DE3148081A1

DE3148081A1 - Faserisoliermatte mit einem gluehverhindernden bindersystem

Info

Publication number: DE3148081A1
Application number: DE19813148081
Authority: DE
Inventors: Patricia Ann 80203 Denver Col. McHenry
Original assignee: Manville Service Corp
Current assignee: Johns Manville
Priority date: 1980-12-04
Filing date: 1981-12-04
Publication date: 1982-08-05
Also published as: US4294879A; FR2495628A1; JPS57121661A; CA1160513A; FI813876L; GB2088918A; AU7823281A

Description

Siebert · Grättinger & Bockhofn** ^: .:..:.. '-· .:. z_u9,.u

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O IHOU¹J Patentanwälte β13ΐ. Stamberg (München;

Postfach 1649
Almeidaweg 35 Patentanwalt Grättinger Telefon 08151/4115 - 1664C Telegramm: Starpat Swinbe'C Telex: 526422 stard

8900 Augsburg

Kurt Siebert, Dipl.-Ing. Postfach 101771

Günter Grättinger, Konrad-Adenauer-Allee 17/111

Dipl.-Ing., Dipl -Wirtsch.-Ing. Patentanwalt Bockhorni

Josef Bockhorni. Dipl.-Ing. Telefon 08 21/3 54 24

Zuschrift bitte nach: τ ο τ ι / ο ο

To be addressed to: /=»/1/00

Manville Service Corporation
Ken-Caryl Ranch

Denver, Colorado 80217
USA

Faserisoliermatte mit einem glühverhindernden
Bindersystem

Die Erfindung bezieht sich auf Faserisolierungen und zwar insbesondere auf Faserisolierungen, die mit einem Binder verbunden bzw. verklebt sind, welcher sogenannte verglühungsfreie (anti-punking) Eigenschaften bei geringen Kosten besitzt.

Glasfasern sind seit langem wegen ihrem Isolier— wert geschätzt. Allerdings treten in Abhängigkeit von der Endverwendung der Isolierung Nachteile bei nunmehr im allgemeinen verwendeten Glasfaserisolierungen auf.

Für Faserisolierungen ist es charakteristisch, daß die entsprechenden Fasern miteinander durch ein geeignetes Bindersystem verbunden werden, welches normalerweise aus einem flüssigen Phenolresolharz oder einem konventionellen Phenol—Formaldehyd-Harz in Kombination mit verschiedenen Additiven besteht. Diese Additive oder Zusätze werden zur Verbesserung von entweder der Verfahjenscharakteristika des Bindersystems oder zur Verbesserung der Eigenschaften des fertigen Glasfaserprodukts verwendet. Die Resolharze können durch Teilkondensation eines Phenols mit einem molaren Überschuß eines Aldehyds in alkalischer Lösung hergestellt werden. In den meisten Fällen wird als Resol ein Harz verwendet, welches durch Kondensieren von etwa 1 Mol von Phenol mit etwa 2,0 bis 3,0 Mol von Formaldehyd aufbereitet ist. Ein alkalischer Katalysator kann

verwendet werden und kann irgendein wasserlösliches Alkalimetallhydroxid oder erdalkalische Verbindung aufweisen. Katalysatoren, wie etwa Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Calciumhydroxid und Bariumhydroxid sind erfolgreich verwendet worden .

Dieser Typ eines organischen flüssigen Resolharzes ist, wenn er auf eine Glasfasermasse oder eine Isolierung in Konzentrationen von 1 bis 20 % der Gesamtmasse aufgebracht wird, leicht einer flammlosen Verbrennung oder einem sogenannten Glühen bzw. Verschmoren unterworfen, wenn dieser Temperaturen über 209,5⁰C (425°F) ausgesetzt wird. Dieses sogenannte Verglühen (punking) ist selbstverständlich ein technischer Begriff, welcher zur Angabe der vergleichsweise schnellen flammlosen Oxidation des Binders bei gleichzeitiger Wärmeerzeugung verwendet wird. Der durch eine solche thermische Zersetzung auftretende Dampf und Rauch ist offensiv, potentiell gefährlich und kann angrenzende Materialien entfärben, bleichen und verschmutzen. DarüberHnaus kann das sogenannte Verglühen durch exotherme Reakti'onen begleitet sein, welche die Temperaturen durch die Dicke der Isolierung hindurch erhöhen, wodurch ein Schmelzen oder Entglasen der Glasfasern und möglicherweise das Entstehen eines Brands verursacht wird. Sobald die Entglasung stattgefunden hat, kann das Isoliermittel

