DE2656165C3

DE2656165C3 - Verfahren zur Herstellung eines Mineralfasererzeugnisses

Info

Publication number: DE2656165C3
Application number: DE2656165A
Authority: DE
Inventors: Ulf Skövde Aaberg
Original assignee: Rockwool AB
Current assignee: LAXAA BRUKS LAXAA SE AB
Priority date: 1976-01-19
Filing date: 1976-12-10
Publication date: 1981-09-17
Also published as: NL178340C; GB1537117A; CA1099926A; JPS5296207A; FI58484B; FR2338231B1; US4251320A; NL178340B; FI763495A; FI58484C; DK145154B; CH626036A5; NO146463B; DE2656165A1; AT370402B; FR2338231A1; DK568176A; ATA909676A; DE2656165B2; NO764087L

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Mineralfasererzeugnisses der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 27 72 603 bekannt. Hiernach werden beispielsweise Glasfasern aus der Schmelze direkt in eine Dispergierflüssigkeit, z.B. Wasser, eingesponnen, der zur Verbesserung des Benetzungsverhaltens ein Netzmittel zugesetzt ist. Da beim direkten Einspinnen die Fasern in einem entsprechend lockeren Verband in die Dispergierflüssigkeit eintauchen, lassen sich die sonst häufig zu beobachtenden Faserverklumpungen vermeiden, die selbst durch heftiges Rühren und starke Netzmittelzugabe nicht mehr aufgeschlossen und dispergiert werden können. Die gebildete Dispersion wird über eine durchlässige Fläche, z.B. ein Endlossiebband, geführt und hierauf ein Glasfaservlies abgeschieden. Dieses Vlies wird anschließend getrocknet und stellt das hauptsächliche Verfahrenserzeugnis dar. Die Herstellung des Verfahrenserzeugnisses aus den primär eingesetzten Mineralstoffen erfolgt kontinuierlich nach starrem Verfahrensablauf, so daß sich Störungen einer Verfahrensstufe unmittelbar auf andere Verfahrensstufen auswirken. Insbesondere müssen auch die Kapazitäten der einzelnen Stufen einander angepaßt werden.

Beim Verspinnen einer Schmelze aus silikathaltigen Mineralstoffen entsteht
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den angestrebten Mineralfasern regelmäßig auch teilchenförmiges, "körniges" Material in Anteilen bis zu 20-40 Gewichtsprozent der Mineralfasern. Die Anwesenheit des teilchenförmigen Materials beeinträchtigt die Qualität der Mineralfasererzeugnisse. Das teilchenförmige Material muß daher von den Mineralfasern abgetrennt werden, bevor diese zu den Mineralfasererzeugnissen weiterverarbeitet werden. Zu diesem Zweck ist es aus der US-PS 30 55 498 bekannt, vor dem Einbringen der aus einer Schmelze versponnen Mineralfasern in die Dispergierflüssigkeit eine Klassifizierung des Spinngutes auf einem Endlossiebband mit Hilfe einwirkender Bürsten, gefolgt von einer Windsichtung, vorzunehmen. Hierbei wird der gröbste Teil an teilchenförmigem Material aus den Fasern entfernt. Der restliche Anteil des teilchenförmigen Materials wird dann in mehreren Sedimentierungstanks entfernt, wonach die solcherart raffinierte Mineralfaserdispersion zum Vlies weiterverarbeitet wird. Bei der vorgelagerten, in der Gasphase erfolgenden Klassifizierung der aus der Schmelze versponnenen Rohfasern in eine Faserkomponente und eine Nichtfaser-Komponente findet aber zwangsläufig eine gewisse Flockenbildung unter gegenseitiger Verfestigung der einzelnen Fasern statt, die sich dann nur noch schwierig in Wasser dispergieren lassen. Das bekante Verfahren muß daher mit recht stark verdünnten Dispersionen arbeiten. Ein örtlich getrenntes Aufstellen der zur Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte erforderlichen Anlagen würde daher den Transport unverhältnismäßig großer Dispersionsmengen bedingen und sich in unwirtschaftlich hohen Transportkosten äußern. Außerdem tritt wegen der vorgeschalteten, in der Gasphase erfolgenden Klassifizierung zwangsläufig eine hohe Staubentwicklung auf, gegen die aufwendige Schutzmaßnahmen zu ergreifen sind.

