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Punkingfreies Mineralfaserprodukt
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Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Mineralfaserproduktes
spezieller Zusammensetzung zur Wärmedämmung hocherhitzter Fluide, insbesondere Fluide,
die eine Temperatur oberhalb 4000 C aufweisen.
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Mineralfaserprodukte zur Wärmedämmung werden bekanntlich dadurch hergestellt,
daß man Mineralfasern unmittelbar nach ihrer Erzeugung aus einer Schmelze mit einem
Bindemittel einsprüht, anschließend verdichtet und danach die verdichtete Mineralfaserbahn
aushärtet.
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Derartige Mineralfaserbahnen können anschließend zur Wärmedämmung,
beispielsweise bei der Umwicklung von Rohren eingesetzt werden, durch die erhitzte
Fluide gepumpt werden.
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Die üblicherweise eingesetzten Mineralfaserprodukte, die Phenol-Formaldehyd-Kondensate
als Bindemittel enthalten, können jedoch nur bis zu bestimmten erhöhten Temperaturen
eingesetzt werden, ohne daß sie durch eine relativ rasch ablaufende Oxidation zerstört
werden. Sobald diese Grenztemperatur überschritten wird, kommt es zu einer starken
Hitzeentwicklung in dem Mineralfaserprodukt und darüber hinaus zu einer Verfärbung
des Mineralfaserproduktes. Infolgedessen bilden sich zunächst an den jeweiligen
Oberflächen des Mineralfaserproduktes dunkle Zonen, die auf die Oxidation dieses
Bereichs zurückzuführen sind. Die weitere Erhöhung der Temperatur führt dann zu
einer völligen Zerstörung des Bindemittels im Mineralfaserprodukt, die soweit gehen
kann, daß Fasern schmelzen und
sich Hohlräume in dem Stoff bilden.
Dabei geht die Festigkeit des Mineralfaserprodukts verloren, was zur Folge hat,
daß der untere Teil des Mineralfaserproduktes, mit dem das Rohr umgeben ist, durchhängt
und somit die wärmedämmende Wirkung aufgehoben wird.
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Dieses Verhalten, bei dem die Festigkeit des Mineralfaserproduktes
durch Oxidation des Bindemittels verlorengeht, ist in der englischen Literatur mit"punking!'
beschrieben.
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Eine Definition dieses Begriffs ist beispielsweise in den US-PSen
32 23 668 und 42 94 879 angegeben, in denen Gemische von Phenol-Formaldehyd-Harzen
mit Dicyandiamid bzw.
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Harnstoff-Formaldehyd-Harzcn als Bindemittel beschrieben sind. Die
aus den zuletzt genannten Patentschriften bekannten Mineralfaserprodukte sind jedoch
nicht völlig punkingfrei - vielmehr können die Temperaturen höher liegen oder aber
die Dicke des Mineralfaserproduktes kann erhöht werden, ohne daß jedoch der unerwünschte
punking-Effekt beseitigt wird.
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Weiterhin wurden bereits Mineralfaserprodukte eingesetzt, die mit
Melarnin-Formaldehyd-Bindemitteln behandelt worden sind. Derartige Mineralfaserprodukte
sind beispielsweise aus derDDOS 16 94 364, 25 43035, DE-AS 12 71 666, DE-PS 958
868, DE-OS 20 20 033, DE-AS 16 94 378 oder US-PS 38 46 225 bekannt. Diese Produkte
zeigen zwar eine bessere Feuerbeständigkeit als Mineralfaserprodukte, die mit Phenol-Formaldehyd-Harzen
gehärtet worden sind, wurden jedoch bisher nicht für die Wärmedämmung hocherhitzter
Fluide eingesetzt, da lediglich mit Melamin-Formaldehyd-Harz im Tränkverfahren hergestellte
Mineralfaserbahnen eingesetzt werden konnten, die jedoch zur Wärmedämmung hocherhitzter
Fluide ungeeignet sind. Mit diesen Mineralfaserbahnen werden die Rohre umwickelt,
wobei regelmäßig durch die unterschiedlichen Temperaturen erzeugte Zwischenräume
zwischen den einzelnen Bahnen auftreten, so daß keine wirksame Wärmedämmung erhalten
wird.
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Des weiteren hängen derartige Bahnen häufig durch, so daß zwischen
den Bahnen einerseits und dem Rohr andererseits Hohlräume entstehen, die die Wärmekonvektion
begünstigen, was aus Wärmedämmgründen ebenfalls unerwünscht ist.
