DE2219643B2

DE2219643B2 - Process for the manufacture of moisture-resistant products formed from inorganic fibers

Info

Publication number: DE2219643B2
Application number: DE2219643A
Authority: DE
Inventors: Bengt Robert Bandhagen Gustafson; Einar Sigurd Lidingoe Hecktor; Nils Gunnar Stockholm Nord
Original assignee: CASCO STOCKHOLM AB
Current assignee: CASCO STOCKHOLM AB
Priority date: 1971-04-26
Filing date: 1972-04-21
Publication date: 1975-01-30
Also published as: GB1386474A; NL7205146A; SE344738B; NO126794B; DE2219643A1; ZA722587B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feuchtigkeitsbeständigen Produkten aus anorganischen Fasern. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung feuchtigkeitsbeständiger g formter Produkte durch Dispergieren der anorganischen Fasern zusammen mit einem Bindemittel in Wasser, worauf die Mischung geformt, entwässert und getrocknet wird. Das verwendete Bindemittel ist ein Phenol-Formaldehyd-Harz mit einer derartig begrenzten Wasserverträglichkeit bzw. Wassertoleranz, daß das Harz mit Wasser nicht auf einen Feststoffgehalt von weniger als 10 Gewichtsprozent, vor?ugsweise 30 Gewichtsprozent, verdünnt werden kann, ohne daß das Harz ausfällt.The invention relates to a method for the production of moisture-resistant products from inorganic Fibers. In particular, the invention relates to a method of making moisture resistant g molded products by dispersing the inorganic Fibers together with a binder in water, whereupon the mixture is shaped, dehydrated and is dried. The binder used is a phenol-formaldehyde resin with such a limited Water compatibility or water tolerance that the resin does not have a solids content with water can be diluted by less than 10 percent by weight, preferably 30 percent by weight, without the resin precipitating.

Bei der Herstellung geformter Produkte unter Anwendung des sogenannten Naßverfahrens wird eine kontinuierlich betriebene Faserplattenherstellungsmaschine mit einer Fasermasse beschickt, die anorganische Fasern enthält, die in Wasser dispergiert sind, das ein Bindemittel in einer relativ geringen Konzentration, die normalerweise nicht mehr 10 Gewichtsprozent, bezogen auf die Fasern, beträgt, enthält. Die Fasermasse wird durch Abtropfen des Wassers zu einem feuchten Blatt verformt, worauf das feuchte Blatt mit oder ohne Anwendung von Preßdruck getrocknet wird. Die Trockenzeit ändert sich in Abhängigkeit von dem verwendeten Bindemittel und der verwendeten Faserart. Wenn als Bindemittel ein hitzehärtendes Harz verwendet wird, ist es wesentlich, daß die Trockentemperatur so hoch gehalten wird, daß das Harz im wesentlichen vollständig aushärten kann. Ein Verfahren dieser Art ist in der schwedischen Patentschrift 151 189 beschrieben, bei dem Stärke als Bindemittel eingesetzt wird. Es ist ferner angegeben, daß die Stärke mit anderen Bindemitteln, wie hitzehärtenden Harzen, kombiniert werden kann.In the manufacture of molded products using the so-called wet process, a continuously operated fiberboard manufacturing machine is charged with a fiber mass containing inorganic fibers dispersed in water, which is a binder in a relatively low concentration, normally not more than 10 percent by weight, based on the Fibers. The fiber mass is deformed into a moist sheet by dripping off the water, whereupon the moist sheet is dried with or without the application of pressure. The drying time changes depending on the binder used and the type of fiber used. When a thermosetting resin is used as the binder, it is essential that the drying temperature is kept high enough to allow the resin to cure substantially completely. A process of this kind is described in Swedish patent specification 151 189, in which starch is used as a binder. It is also indicated that the starch can be combined with other binders such as thermosetting resins.