Ähnliches gilt auch für das aus der DE-AS 22 38 529 bekannte Verfahren, bei dem das Fasermaterial - ohne vorgängige Reinigung von teilchenförmigem Material - in der Gasphase fein dispergiert wird. Anschließend erfolgt eine durch Saugwirkung unterstützte Ablagerung des Fasermaterials auf einer durchlässigen Unterlage (Sieb). Das sich dort bildende Vlies wird samt der Unterlage in ein flüssiges Bad verbracht, in dem die vollständige Benetzung der Fasern stattfindet. Hierzu wird die Benetzungsflüssigkeit auf einem Teil des Vliesdurchlaufes zwangsweise durch das auf der Unterlage gebildete Vlies hindurchbewegt. Nach ihrer Benetzung und Behandlung im Bad können nach den Angaben der Auslegeschrift die Fasern auf der Transportvorrichtung gehalten und dann als hochkonzentrierte speicherfähige Suspension ausgetragen und der weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Abgesehen von der vorgeschalteten Dispergierung in der Gasphase, die zwangsläufig mit hoher Staubbildung verknüpft und deshalb nicht sonderlich vorteilhaft ist, ist in der schließlich erhaltenen Suspension die teilchenförmige Komponente noch vorhanden, die die Qualität der Mineralfasererzeugnisse beeinträchtigt. Weiterhin regt die erhaltene Suspension zwar in höher konzentrierter Form vor, würde aber bei räumlicher Trennung der Weiterverarbeitungsanlage immer noch unwirtschaftlich hohe Transportkosten bedingen, so daß also auch hier die Gesamtanlage an einem und demselben Ort aufzustellen und in weitgehend starrem Verfahrensablauf zu betreiben ist. Man muß sich hierbei nämlich auch vor Augen halten, daß bei der
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Vliesbildung das abgetrennte Wasser nebst mitgeführten Zusätzen regelmäßig zu einer früheren Stufe zurückgeführt wird, um die benötigten Wasser- und

Zuschlagsmengen möglichst gering halten zu können.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art von einem starren Verfahrensablauf abzugeben und die Herstellung eines von teilchenförmigem Material befreiten Verfahrenserzeugnisses auch in räumlich und zeitlich voneinander getrennten Teilprozeßabläufen bei minimalem Netzmitteleinsatz zu ermöglichen, wobei zugleich die Vliesherstellung in der zweiten Verfahrensstufe möglichst unproblematisch sein soll.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und in den Unteransprüchen weitergebildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet somit zweistufig, wobei nach der ersten Verfahrensstufe ein Zwischenprodukt anfällt, das auf Grund seines optimierten Volumens wirtschaftlich transportiert und zur weiteren Verarbeitung wieder einfach in Wasser dispergiert werden kann, ohne daß dabei ein nochmaliger Netzmittelzusatz erforderlich wäre. Das in der ersten Verfahrensstufe zugesetzte Netzmittel kann auf Grund der vorgesehenen mechanischen Entwässerung im Zwischenprodukt auf einem Minimum gehalten werden und demgemäß zum größten Tei in der ersten Verfahrensstufe zirkulieren. Die Weiterverarbeitung in der zweiten Verfahrensstufe, die mit einer Rückdispersion beginnt, ist daher an räumlich getrennten Arbeitsstätten möglich.