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Aus derDE-AS 12 71 666 ist zwar eine Mineralfaserbahn bekannt, die
mit Melamin-Formaldehyd-Kondensationsprodukten verfestigt worden ist. Die darin
beschriebenen Mineralfaserprodukte wurden jedoch nur zur üblichen Wärmedämmung eingesetzt,
wobei hierdurch die Nachteile beseitigt werden sollten, die bei mit Phenol-Harzen
hergestellten Glasfaservliesen auftreten, also die ungünstige Brennbarkeit, die
dunkle Farbe, der unangenehme Geruch nach Phenol -und Festigkeitsverluste unter
dem Einfluß der atmosphärischen Feuchtigkeit. Nicht vorgeschlagen wurde jedoch in
dieser Patentschrift, daß derart hergestellte Mineralfaserprodukte, die mit Melamin-Formaldehyd-Bindemitteln
gehärtet worden sind, bei erhöhten Temperaturen zur Wärmedämmung eingesetzt werden
sollten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mineralfaserprodukt
zur Verfügung zu stellen, daß bei erhöhten Temperaturen,insbesondere bei Temperaturen
oberhalb 4000 C einget lzt werden kann, ohne daß ein punking-Verhalten festgestellt
werden kann.
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Überraschenderweise wurde nunmehr festgestellt, daß Mineralfaserprodukte,
die mit einer wäßrigen Lösung eines Melamin-Formaldehyd-Kondensats behandelt worden
sind, das mit einem aliphatischen Alkohol mit 1-4-Kohlenstoffatomen verethert ist
zur Wärmedämmung hocherhitzter Fluide eingesetzt werden kann, insbesondere von solchen
Fluiden, die Temperaturen oberhalb 4000 C aufweisen.
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Somit können also unter anderem die aus derDFAS 12 71 666 bekannten
Mineralfaserprodukte, die aus einem vollständig veretherten Melamin-Formaldehyd-Vorkondensat
behandelt wurden, überraschenderweise zur Wärmedämmung derart hoch
erhitzter
Fluide eingesetzt werden.
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Dabei konnte festgestellt werden, daß die erfindungsgemäß eingesetzten
Mineralfaserprodukte kein punking-Verhalten aufweisen, d.h., daß dasfrtP4ineralfaserprodukte
enthaltende Bindemittel nicht zerstört wird, selbst wenn Rohre umwickelt werden,
die Fluide oberhalb 400, sogar 5000 C führen.
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Eine genauere Analyse eines derart eingesetzten Mineralfaserproduktes
ergab, daß das Bindemittel im Mineralfaserprodukt in der unmittelbaren Nähe zum
Rohr verdampft war und sich weiter außen, innerhalb des Mineralfaserproduktes sublimiert
hatte. Infolgedessen wurden weder die Formbeständigkeit, noch die Dämmeigenschaften
des erfindungsgemäßen Mineralfaserproduktes eingeschränkt, mit der Folge, daß durch
dieses überraschende Verhalten erstmals ein Mineralfaserprodukt zur Verfügung gestellt
wird, das bei Temperaturen oberhalb 4000 C zur Wärmedämmung eingesetzt werden kann.
Dies ist mit den übrigen Mineralfaserprodukten des Standes der Technik, also solchen,
die mit anderen Bindemitteln behandelt worden sind, nicht möglich.
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Des weiteren ist es möglich, daß die mit Melamin-Formaldehyd-Vorkondensaten
behandelten Minerafaserbahnen zu Rohrschalen verarbeitet werden, ohne daß eine verfrühte
Aushärtung zu befürchten ist. Insofern wird eine noch nicht ausgehärtete Bahn auf
einen perforierten Kern aufgewickelt und zu einer Rohrschale verarbeitet, wobei
durch diesen perforierten Kern in an sich bekannter Weise heiße Luft so lange geschickt
wird, bis die völlige Kondensation des Bindemittels erreicht ist. Speziell bei derartigen
Rohrschalen, die bevorzugt zur Wärmedämmung von heiße Medien-führenden Rohren eingesetzt
werden, hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß die mit den Melamin-Formaldehyd-Vorkondensaten
behandelten Mineralfaserprodukte punkingfrei sind, also eine rasche Oxidation
des
Bindemittels in der Rohrschale unter Erzeugung von Wärme - wie vorstehend erwähnt
- völlig unterbleibt.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Ausführungsformen sind in der
nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch eine punkingfreie Rohrschale,
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Gelzeitverhaltens von Melaminharzen und Fig.
3 a) eine graphische Darstellung einer Punkingmessung einer erfindungsgemäßen Mineralfaserplatte
und b) eine graphische Darstellung einer Punkingmessung einer mit Phenolharz gehärteten
Plineralfaserplatte.
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Die erfindungsgemäß einzusetzenden Melamin-Formaldehyd-Vorkondensate
weisen folgende Formel auf;
in der R = H oder CH2 OR' und R' = H oder nieder-Alkyl bedeuten.
