DE19630254C2

DE19630254C2 - Staubbindeöle für Fasern aus Basalt, Glas oder Keramik

Info

Publication number: DE19630254C2
Application number: DE19630254A
Authority: DE
Inventors: Ernst Engel; Rolf 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: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2016-07-27
Also published as: DE19630254A1

Description

Die Erfindung betrifft Staubbindeöle für Fasern aus Basalt, Glas oder Keramik nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

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 wird 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 oder Glaswolle gewonnen.

Je nach Einsatzgebieten werden die Mineralschmelzen im Spinnschacht (Fall schacht) mit wäßrigen Emulsionen, respektive Lösungen, besprüht, um die Weiter verarbeitung zu sichern.

Gemeinsam ist allen Mineralstoffasern, daß sie im Fallschacht mit wäßrigen Emul sionen von sogenannten Staubbindeölen besprüht werden, um die spröden Kurz fasern des Mineralvlieses zu binden.

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

Im Falle der vorliegenden Erfindung geht es um die üblicherweise eingesetzten Staubbindeöle, die sich auf Mineralölbasis aufbauen.

Dem Stand der Technik entsprechend werden Mineralöle mit Emulgatoren in einer Menge von 1-10 Gew.-% 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 Mineralöls 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 stark 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 Vis kosität ein zu geringes Staubbindevermögen, das sich auch in einer unbefriedi genden 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 voremul gierte Emulsionen derartiger hochviskoser Mineralölfraktionen, die gut handhabbar sind, und vom Mineraldämmstoffhersteller auf die oben erwähnten Arbeitskonzen trationen von 1-25% selbst abgeschwächt werden.

Die in der Praxis heute gelieferten Mineraralölfraktionen (mit Emulgatoren) liegen so hoch, daß eine Lieferung und Lagerung bei über 40°C erfolgen muß. So hoch heißt in der kinematischen Viskosität, die bei 20°C bei über 4900 mm²/s liegt.

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

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

Beide Wege der Herstellung von Staubbindeölen sind aufwendig, teuer und wer den in der Praxis zunehmend kritisiert.

Aus der DE 36 16 454 C2 ist eine Mischung aus Mineralöl- und nativem Öl- Produkt bekannt. Als natives Öl wird ein Rapsöl-Produkt genannt. Es wird eine niedrige Oberflächenspannung solcher wäßrigen Emulsionen beschrieben.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Staubbindeöle zu schaffen, die als 100%ige Konzentrate geliefert werden, bei Raumtemperatur pumpfähig und transportierbar sind und dem vorher erwähnten Anforderungsprofil bezüglich Verträglichkeiten mit Harzen und anderen Hilfsstoffen entsprechen so wie die erwünschten Auflagen nach dem Aufbringen im Fallschacht mit den er wünschten Zugfestigkeiten verbinden.

Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weite re Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nachfolgen den Beschreibung zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur, die die Viskosität als Funktion des Verhältnisses Mineralöl/Additiv zeigt, näher erläutert.

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

Das Mischungsverhältnis Mineralöl/Additiv (als Synonym für die nativen Ester resp. Öle) beträgt erfindungsgemäß 99-50 : 1-50, vorzugsweise 95-70 : 5-30 Gewichtsteile. Die erfindungsgemäßen Mischungen enthalten die nativen Öle in einer Menge von 1-50 Gewichtsteilen, vorzugsweise 5-30 Gewichtsteilen, bezo gen auf 100 Gewichtsteile Mischung.

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

Beansprucht werden als Staubbindeöle für Fasern aus Basalt, Glas oder Keramik, Mischungen aus bei Raumtemperatur (20°C) eine Viskosität von über 4900 mm²/s aufweisenden 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 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtsystem, können die Mineralöl/Additivsysteme in emulgierbare Staub bindeöle umgewandelt werden. Jedoch lassen sich die beanspruchten Mischun gen auch ohne Emulgatoren rein mechanisch (Ultraschall) in Wasser hineinemul gieren.

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

Die Additive werden teilweise bereits als Schmiermittel z. B. für Waldsägen, teil weise 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.

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

Damit ergibt sich überraschenderweise 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 kritischen Tem peratur 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 Viskosi täten bei 20°C von über 4900 mm²/s auf, wobei in der Viskosität nach oben keine Begrenzung zu setzen ist. Selbst bei Raumtemperatur fast nicht fließfähige De stillationsrückstände mit Viskositäten von über 5000 mm²/s bei 40°C können er findungsgemäß mit nativen Ölen bzw. Estern auf flüssige, niederviskose Staub bindeöle 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 alka lisch reagierenden Phenolharzsystemen gewährleistet. An nichtionischen Emul gatoren werden die bekannten Fettalkoholethyloxylate mit 3 bis 10 Mol Ethylen oxyd verwendet, die eine Emulgierung der erfindungsgemäßen Staubbindeölsy steme 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. Dabei werden die Mischungen auf die Basaltfasern, Glasfasern etc. durch Düsen aufgesprüht.