allgemein nicht mehr die thermische Isolierung eines Gegenstands bewirken und kann sich verbiegen und zieht sich vom Gegenstand weg, der isoliert werden soll. Darüberhinaus bedingt die Entglasung der Glasfasern, daß das Glasfaserprodukt seine Strukturfestigkeit in einem Maß verliert, daß während des normalen Gebrauchs auftretende Schwingungen und Stöße Staubprobleme aufwerfen können. In einem extremen Fall können normale Schwingungen ind Stöße die Isolierung entfernen bzw. ablösen, wodurch eine wesentliche Gefährdung der Sicherheit des Personals innerhalb der Arbeitsumgebung eintritt.

Zur Verringerung eines solchen Verglühens ist versucht worden, den Verglühwiderstand der verwendeten Bindersysteme zu erhöhen und insbesondere die Eigenschaften des Bindersystems mit den Eigenschaften der Glasfaser auszurichten durch Reaktion von stickstoffhaltigen Substanzen, wie etwa Melamin, Dicyanamid, urea, Thiourea, Biurea, Guanidin und ähliche Verbindungen mit Phenol-Aldehyd Teilkondensationsprodukte der Resoltype. Obgleich der Einbau von derartigen stickstoffhaltigen Verbindungen den Glühwiderstand und insgesamt die thermische Stabilität des Bindersystems verbessert, sind Produkte, welche aus Glasfasern in Verbindung mit derartigen Bindersystemen zusam-

mengesetzt sind, noch nicht für eine Verwendung in Umgebungen geeignet, welche sich den Grenzen der Wärmestabilität der Glasfaser selbst nähern.

Im Handel erhältliche sogenannte verglühfreie bzw. schmorfreie Phenol-Formaldehyd-Harze enthaltende Additive, wie etwa Dicyandiamid, Melamin, Urea oder Kombinationen hiervon, welche zur Zeit der Harzherstellung miteinander in Reaktion gebracht sind, besitzen zufriedenstellende, ein Verglühen bzw Verschmoren unterbindende Eigenschaften, jedoch im allgemeinen eine unzureichende Stabilität während der Lagerung im Vergleich zu einem konventionellen Phenol-Formaldehyd-Harz, beispielsweise fallen bestimmte Komponenten aus der Harzlösung aus oder verlieren während der Speicherung die Verdünnungsfähigkeit. Diese beiden Verringerungen hinsichtlich der Stabilität erhöhen die Produktionsschwierigkeiten. Zudem ist es unzweckmäßig, verglühfreie Harze für fasrige Produkte zu speichern, welche diese erfordern, und konventionelle Phenol-Formaldehyd-Harze separat für Produkte zu speichern, welche nicht glühverhindernde Eigenschaften erfordern. Schließlich sind die Kosten der im Handel erhältlichen glühverhindernden Phenol-Formaldehyd-Harze beträchtlich in jüngster Zeit gestiegen, wodurch sie auch an Anziehungskraft verloren haben.