Die mechanische Entwässerung führt also zu einem Zwischenprodukt, das nur noch 30 bis 70 Gewichtsprozent Wasser enthält. Hierdurch werden einerseits die für eine vollständige Trocknung erforderlichen erheblichen Energiemengen vermieden. Andererseits würde bei vollständigem Trocknen das Volumen der entwässerten Fasermasse zunehmen. Für den Transport des Zwischenproduktes schlägt aber das Transportvolumen stärker zu Buche als das Transportgewicht. Diese Überlegung ist auch insofern von Bedeutung, als ein zur Verringerung des Transportvolumens vorgenommenes Zusammenpressen der Fasermasse einer erneuten Dispergierung zumindest hinderlich ist.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren im einzelnen erläutert.

Gemäß der Erfindung geht man von in herkömmlicher Weise durch Verspinnen einer Schmelze aus silikathaltigen Mineralstoffen gewonnenen Mineralfasern aus. Die erhaltene Mineralfasermasse wird zunächst in Wasser dispergiert und einer Abscheidungsstufe zugeführt, um von teilchenförmigen Material befreite Mineralfasern zu erhalten, die in Wasser einheitlich dispergierbar sind. In der Dispergierstufe werden die Mineralfasern mit Netzmittel enthaltendem Wasser vermischt und darin dispergiert. Es wird eine Dispersion mit einem Mineralfasergehalt von höchstens 7 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 4 Gew.-%, bezogen auf die Flüssigkeitsmenge, hergestellt. Bei Anteilen über 7 Gew.-% wird eine unbefriedigende Dispergierung erhalten. Um eine optimale Dispergierung zu gewährleisten, wird ein Netzmittelzusatz von 0,001 bis 5,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 3,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mineralfasern vorgesehen. Die Dispergierung wird zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von 20 bis 40°C ausgeführt, wobei normale Umgebungstemperatur bevorzugt wird. Die Dispergierung kann bei verschiedenen pH-Werten des Dispergiermittels vorgenommen werden, wobei pH-Werte im alkalischen Bereich bevorzugt werden; ein pH-Wert von etwa 9 hat sich als besonders günstig erwiesen. Von den verschiedenen Arten von Netzmitteln, wie anionenaktive, kationenaktive und nichtionogene Netzmittel, haben sich die kationenaktiven Netzmittel für die erfindungsgemäße Dispergierung als besonders geeignet erwiesen. Unter den besonders bevorzugten, kationenaktiven Netzmitteln seien Imidazoline, Imidazole, Aminoxide, quartäre Ammoniumverbindungen usw. erwähnt.

Unter diesen Bedingungen erhält man eine gute Dispergierung der Mineralfasern, während teilchenförmiges Material in den Mineralfasern, während teilchenförmiges Material in den Mineralfasern nicht dispergiert wird, sondern zu Boden sinkt, d.h. mit der Dispergierung der Fasern erfolgt gleichzeitig eine Abscheidung des teilchenförmigen Materials. Um das teilchenförmige Material vollständig von den Mineralfasern abzuscheiden, erfolgte eine dynamische Abscheidung, zweckmäßigerweise durch Behandlung der Dispersion in einem Hydrozyklon, wobei man eine teilchenfreie Mineralfaserfraktion erhält.

Obgleich es bevorzugt wird, das Netzmittel der Flüssigkeit zuzusetzen, kann statt dessen das Netzmittel auch den Mineralfasern zugesetzt werden.

Die Mineralfaserfraktion der erhaltenen Dispersion wird anschließend mechanisch entwässert. Dieses mechanische Entwässern kann in verschiedener Weise durchgeführt werden, beispielsweise mittels eines Siebtuches, eines umlaufenden Trommelfilters, durch Zentrifugieren usw.; das Zentrifugieren wird bevorzugt.

Erfindungsgemäß ist die Entwässerung so weit zu treiben und unter solchen Bedingungen vorzunehmen, daß die entwässerte Faserfraktion einen Trockengehalt von 30 bis 70 Gew.-%, also einen Wassergehalt von 70 bis 30 Gew.-%, und eine Faserdichte von 200 bis 400 kg/m[hoch]3 hat. Die Entwässerung wird zweckmäßigerweise unter gleichen Temperaturbedingungen wie die vorhergehende Dispergierung durchgeführt, d.h. bei 20 bis 40°C, vorzugsweise bei Umgebungstemperatur.