Geformte Produkte dieser Art aus anorganischen Fasern leiden an dem Nachteil, daß sie eine sehr geringe Feuchtigkeitsbeständigkeit besitzen. Dies wirdMolded products of this type made of inorganic fibers suffer from the disadvantage that they are very have poor moisture resistance. this will

xo besonders dann deutlich, wenn z. B. Bauplatten, wie Deckenplatten, an feuchten Stellen verwendet werden, da diese Platten die Neigung besitzen, zu erweichen und sich auf Grund ihres eigenen Gewichtes zu verbiegen, so daß sie sich schließlich von ihren Hilte-xo especially clear when z. B. building panels, such as ceiling panels, are used in damp places, as these plates tend to soften and bend due to their own weight, so that they finally get away from their help

is rungen ablösen.is to replace stanchions.

Dieses Problem tritt noch deutlicher zut.'ge, wenn Stärke als Bindemittel verwendet wird, di, die Stärke ihr Bindungsverrnögen gegenüber den Fasern verliert, wenn sie der Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Es wurde bereits vorgeschlagen, die Feuchtiu-'^itsbeständigkeit durch Anwendung synthetischer Harze als Bindemittel zu verbessern, jedoch führten diese Untersuchungen nicht zu Produkten mit annehmbarer Trockenfestigkeit. This problem becomes even more pronounced when starch is used as a binder, that is, the starch loses its ability to bind to the fibers, when exposed to moisture. It was already suggested the moisture resistance by using synthetic resins as binders, however, these investigations led not to products with acceptable dry strength.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden die Probleme der Feuchtigkeitsbeständigkeit geformter, aus anorganischen Fasern hergestellter Produkte durch Anwendung eines Phenol-Formaldehyd-Harzes mit begrenzter Wasserverträglichkeit gelöst. Die begrenzteAccording to the method of the invention, the problems of moisture resistance of molded, Products made from inorganic fibers by using a phenol-formaldehyde resin with limited water tolerance solved. The limited

Wasserverträglichkeit bzw. Wassertoleranz ist derart definiert, daß das Harz mit Wasser eines pH-Werts von 7 nicht auf einen Feststoffgehalt von weniger als 10 Gewichtsprozent verdünnt werden kann, ohne daß das Harz ausfällt. Der Feststoffgehalt beim Beginn des Ausfällens des Harzes sollte vorzugsweise nicht niedriger liegen als 30 Gewichtsprozent. Bei Anwendung des erfindungsgemäß eingesetzten Harzes erhält man bei Anwendung synthetischer Bindemittel eine ausreichende Trockenfestigkeit und zusätzlich eine erhcblieh verbesserte Feuchtigkeitsbeständigkeit im Vergleich zu Produkten, die unter Anwendung von Stärke als Bindemittel hergestellt wurden.Water compatibility or water tolerance is defined in such a way that the resin has a pH value with water of 7 cannot be diluted to a solids content of less than 10 percent by weight without the resin precipitates. The solid content at the start of the precipitation of the resin should preferably not be lower are than 30 percent by weight. When using the resin used according to the invention, one obtains if synthetic binders are used, sufficient dry strength and, in addition, increased strength improved moisture resistance compared to products made using starch as binders.

Das erfindungsgemäß eingesetzte Bindemittel fällt auf Grund seiner begrenzten Wasserverträglichkeit in Form von Klümpchen unterschiedlicher Größe aus, wenn das Harz in Wasser oder in die Fasersuspension eingebracht wird. Diese Klümpchen haften an den Fasern an, und es ist wahrscheinlich, daß sie dort wegen ihrer Hafteigenschaften während des Hindurchtretens des Materials durch die zur Naßverformung des Materials verwendete Vorrichtung verbleiben. Wenn man das nasse Blatt bei erhöhter Temperatur trocknet, härtet das Harz in dem Blatt aus und verbindet die anorganischen Fasern.The binder used according to the invention falls into due to its limited water tolerance Form of lumps of different sizes when the resin is in water or in the fiber suspension is introduced. These clumps are attached to the fibers, and it is likely that they will be there because of their adhesive properties during the passage of the material through the wet deformation the device used remain. If you put the wet sheet at an elevated temperature dries, the resin in the sheet hardens and binds the inorganic fibers together.