*mit Wasser

Der Zusatz von glühverhindernden Bestandteilen zu einem lonventionellen Phenol-Formaldehyd-Harz durch einen Galsfaserhersteller unmittelbar vor der Herstellung würde den glühverhindernden Binder flexibler in der Bearbeitung und wirtschaftlicher machen. Der Hersteller würde die optimale Menge an glühverhindernden Bestandteilen zusetzen können, die den Erfordernissen eines spezifischen Produkts genügen würde, wobei die Erfoujernisse von der Verwendung des Endprodukts abhängen. Zudem hat der Glasfaserhersteller durch die Zugabe des glühverhindernden Bestandteils zu einem konventionellen Phenol-Formaldehyd-Harz mehr Wahlmöglichkeiten beim Einkauf des Harzes, da wesent— lieh mehr konventionelle Harze im Handel erhältlich sind als glühverhindernde Harze. Diese vergrößerte Kaufmöglichkeit gibt dem Hersteller einen wirtschaftlichen Vorteil. Konventionelle Phenol-Formaldehyd-Harze sind beispielsweise billiger als glühverhindernde Phenol-Formaldehyd-Harze. Falls somit ein billigerer glühverhindernder bzw. glühfreier Bestandteil im Bindersystem verwendet wird, würde das glühverhindernde Bindersystem in den Gesamtkosten geringer sein.

Die Zugabe von Stickstof Enthaltenden Verbindungen nach der Harzherstellung wird oftmals durch die Vsarbeitungseigenschaften von Stickstoff ent-

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haltenden Verbindungen behindert. Urea, obgleich leicht wasserlöslich und wirtschaftlich, wenn es einem'Bindersystem zugesetzt wird, velches ein im Handel erhältliches flüssiges Resol-V.ärmeisolierharz enthält, stellt ein potentielles Emmissionsproblem aufgrund der großen Flüchtigkeit von Urea dar. Melamin und/oder Dicyandiamid-Verbindungen sind teuer im Einkauf und .werfen bei der Zugabe nach der Harzherstellung Probleme auf, wie etwa die Stabilität.

Es ist zwingend, daß irgendein Bindersystem nicht nur den Anforderungen mit Hinsicht auf das Verhindern eines Verglühens gerecht wird, sondern auch anderen Produktanforderungen genügt. Beispielsweise müssen "viele Produkte eine Feuchtigkeitsbeständigkeit und Druckfestigkeit aufweisen.

Somit besteht ein Bedarf für eine wirtschaftliche und relativ einfache Art, einem konventionellen Phenol-Resolharz glühverhindernde Eigenschaften zu verleihen, wobei die oben herausgestellten Nachteile vermieden werden sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein fasriges Isoliermittel zu schaffen, welches aus Glasfasern hergestellt ist, die mit einem billigen, stabilen

und mit geringen Schadstoffeiimissionen verbundenen glühverhindernden Bindersystem verbunden sind, welches zweckmäßig verwendbar ist und den anderen Produktanforderungen für das Isoliermittel genügt.

Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden dadurch gelöst, indem die Glasfasern mit einem Bindersystem verbunden bzw. verklebt werden, welches ein konventionelles Phenol-Formaldehyd-Harz und einen konventionellen Urea—Formaldehyd- und glühverhindernden Bestandteil oder Harz aufweist. Der glühverhinderndö Urea-Formaldehyd-Bestandteil umfaßt etwa 59 % Urea, etwa 19 % Formaldehyd und etwa.22 % Wasser und wird dem konventionellen Phenol-Formaldehyd-Harz in einer Menge von 5 bis 50 Gewv—% des Binderfestkörpergehalts zugegeben. Ammoniak, Silan und Ammonium— sulfat sind Zusätze, welche ebenfalls dem glühverhindernden Bindersystem zugegeben werden können.