Die bei der Entwässerung abgeschiedene Flüssigkeit enthält einen nicht ausgenutzten Überschuß an Netzmittel und wird der Dispergier- und Abscheidungsstufe wieder zugeführt und kann dort, nach der erforderlichen Zugabe weiteren Netzmittels, erneut zur Dispergierung von weiteren Mineralfasermassen benutzt werden. Hierdurch vermeidet man die im Hinblick auf den Umweltschutz ungünstige Bildung von netzmittelhaltigen Abwässern und erhöht gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit des Prozesses.

Die entwässerte Fasermasse, welche auch als Zwischenprodukt bezeichnet werden kann, wird anschließend in einer folgenden Rückdisperigerstufe erneut dispergiert. Diese Behandlung wird normalerweise nicht am Ort der Herstellung des entwässerten Faserzwischenproduktes vorgenommen: d.h., die Herstellung des Zwischenproduktes ist von der folgenden Behandlung sowohl räumlich wie zeitlich getrennt, und das Zwischenprodukt wird deshalb zum Nachbehandlungsort transportiert, beispielsweise in Containern.

Zur Rückdispergierung wird dem entwässerten Faser-Zwischenprodukt eine hinreichende Menge Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, zugesetzt, um eine Disperison der erwünschten Konzentration zu erhalten. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß bei der Rückdispergierung der Zusatz eines besonderen Netzmittels nicht erforderlich ist, um die Mineralfasern zu dispergieren, weil diese in der vorhergehenden Dispergier- und Abscheidungsstufe sowie während der darauffolgenden mechanischen Entwässerung eine hinreichende Menge Netzmittel festgehalten haben, um rückdispergierbar zu sein. Man erhält also durch die einleitende Dispergier- und Abscheidungsstufe sowie durch die mechanische Entwässerung eine rückdispergierbare Fasermasse, die automatisch die zur Rückdisperigierung richtige Menge Netzmittel enthält, wodurch bei der anschließenden Herstellung des Enderzeugnisses sämtliche verfahrenstechnischen Schwierigkeiten wie Zugabe von Netzmittel und Pegelung des Netzmittelgehaltes, sowie Umweltprobleme bei der Aufarbeitung netzmittelhaltiger Abwasser vermieden werden.

Bei der Rückdispergierung des mechanisch entwässerten Faser-Zwischenproduktes können diesem Zusatzstoffe wie Bindemittel oder Fasern anderer Art zugesetzt werden; die Auswahl dieser Zusatzstoffe erfolgt in Abhängigkeit davon, ob man ein Enderzeugnis wünscht, das nur aus Mineralfasern oder aus mit anderen Stoffen kombinierten Mineralfasern besteht. Diese anderen Stoffe können beispielsweise Cellulosefasern oder eine Grundmasse aus anorganischem oder organischem Material, wie Zement, Gips oder Kunststoff darstellen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezugnahme auf eine Zeichnung im einzelnen erläutert.

Wie dargestellt, werden Mineralfaserrohstoffe1 mittels eines Förderbandes 2 über eine Umkehrwalze 3 durch ein Loch 4 in der Kuppel 5 eines Schmelzofens 6 in den letzteren eingebracht. Der Schmelzofen 6 wird elektrisch mittels zweier Elektroden 7 aufgeheizt und die Rohstoffe bilden eine flüssige Schmelze 8. Die Schmelze 8 fließt in Form eines Strahls 11 durch eine Öffnung 9 in der
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und gelangt über eine Rinne 10 auf eine
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tank 28 zugeführt werden. Im Vorratstank wird die Dispersion mittels des Rührwerks 29 in Bewegung gehalten.

Im Zyklon 27 abgeschiedene teilchenförmige Verunreinigungen werden über die Schleuse 31 auf das Siebband 30 ausgetragen, die Schleuse 31 wird von der aus zwei Ventilen 32 und 33 gebildeten Steuereinheit 34 gesteuert. Mit Hilfe des Förderbandes 35 wird dem Siebband 30 auch das mittels der Schnecke 20 hochbeförderte Material aus dem Bad 17 zugeführt.