Es wurde bereks vorgeschlagen, zur Herstellung geformter Faserprodukte in Wasser lösliche oder dispergierbare Harze zu verwenden. Die Tatsache, daß gemäß diesen Verfahren keine annehmbare Festigkeit erreicht werden kann, beruht wahrscheinlich auf der Tatsache, daß das an dem nassen Blatt anhaftende Harz während des Trocknens zusammen mit dem Wasser an die Oberflächen des Blattes wandert. Nach dem Trocknen findet man das Harz in den äußeren Schichten des Blattes, während kein Harz im Inneren des Blattes vorhanden ist, wodurch die Festigkeit beeinträchtigt wird. Selbst wenn man versucht, ein Resol, da? mit Wasser verdünnt werden kann, durch Zugabe von Alaun oder Schwefelsäure auf den anorganischen It has already been proposed to use water-soluble or water-dispersible resins in making molded fiber products. The fact that acceptable strength cannot be obtained according to these methods is probably due to the fact that the resin adhering to the wet sheet migrates to the surfaces of the sheet along with the water during drying. After drying, the resin is found in the outer layers of the sheet, while there is no resin inside the sheet, which affects the strength. Even if you try a resol there? Can be diluted with water by adding alum or sulfuric acid to the inorganic

Fasern auszufällen, kann eine erhöhte Festigkeit des Blattes nach dem Härten nicht erreicht werden, da auch in diesem Fall das Harz nicht in der Zwischenschicht verbleibt.Precipitating fibers, an increased strength of the sheet cannot be achieved after hardening, since even in this case the resin does not remain in the intermediate layer.

Erfindungsgemäß ist es jedoch möglich, geformte Produkte aus anorganischen Fasern herzustellen. Beispiele für derartige Fasern sind Glasfasern, Mineralfasern, Schlackefasern, Steinfasern oder natürliche Fasern, wie Asbest.However, according to the present invention, it is possible to make molded products from inorganic fibers. Examples for such fibers are glass fibers, mineral fibers, slag fibers, stone fibers or natural Fibers, such as asbestos.

Zu der Suspension aus Wasser, Harz und den Fasern können andere bekannte Additive, die die Eigenschaften des Produktes verbessern, wie Borax, Wachs, Perlit, Alaun, Stärke und Stärkederivate, zugesetzt werden.Other known additives can be added to the suspension of water, resin and fibers, which improve the properties improve the product, such as borax, wax, perlite, alum, starch and starch derivatives, added will.

Da die Herstellung geformter Produkte aus anorganischen Fasern nach dem Naßverfahren in der Papierindustrie, der Faserindustrie und der Plattenindustrie gut bekannt ist, werden im Folgenden Details diese: Verfahrens nicht angegeben. Es ist für den Fachmann ersichtlich, daß jede geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden kann.Since the manufacture of shaped products from inorganic fibers by the wet process in the paper industry, Well known to the fiber and board industries, the following details are these: Procedure not specified. It will be apparent to those skilled in the art that any suitable apparatus can be used of the method according to the invention can be used.