Das Verfahren für die Anwendung des Bindersystems auf die fasrige Isolierung umfaßt das Mischen des Phenol-Formaldehyd-Harzes und des glühverhindernden Urea-Formaldehyd-Bestandteils zum Zeitpunkt der Verwendung im Vergleich zur Bildung eines glühverhindernden Harzes durch eine Reaktion

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eines Phenol-Formaldehyd-Harzes und eines glühverhindernden Bestandteils. Das Mischen lediglich zur Zeit der Verwendung erlaubt, daß das Phenol-Formaldehyd-Harz nicht lediglich in Kombination mit dem Urea-Formaldehyd-Harz verwendet wird, welches glühverhindernde Eigenschaften verleiht, sondern alleine an Faserisolierungen, welche nicht glühverhindernde Eigenschaften erfordern. Zudem erlaubt die separate Lagerung und das nachfolgende Mischen des Phenol-F.ormaldehyd-Harzes und des Urea-Formaldehyd-Harzes eine Optimierung der Mischungsproportionen für ein bestimmtes Produkt. Die Speicherung des Bindersystems ist somit einzig von der kürzesten Lagerungsdauer der Unterkomponenten abhängig. Schließlich hat es sich herausgestellt, daß das Verfahren der Mischung der Komponenten des· glühverhindernden Bindersystems wesentlich ist für eine langandauernde Stabilität des Bindersystems.

Zum Zeitpunkt des Gebrauchs werden das konventionelle Phenol-Formaldehyd-Harz und der glühverhindernde konventionelle Urea-Formaldehyd-Bestandteil und die Additive, gemischt in der richtigen Folge, kombiniert und wird das Bindersystem auf die Fasern gesprüht, nachdem diese nach einen konventionellen Faserbildungsverfahren erzeugt worden

sind, wodurch ein fasriges Isolierprodukt erzeugt wird, welches eine zufriedenstellende glühverhindernde Eigenschaft bei geringen Kosten gegenüber konventionellen glühverhindernden Harzen aufweist. Es hat sich gezeigt, daß dieses Bindersystem allen Anforderungen an Feuchtigkeitsbeständigkeit gerecht wird und eine überlegene Druckfestigkeit gegenüber Bindersysteme besitzt, welche glühverhxndernde Phenol-Formaldehyd-Harze verwenden.

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Das Isoliermittel, welches geeignet ist für eine Verwendung mit dem vorliegenden sogenannten verglüh— bzw. schmorfreien Bindersystem, kann durch beliebige auf dem Gebiet der Herstellung von
Mineral- oder Glasfaserisolierungen bekannte Verfahren hergestellt werden. Das vorliegende Bindersystem kann auf Fasern aufgebracht werden, nachdem sie in der üblichen Weise hergestellt worden sind.

Die grundlegende Mischung des Bindersystems nach Maßgabe der Erfindung umfaßt die Verwendung irgendeines wasserlöslichen Phenol-Formaldehydharzes,
wie etwa ein im Handel unter der Bezeichnung
"Tybon 951-3" verfügbares Harz (vertrieben durch Pacific Resins and Chemicals, Inc.). Vorzugsweise liegt der Bereich der gesamten Festkörperbestandteile im fertigen Isolierprodukt zwischen ungefähr 1 bis 20% Abbrandverlust (LOI), welcher selbstverständlich auf das Gesamtgewicht der Glasfaser im Produkt bezogen ist - wobei das Gewicht natürlich in Beziehung zur Dichte steht. Insbesondere liegt der Bereich der gesamten Festkörper in der Endisolierung zweckmäßigerweise zwischen
ungefähr 2 bis 12% LOI. Die Bezeichnung "gesamte Festkörper" ist hierin definiert als die Kombination der Binderfestkörper und der Additivfestkörper. Bei der Erfindung rühren die Binderfestkörper vom nachfolgend noch beschriebenen Phenol-

harz und dem Harnstoff-Formädehyd-Harz her. Die Festkörper der Additive rühren von Ammoniure— sulfat und Siliciumwasserstoff her, falls diese dem Bindersystem zugesetzt werden, wie nachfol— gend noch erläutert wird.