Die vom Wasserüberschuß befreiten, abgeschiedenen, nicht dispergierbaren oder teilchenförmigen Bestandteile der Mineralfasermasse werden zur Trockentrommel 36 geleitet und getrocknet. Das getrocknete Material wird dann auf dem vom Pfeil 37 angedeuteten Weg zurück zum Förderband 2 geleitet, um wieder in den Ofen eingebracht zu werden.

Vom Vorratsbehälter 28 wird die Mineralfaserdispersion über ein von einer Steuereinheit 39 gesteuertes Dosierventil 38 einer Zentrifuge 40 zugeführt; diese weist einen Zentrifugenkorb 41 auf, der von einer Welle 42 angetrieben und von einem Zentrifugengehäuse 43 umgeben ist. Vom Zentrifugengehäuse wird abzentrifugiertes Wasser über die Leitung 44 und die Pumpe 45 zurück zum Bad 17 geleitet. Auch das Wasser vom Siebband 30 wird über die Leitung 46 zur Pumpe 45 geleitet.

Die von der Zentrifuge 40 entwässerte Fasermasse wird mittels des Abstreichers 47 zum Silo 48 geführt, von wo die Fasermasse mit Hilfe der Schnecke 49 in leere Verpackungseinheiten oder Container 50 eingebracht wird. Die gefüllten Container 51 werden vorübergehend gelagert, um später einer von der oben beschriebenen Anlage getrennten, anderen Anlage (bei 52) zugeführt zu werden. In dieser Anlage 52 wird die entwässerte Fasermasse 53 in ein Bad 54 eingebracht, das mit einem Rührwerk 55 ausgestattet ist.

Im Bad 54 wird die Fasermasse 53 mit Hilfe eines Rührwerks 55 erneut in Wasser dispergiert, wobei ggf. Zusatzstoffe 56 wie Cellulosefasern, zugesetzt werden.

Auf diesem Sieb wird die Fasermasse mit deren evtl. Zusatzstoffen zu einer Materialbahn 62 entwässert, wobei das abgetrennte Wasser 63 über die Pumpe 64 zum Bad 54 zurückgeleitet wird. Um das mit der Materialbahn 62 weggeführte Wasser zu ersetzen, wird zusätzlich Wasser über die Leitung 65 und ein von einer Steuereinheit 67 gesteuertes Ventil 66 zugeführt. Die leeren Verpackungseinheiten 68 können zu der zuerst beschriebenen Anlage zurück geführt werden.

Statt der oben beschriebenen Anlage zur endgültigen Formung des Mineralfasererzeugnisses in Form einer Faserbahn können
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benutzt werden, in denen die Fasermasse zur gewünschten Form gegossen wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Mineralfasererzeugnisses aus Mineralfasern, die durch Verspinnen einer Schmelze aus silikathaltigen Mineralstoffen erhalten worden sind, bei welchem die beim Verspinnen angefallene Mineralfasermasse direkt in Wasser unter Zugabe von Netzmitteln dispergiert wird, die dispergierten Fasern, gegebenenfalls nach Zugabe weiterer Zusatzstoffe, zur Bildung eines Vlieses entwässert werden und letzteres weiter verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

- von der Dispersion zunächst das nicht dispergierbare, teilchenförmige Material abgeschieden wird,

- anschließend die Dispersion mechanisch auf einen Trockengehalt von 30 bis 70 Gewichtsprozent und eine Faserdichte von 200 bis 400 kg/m[hoch]3 entwässert wird,

- sodann die erhaltene Fasermasse zu einer Rückdispergierstufe transportiert wird, in der die Fasern ohne weitere Netzmittelzugabe erneut in Wasser dispergiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzmittel in einer Menge von 0,001 bis 5,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,01 bis 3,0 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Mineralfasern zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Entwässerung durch Zentrifugieren erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe der Zusatzstoffe bei der Rückdispersion erfolgt.