Das erfindungsgemäß als Bindemittel verwendete Phenol-Formaldehyd-Harz besitzt, wie oben bereits erwähnt wurde, eine begrenzte Wasserverträglichkeit, die das charakteristische Merkmal zur Erzielung der ausreichend verbesserten Festigkeit der geformten Produkte darstellt. Somit kann das Phenol-Formaldehyd-Verhältnis der erfindungsgemäß verwendeten Harze innerhalb breiter Bereiche variiert werden. Dieses Verhältnis ändert sich in Abhängigkeit von den angestrebten Eigenschaften der für diesen Zweck verwendeten Harze. Es zeigte sich von Voi.eü. das Phenol-Formaldehyd-Molverhältnis in einem Bereich von 1: 1,2 bis 1: 2,8 zu halten. Damit die erfindungsgemäß erforderliche begrenzte Wasserverträglichkeit erreicht wird, wird der Kondensationsgrad in an sich bekannter Weise mit Hinsicht auf das wirkliche Molverhältnis der Reaktionsbestandteile verändert. Wenn man Phenol und Formaldehyd ineinander löst und kondensiert, bildet sich eine bestimmte Wassermenge, die dazu führt, daß das Endprodukt einen Feststoffgehalt von etwa 55 Gewichtsprozent aufweist.That used as a binder in the present invention As already mentioned above, phenol-formaldehyde resin has limited water compatibility, which is the characteristic feature to achieve the sufficiently improved strength of the molded Represents products. Thus, the phenol-formaldehyde ratio can be that used in the present invention Resins can be varied within wide ranges. This ratio changes depending on the desired properties of the resins used for this purpose. It was shown by Voi.eü. the phenol-formaldehyde molar ratio in a range from 1: 1.2 to 1: 2.8. So that according to the invention required limited water tolerance is achieved, the degree of condensation is known per se Changed manner with regard to the real molar ratio of the reaction ingredients. If you have phenol and formaldehyde dissolves in each other and condenses, a certain amount of water is formed, which is necessary for this results in the end product having a solids content of about 55 percent by weight.

Erfindungsgemäß sollte die Wasserverträglichkeit des Harzes derart begrenzt sein, daß ein Verdünnen des Harzes auf einen Feststoffgehalt von weniger als H "/„ zu einer Ausfällung des Harzes in der wäßrigen I ösu ig führt. Das Verdünnen in Wasser sollte Vorzugs /eise derart beschränkt sein, daß das Verdünnen des Harzes in Wasser auf einen FeststofTgehalt von weni er als 30 Gewichtsprozent zu einer Ausfällung des H irzes führt. Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung geformter Produkte verwendete Wassernenge kann unter Anwendung von Verdünnungsunlersuchungen bestimmt werden.According to the invention, the water compatibility of the resin should be limited in such a way that dilution of the resin to a solids content of less than H "/" leads to precipitation of the resin in the aqueous solution. The dilution in water should preferably be limited in such a way that that dilution of the resin in water to a solids content of less than 30% by weight leads to precipitation of the heart The amount of water used in the process of the invention for making molded products can be determined using dilution tests.

Phen^l-Formaldehyd-Harze mit einer Wasserverträglichkeit, die größer ist als die obenerwähnten Zihlen, führen, wenn sie in eine Faser-Wasser-Mischung oder in Wasser eingebracht werden, zu einer Harzdispersion, die Harzteilchen enthält, die eine zu gerin; e Größe aufweisen, um von der Fasermasse zurückgehalten zu werden. Das starke Verdünnen, das erreicht wird, wenn ein erfindungsgemäß verwendetes Phenol-Formaldehyd-Harz zu der Fasersuspension gegeben wird, führt zu einer Mischung, in der die gebildeten Harzteilchen eine geeignete Größe aufweisen, so daß sie leicht an den Fasern anhaften.Phen ^ l-formaldehyde resins with a water compatibility, which is greater than the above figures, result if they are in a fiber-water mixture or introduced into water to form a resin dispersion containing resin particles having a to gerin; e size to be retained by the fiber mass. The strong thinning that is achieved when a phenol-formaldehyde resin used according to the invention is added to the fiber suspension is given, results in a mixture in which the resin particles formed have a suitable size, so that they easily adhere to the fibers.