Zu diesem konventionellen Phenol-Formaldehydharz wird ein konventionelles wasserlösliches Harnstoff-Formaldehyd-Harz gemischt. Der Anteil bzw. Gehalt des Harnstoff-Formaldehyd-Harzes in der gesamten Bindermischung beträgt etwa 5 bis 50 Gew.-% des Binderfestkörpergehalts und beträgt zweckmäßigerweise etwa 20 bis 30 Gew.-% des Binderfestkörpergehalts und beträgt insbesondere zweckmäßigerweise 27 Gew.-% des Binderfestkörpergehalts. Ein für die Erfindung zweckmäßiges Harnstoff-Formaldehyd-Harz .ist ein im Handel als "GP-5340" bezeichnetes Harz, welches durch die Georgia Pacific Corporation vertrieben wird. Dieses im Handel erhältliche Harnstoff-Formaldehyd-Harz umfaßt etwa 59 % Harnstoff, etwa 19 % Formaldehyd und etwa 22 % Wasser (Gew.-%).

Die durch die Bindersystemmischung verbundene Faserisolierung eignet sich zufriedenstellend bis zu Temperaturen von 850 F bei etwa 3 bis 5 % Abbrandverlust (LOI).

Wahlweise und vorzugsweise können Additive, wie etwa im Handel erhältliches Siliciumwasserstoff (Silan) dem Bindersystem zugesetzt werden, um bei Bedarf dem Glasfaserprodukt Feuchtigkeitsbeständigkeit zu verleihen. Der Silangehalt in der Bindersystemmischung beträgt zweckmäßigerweise etwa 0,1 bis 0,4 Gew.-% basierend auf den Binderfestkörpern und insbesondere vorzugsweise zwischen etwa 0,2 bis 0,36 Gew.-%, basierend auf den Binderfestkörpern. Ammoniak in Industriequalität kann der Bindersystemmischung in einem Betrag von etwa 0 bis 30 Gew.-%, basierend auf den Binderfestkörpern zugesetzt werden, um die Stabilität des Bindersystems zu erhöhen, d.h. einen Niederschlag von dem System zugegebenen Bestandteilen zu verhindern. Schließlich kann Ammoniumsulfat, welches als Aushärtkatalysator dient, der Bindersystemmischung zugegeben werden, um die Wärmeaushärtung des Bindersystems zu unterstützen, wenn es die ineinandergewickelten Glasfasern bindet, wodurch eine Isoliermasse gebildet wird. Das Ammoniumsulfat kann in einem Betrag zwischen etwa 0 bis 6 Gew.-% der Binderfestkörper zugesetzt werden.

Ein spezielles Beispiel für die Formulierung eines grundlegenden Bindersystems für die Verwendung einer fähigen Isolierung wird nachfolgend wiedergegeben

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Beispiel I

Material

Phenol-Formaldehyd-Harz-Festkörper

Harnstoff-Formaldehyd-Harz Festkörper

Ammoniak Ammoniumsulfat Silan (Siliciumwasserstoff)

Gew.-%
73

27

) Basierend auf Bin-20) derfestkörpern,

) wo die Binderfest-4) körper Festkörper ) von Phenol-Form-0,36) aldehyd-Harz und
von Urea-Formaldehyd-Harz sind, wie oben näher erläutert ist.

Die Mischungsfolge oder das Verfahren der Mischung des Bindersystems hat sich als wesentlich gezeigt, wobei das Kriterium darin besteht, daß der Ammoniak vor dem Ammoniumsulfat zugesetzt werden muß. Falls das Ammoniumsulfat vor dem Ammoniak zugesetzt wird, kann die Ausfällung der Binderbestandteile stattfinden.