Überraschenderweise ist die Erniedrigung der Viskosität der "Hochsieder" mit den erfindungsgemäß beschriebenen, nativen Ölen kein reiner Additiveffekt, dahinge hend, daß die Viskositäten der Staubbindeölsysteme sich anteilmäßig rein additiv verhalten, sondern überraschenderweise erniedrigen sich die Viskositäten "syner gistisch". 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 Gewichtsteile) niederviskose, pumpfä hige, bei Raumtemperatur zu handhabende Staubbindeöle mit extrem hochvisko sen Mineralölfraktionen mit unter 50 Gewichtsteilen Zusätzen als Systeme herzu stellen.

Anwendungsbeispiele Beispiel 1 Viskositäten eines Gemisches von reinem Mineralöl und Rüböl Mineralöl

Viskosität bei 20°C: 4900 m²

/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.

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

Die Figur stellt die Werte der Tabelle graphisch dar. Gezeigt ist die Abhängigkeit der Viskosität in mm²/s durch Zumischen des Additivs zu einem Mineralöl mit einer Grundviskosität von 4900 mm²/s (20°C) bei verschiedenen Temperaturen.

In ähnlicher Weise verhält sich ein Mineralöl mit der Grundviskosität bei 20°C von 75000 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

In ähnlicher Weise kommt es zu einem synergistischen Absenken der Viskositä ten, 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 Flamm punkt des nativen Öls, 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:

a) 90 Teile des Mineralöls nach b) sowie 10 Teile Rüböl: Gesamtviskosität:
bei 20°C: 2800 mm²/s.
b) Mineralöl: nach Beispiel 1:
(Mineralöl A plus gleiche Teile Rüböl)
Viskosität: 500 mm²/s bei 20°C
c) 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 Gew.-% Talgfettalkohol + 3 EO als Emulgator versetzt worden und mit kaltem Wasser auf die Arbeitskonzentration der Emulsion von 15 Gew.-% Feststoff gebracht worden.

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

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

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

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

Die Glaswolle a) ist aufgrund ihres zu niederen Fettgehaltes zur Weiterverarbei tung 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 Visko sität im beheizten Tankzug mit 40-60°C angeliefert werden muß und durch im Winter zu heizende Befüllungsanlagen in beheizbare Lagerbehälter bei Glaswolle herstellern zu lagern ist.

Die in der Praxis weit verbreitete Emulsion nach c) transportiert ca. 50 Gew.-% Wasser durch die Gegend. Die Herstellung der 50-55 Gew.-%igen Voremulsion bei Öllieferanten erfolgt jedoch zur Erzielung optimaler Hydrophobeffekte auf der Glaswolle, mit so wenig 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 Minerelöl/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. 1: 60 g/l Mineralöl; Viskosität bei 20°C:
  5800 mm²/s
- 2. 2: dto. gleiches Mineralöl/Additiv 7 : 3 Gewichtsteile 60 g/l
  Additiv:
  - a) Rüböl
  - b) Kokosöl
  - c) Palmkernöl

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

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

Claims

1. Staubbindeöle für Fasern aus Basalt, Glas oder Keramik mit einer Viskosität von unter 3000 mm²/s bei 20°C, dadurch gekennzeichnet, daß das Staubbindeöl eine Mischung aus:
hochviskosen, bei Raumtemperatur nicht pumpfähigen Mineralölen mit Viskositäten von ≧ 4900 mm²/s bei 20°C und
Rüböl, Kokosöl, Palmkernöl, Palmöl, Erdnussöl, Mandelöl, Olivenöl oder Rinderklauenöl als native Öle mit Viskositäten von ≦ 100 mm²/s bei 20°C und Flammpunkten bei über 270°C
enthält, wobei die nativen Öle in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile Mischung, enthalten sind.

2. Staubbindeöle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nativen Öle in einer Menge von 5 bis 30 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile Mischung, enthalten sind.

3. Staubbindeöle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese in wäßrigen Emulsionen vorliegen.

4. Staubbindeöle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrigen Emulsionen nichtionische, anionische oder kationische Emulgatoren enthalten.