Beispielsweise werden zur Herstellung von Deckenplatten aus Mineralwolle die Fasern in Wasser dispergiert, so daß man eine Dispersion erhält, die etwa 1 bis 10 Gewichtsprozent der Fasern enthält. Zu dieser Mischung gibt man dann das erfindungsgemäß verwendete Harz, wobei die Harzmenge in einem Bereich von 1 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf die trockenen Fasern, liegt. Es ist natürlich möglich, zunächst das Harz zu dem Wasser zuzusetzen und dann die Fasern in dieserFor example, for the production of ceiling tiles from mineral wool, the fibers are dispersed in water, so that a dispersion is obtained which contains about 1 to 10 percent by weight of the fibers. To this Mixture is then the resin used according to the invention, the amount of resin in a range from 1 to 30 percent by weight, preferably 2 to 15 percent by weight, based on the dry fibers, lies. It is of course possible to first add the resin to the water and then the fibers in it

ίο Mischung zu suspendieren. Der bei der Herstellung verwendete pH-Wert liegt in einem Bereich von 3 bis 10, vorzugsweise 3 bis 7.ίο to suspend mixture. The one in the making pH used is in a range from 3 to 10, preferably 3 to 7.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter erläutern, ohne sie jedoch zu beschränken.The following examples are intended to explain the invention further without, however, restricting it.

example 1

2SSg einer 40^[;_oigen Formaldehydlosung, 300 g Phenol und 13 g einer 45^fl _oigen Natriumhydroxyd-2SSg one 40 ^[ ; _o strength formaldehyde solution, 300 g of phenol and 13 g of a 45 ^fl _o strength Natriumhydroxyd-

so Lösung wurden in ein Reaktionsgefäß eingebracht und während 1 Stunde bei einer Temperatur von 50"C umgesetzt. Dann wurden 30 g einer 40%igen Formaldehydlösung und 30 g Phenol zugegeben und die Temperatur auf 80"C erhöht, worauf man die Reaktion fortsetzte, bis eine Viskosität von 150 bis 200 Centipoise, bestimmt mit dem Fordcup No. 4, erreicht war. Die Mischung wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt und mit p-Toluolsulfonsäure auf einen pH-Wert von 7 neutralisiert.so solution were placed in a reaction vessel and reacted for 1 hour at a temperature of 50 ° C. Then 30 g of a 40% strength formaldehyde solution were added and 30 g of phenol are added and the temperature is increased to 80 "C, whereupon the reaction is started continued until a viscosity of 150 to 200 centipoise, determined with the Fordcup No. 4, was reached. The mixture was then cooled to room temperature and with p-toluenesulfonic acid to pH neutralized by 7.

Das erhaltene Harz wies einen Feststoffgehalt von 55 Gewichtsprozent auf. Beim Verdünnen erhält man, wenn der FeststofTgehalt der Lösung 40 Gewichtsprozent beträgt, eine undurchsichtige Lösung, während mit dem Auge sichtbare grießartige Harzteilchen erkennbar werden, wenn der Feststoffgehalt weniger als 35 Gewichtsprozent beträgt.The resin obtained had a solids content of 55 percent by weight. When diluting one obtains if the solids content of the solution is 40% by weight, an opaque solution, while Gritty resin particles visible to the eye can be recognized if the solids content is less than 35 percent by weight.

Example 2

Zur Herstellung einer Mineralwolleplatte im Laboratoriumsmaßstab wurden 650 g Diabaswolle in 30 1 Wasser eingerührt. Zu dieser Mischung gab man 120 g eines Phenol-Formaldehyd-Harzes, das ausfällt, wenn man es mit Wasser auf einen Feststoffgehalt von weniger als 43 Gewichtsprozent verdünnt. Das Harz wird in Form eines feinen Strahls eingeführt, und bevor es mit der Faser-Wasser-Lösung in Berührung kommt, besitzt das Harz einen Feststoff gehalt von 55 Gewichtsprozent. Das Material wurde während weiterer 10 Minuten gerührt, worauf die Fasermasse zu einem Blatt mit den Abmessungen 35 χ 35 cm verformt wurde. Dieses nasse Blatt wurde auf einem Sieb entwässert und in der Kälte zu einer Dicke von etwa 1 cm verpreßt. Nach dem 4stündigen Trocknen in einer Trockenkammer bei einer Temperatur von 160C wurde die Feuchtigkeitsbeständigkeit der Platte wie folgt bestimmt:To produce a mineral wool panel on a laboratory scale, 650 g of diabase wool were mixed in 30 liters Stir in water. To this mixture were added 120 g of a phenol-formaldehyde resin, which precipitates when it is diluted with water to a solids content of less than 43 percent by weight. The resin is introduced in the form of a fine jet, and before it comes into contact with the fiber-water solution, the resin has a solids content of 55 percent by weight. The material was during further Stirred for 10 minutes, after which the fiber mass is deformed into a sheet with the dimensions 35 × 35 cm became. This wet sheet was drained on a sieve and in the cold to a thickness of about 1 cm pressed. After drying for 4 hours in a drying chamber at a temperature of 160C the moisture resistance of the plate was determined as follows:

Die Testproben wurden bis zu einer Aufnahme von 150 g Wasser/m² auf jeder Seite besprüht und während 24 Stunden bei einer Temperatur von 20⁰C in einen dicht verschlossenen Kunststoffsack eingebracht. Die so mit Feuchtigkeit behandelten Testproben wurden mittels, einer Testvorrichtung (Alwetron) auf ihre Festigkeit hin untersucht, wobei die folgenden Ergebnisse erzielt wurden. Zu Vergleichszwecken wurde eine in identischer Weise hergestellte Platte untersucht mit dem Unterschied, daß Stärke als Bindemittel verwendet wurde.The test samples were sprayed up to an absorption of 150 g water / m ² on each side and placed in a tightly closed plastic bag ^{at a temperature of 20 ° C. for 24 hours.} The test specimens thus treated with moisture were examined for strength by means of a test device (Alwetron), whereby the following results were obtained. For comparison purposes, a plate produced in an identical manner was examined with the difference that starch was used as a binder.

Bindemittelbinder

phenolharz gemäß Beispiel 1 phenolic resin according to example 1

Phenolhurz mit unbeschränkter Wasserverträglichkeit Phenolic lob with unlimited water tolerance

Stärke strength

BiegefestigkeitFlexural strength

trocken fkp/cm^J)dry fkp / cm ^J )

1616

1818th

feucht (kp/cm'jmoist (kp / cm'j

Wenn man ein übliches Phenol-Formaldehyd-Harz,If you have a common phenol-formaldehyde resin,

d h ein Harz, das in Wasser löslich oder dmpergierbari.e. a resin that is soluble or dispersible in water

ist verwendet, zersetzt sich die hergestellte Platte nachis used, the produced plate will decompose afterwards

dem Trocknen, d.h., diese Harze wirken nicht als Bindemittel für anorganische Fasern.drying, that is, these resins do not act as binders for inorganic fibers.

Aus der obigen Tabelle sind die erheblich verbesserten Feuchtigkeitsbeständigkeitseigenschaften crsiclitlich, die mit erfindungsgemäß hergestellten geformten Faserprodukten im Vergleich zu Produkten, die mit xo bekannten Bindemitteln hergestellt wurden, erreicht werden.From the table above, the vastly improved moisture resistance properties are evident, with molded fiber products made according to the invention compared to products made with xo known binders were produced can be achieved.

Claims

Patent claims:

1. A method for producing molded products from inorganic fibers having high moisture resistance by preparing a dispersion of fibers, water and a binder, wherein the binder is a phenol-formaldehyde resin, and forming a wet sheet by dewatering the dispersion, optionally pressing and drying of the sheet, characterized in that that a phenol-formaldehyde resin is used that does not react with water Solids content of less than about 10 weight percent can be diluted without causing precipitation of the resin takes place.

2. The method according to claim 1, characterized in that the resin does not have water a solids content of less than 30 percent by weight can be diluted without causing precipitation of the resin takes place.

3. The method according to claims 1 or 2, characterized in that the mixture of the fibers and the resin have a pH in the range of 3 to 10.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Phenol-formaldehyde resin has a phenol-formaldehyde molar ratio in the range from 1: 1.2 to 1: 2.8 owns.