Dieses Bindasystem verleiht, wenn es in der zuvor beschriebenen V/eise aufbereitet und angewendet worden ist, den erzeugten Glasfaserprodukten auch eine adäquate Feuchtigkeitsbeständigkeit und Druckfestigkeit. Beispielsweise besitzt ein Isolierprodukt in Form einer Fasertafel, welches zur Isolierung von Schiffsrümpfen hergestellt und unter der Bezeichnung "Hullboard" durch Johns-Manville Corporation vertrieben wird, eine verbesserte Druckfestigkeit, wenn es nach Maßgabe von Beispiel I hergestellt worden ist im Vergleich zu einem Produkt, welches mit 3indern hergestellt ist, die verglühfreie bzw. und schmorfreie (anti-punk) Phenol-Formaldehydharze enthalten. Wenn das Produkt mit einem Bindesystem enthaltend ein verglühfreies Phenol—Formaldehydharz hergestellt ist, ist ein.Abbrandverlust (LOI) von 8% für das Produkt erforderlich, um den Anforderungen einer Druckfestigkeit von 200 psf (pounds/square foot) gerecht zu werden, wenn es nach Maßgabe der militärischen Prüfbestimmungen (MIL-I-742 A) getestet wird. Wenn das "Hullboard"-Produkt unter Verwendung des zuvor beschriebenen Bindesystems erzeugt wird, ist ein Abbrandverlust (LOI) von lediglich 6% erforderlich, um den militärischen Bestimmungen genüge zu leisten. In diesem Beispiel kann die verbesserte Druckfestigkeit in eine Abnahme des Binderbedarfs umgesetzt werden, wodurch die Kosten zur Erzeugung einer "Hullboard"-Isolierung reduziert werden. In anderen Fällenvird die verbesserte Druckfestigkeit realisiert, d.h. in eine Produktverbesserung umgesetzt.

Claims

Patentansprüche

I]. Fasriges Isoliermittel aus einer Masse von Glasfasern, welche mit einem Bindersystem verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Glasfasern mit einem Bindersystem mit einem Betrag zwischen etwa 1 bis 20 % Abbrandverlust (LOI) vermischt werden, daß der Binder ein wasserlösliches Phenol-Formaldehyd-Harz umfaßt, welches mit einem wasserlöslichen Urea-Formaldehyd-Harz gemischt ist, und daß der Urea-Formaldehyd-Harzgehalt im Bindersystem etwa 5 bis 50 Gew.-% des Binderfestkörpergehalts aufweist, wobei das Urea-Formaldehyd-Harz etwa 59 % Urea, etwa 19 % Formaldehyd und etwa 22 % Wasser (Gew.-%) aufweist.
2. Isoliermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Urea-Formaldehyd-Harzgehalt im Binder einen Betrag von etwa 27 Gew.-% des Festkörpergehalts im Phenol-Formaldehyd-Harz umfaßt.
3. Isoliermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Bindersystem Silan in einer Menge von etwa 0,1 bis 0,4 Gew.-%, basierend auf den Binderfestkörpern, Ammoniak in einer Menge von etwa 0 bis 30 Gew.-%, basierend auf dem Binderfestkörpergehalt, sowie Ammoniumsulfat in einer Menge zwischen ungefähr 0 bis 6 Gew.-%, basierend auf

-Z-

den Binderfestkörpern, umfaßt.
4. Verfahren zum Mischen eines glühfreien Bindersystems und zur Verwendung dieses Systems zum . Verbinden von Mineralfasern zu einer Isoliermasse,

gekennzeichnet durch

Mischen des Bindersystems, indem, ein wasserlösliches Phenol-Formaldehyd-Harz mit einem wasserlöslichen Urea-Formaldehyd-Harz vermischt wird, wobei der Urea-Formaldehyd-Harzgehalt im Bindersystem eine Menge von etwa 5 bis 50 Gew.—% des Binderfestkörpergehalts umfaßt und das Urea-Formaldehyd etwa 59 % Urea, etwa 19 % Formaldehyd und etwa 22 % Wasser (Gew.-9S) umfaßt, und durch Zugabe von Silan in"einer Menge zwischen etwa 0,1 bis 0,4 Gew.-%, basierend auf den Binderfestkörpern, Zugabe von Ammoniak in einer Menge zwischen etwa 0 bis 30 Gew.-% der Binderfestkörper und durch Zugabe von Ammoniumsulfat in einer Menge zwischen etwa 0 bis 6 Gew.-% der Binderfestkörper sowie durch Aufsprühendes Bindersystems auf die Mineralfasern.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Ammoniak dem Bindersystem vor Zugabe des Ammoniumsulfats zugegeben wird.