nach Beispiel 1: (Mineralöl A plus gleiche Teile Rüböl) Viskosität: 500 mm²/s bei 20°C
f) Mineralöl: nach Beispiel 1: Mineralöl B mit gleicher Menge Rüböl gemischt, Viskosität: bei 20°C: 430 mm²/s.

a, b, c, d, e und f) sind mit ca. 10% Talgfettalkohol + 3 EO als Emulgator versetzt worden und mit kaltem Wasser auf die Arbeitskonzentration der Emulsion von 15% Feststoff gebracht worden.

Diese 15%igen Emulsionen sowie die Emulsion nach c) werden aufgesprüht, um eine Fettauflage von ca. 0,6% (Sollauflage) zu erzielen, welche für eine optimale Weiterverarbeitung der Glasdämmwolle nötig ist (Staubbindevermögen, Hyrophobeffekte etc.).

Bei keiner Emulsion wurde ein Entflammen im Fallschacht beobachtet, was insbesondere im Falle der Emulsionen e und f mit ihrem hohen Rübölanteil unerwartet ist.

Deutliche Unterschiede zeigten sich anschließend bei der Kontrolle der Ölauflagen (Soxhleth extraktion mit Methylenchlorid als Solvens):

a) 0,15%
b) 0,6%
c) 0,55%
d) 0,6%
e) 0,6%
f) 0,6%.

Die Glaswolle a) ist aufgrund ihres zu niederen Fettgehaltes zur Weiterverarbeitung nicht geeignet. b-f) sind gut weiterverarbeitbar.

Dabei muß berücksichtigt werden, daß das reine Mineralölsystem b als Stand der Technik den Praxistest bestanden hat, dieses System aber aufgrund seiner Viskosität im beheizten Tankzug mit ca. 40-60°C angeliefert werden muß und durch im Winter zu heizende Befüllungsanlagen in beheizbare Lagerbehälter bei Glaswolleherstellern zu lagern ist.

Die in der Praxis weitverbreitete Emulsion nach c) transportiert ca. 50% Wasser durch die Gegend. Die Herstellung der ca. 50-55%igen Voremulsion bei Öllieferanten erfolgt jedoch zur Erzielung optimaler Hydrophobeffekte auf der Glaswolle, mit sowenig Emulgator, daß eine zusätzliche Homogenisierung mittels Ultraschall zur Erzielung einer stabilen Voremulsion zwingend erforderlich ist. Derartige Voremulsionen sind damit allein vom Preis auf Feststoff bezogen, etwa doppelt so teuer wie die von uns beanspruchten Mineralöl/additivsysteme.

Beispiel 3

Staubbindeöl für Basaltwolle:
Basalt wird mit Zuschlägen wie unter Beispiel 2 beschrieben bei 1450°C schmelzgesponnen und im Fallschacht mit Emulsionen besprüht, die

a) 50 g/l Phenolharz
b) 40 g/l Silikonemulsion (60%ig an Dimethylpolysiloxan)
c) folgende Staubbindeemulsionen enthalten:
1: 60 g/l Mineralöl; Viskosität bei 20°C: 5800 mm²/s
2: dto. gleiches Mineralöl/Additiv 7 : 3 Gewichtsteile 60 g/l
Additiv:
- a) Rüböl
- b) Cokosöl
- c) Palmkernöl.

Mineralöl 1 muß bei 60°C heiß transportiert werden, um in die erwähnten Emulsionen unter Zusatz von 7% Isotridecylalkohol + 6 EO, bezogen auf die Öle hineinemulgiert zu werden.

Nach dem Sprühen im Fallschacht werden die Basaltvliese bei 220°C über 6 Minuten gehärtet. Die so erhaltenen Dämmplatten sind voll verarbeitbar, sie entsprechen im Flammfestverhalten den behördlichen Auflagen und die Hydrophobierung (Sinktest in Wasser) wird voll erfüllt.

Claims

1. Staubbindeöle für mineralische Fasern auf Basis Basalt, Glas, Keramik dahingehend, daß hochviskose, bei Raumtemperatur nicht pumpfähige Mineralöle in Mischung mit nativen Ölen eingesetzt werden, deren Flammpunkte bei über 270°C und deren Viskositäten bei 20°C bei unter 100 mm²/sec. liegen, wobei die Mineralöle bei 20°C eine Viskosität von über 5000 mm²/sec. aufweisen.

2. Staubbindeöle nach Anspruch 1, daß als native Öle Rüböl, Kokosöl, Palmkernöl, Palmöl, Erdnussöl, Klauenöl eingesetzt werden.

3. Staubbindeöle nach Anspruch 1, daß die beanspruchten Mischungen, die nativen Öle in einer Menge von 1-50 Gewichtsteilen, vorzugsweise 5-30 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile Mineralöl, enthalten.

4. Verfahren zur Herstellung der nach Anspruch 1 beanspruchten Staubbindeöle, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die beanspruchten Mischungen pur oder als wäßrige Emulsionen, die entweder durch mechanisches Emulgieren der puren Staubbindeöle nach Anspruch 1 in Wasser hinein mittels Homogenisiereinrichtungen (Ultrasonolatoren, Ultraturrax etc.) hergestellt werden, oder durch vorherigen Zusatz von Emulgatoren (nichtionisch, anionisch, kationisch) in emulgierfähige Mischungen gebracht werden.

5. Staubbindeöle nach Anspruch 1 dahingehend, daß diese in wäßrigen Emulsionen in Kombination mit üblichen Zusätzen, wie sie für mineralische Fasern eingesetzt werden, verwendet werden.