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Das Melamin-Molekül ist mit dem Formaldehyd in einem Verhältnis von
1 : 1,5 bis 1 : 4, vorzugsweise 1 : 1,8 bis 1 : 3, insbesondere 1 : 2 bis 1 : 2,5,
auf molarer Basis kondensiert Demzufolge besteht bei der bevorzugten Ausführungsform
die Gruppe R bis etwa zur Hälfte aus der Gruppe -CH2 OR', wobei der restliche Bestandteil
von R die Bedeutung von H hat.
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Dieses Hydroxvmethylmelamin (bei einer Bedeutung von R' = H) ist jedoch
in wässriger Lösung sehr reaktionsfreudig und eignet sich wegen der sehr kurzen,
in Fig. 2 erläuterten Gelierzeit nicht für das Besprühen von erwärmten Mineralfasern
im Fallschacht.
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Es hat sich nunmehr herausgestellt, daß die erfindungsgemäße spezielle
Veretherung dieser Hydroxymethylmelamine die Gelierzeit derart verlängern kann,
daß die derart eingesetzten Melamin-Formaldehyd-Produkte in der teilweise veretherten
Form sich auch zum Besprühen von Mineralfasern im Fallschacht verwenden lassen.
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Erfindungsgemëß liegt daher vorteilhafterweise das Veretherungsverhältnis
bei wenigstens 20 - 100, insbesondere bei etwa 40 - 65 %. Demzufolge sind in der
bevorzugte-n Ausführungsform
form 40 - 65 % der OH-Gruppen mit
einem nieder-Alkanol verethert worden, während der restliche Bestandteil unverethert
bleibt, d.h. daß R' die Bedeutung H besitzt.
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Als ~nieder-Alkyl,' kommen die Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butyl-Gruppe
in Frage, wobei die Methyl-Gruppe bevorzugt ist. Demzufolge wird Methanol als Veretherungsmittel
vorzugsweise bei den teilweise kondensierten Melamin-Formaldehyd-Vorkondensaten
eingesetzt, wobei ein teilweise verethertes Methoxymethylmelamin erhalten wird.
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Die erfindungsgemäßen Vorkondensate bilden eine klare Flüssigkeit
mit leicht viskosen Eigenschaften und weisen eineT Wert von etwa 9 - 10 aiif.
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Die wässrige Lösung weist vorteilhafterweise einen Feststoffbestandteil
von 40 - 80, vorteilhafterweise von 50 - 75 % auf und ist mit kaltem Wasser beliebig
mischbar.
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Diese Lösung ist weiterhin wenigstens ein halbes Jahr einsatzfähig,
sofern sie nicht mit Protonendonatoren,wie Säuren oder den Ammoniumsalzen starker
Mineralsäuren, in Verbindung kommt und im übrigen nicht erhitzt wird. Derartige
Vorkondensate können entweder werksseitig aus den entsprechenden Ausgangsprodukten,
wie Melamin, Formaldehyd und vorteilhafterweise Methanol hergestellt oder aber als
bereits fertiges Produkt eingesetzt werden.
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Ein Beispiel für ein bereits fertiges, teilweise verethertes Melamin-Formaldehyd-Vorkondensat
ist ein Melaminharz der Firma HOECHST AG, das unter der Bezeichnung Hoe T 3102 geliefert
wird.
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D Stellung # 0cler erfindungssemäßcn Melamin-Formaldehyd-Vorkondensate,
die verethert sind, erfolgt in an sich bekannter Weise. Dabei wird beispielsweise
zu-
nächst Melamin in wässriger Formaldehydlösung in den vorstehend
beschriebenen Molverhältnisse bei Temperaturen von etwa 50 - 900C und einem pH-Wert
von etwa 7,5 - 10 erwärmt. Diese Reaktion kann bis zu 30 Minuten dauern.
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Anschließend wird die erhaltene Reaktionslösung vorteilhafterweise
angesäuert und danach mit dem entsprechenden Alkanol vorteilhafterweise im erwärmten
Zustand in den vorstehend beschriebenen molaren Mengen verethert.
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In Fig. 2 ist das Gelzeitverhalten eines erfindungsgemäßen teilweise
veretherten Melamin-Formaldehyd-Harzes A und eines nichtveretherten, ansonsten jedoch
gleichen Harzes B gegenübergestellt.
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Das Gelzeitverhalten ist dabei das Maß der Verarbeitbarkeit des Harzes
bei bestimmten Temperaturen, wobei die Gelzeit mit steigender Temperatur immer kürzer
wird, da die Kondensationsgeschwindigkeit ebenfalls steigt.
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Um Mineralfasern im erwärmten Zustand, d.h. im Schacht verarbeiten
zu können, muß die Gelzeit etwa 7 - 8, vorteilhafterweise 10 - 12 Minuten, bei etwa
l150C betragen.
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Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, liegt die Gelzeit für ein nichtverethertes
herkömmliches Harz B erheblich unter diesem Wert bei etwa 3- 4 Minuten und ist somit
nicht einsetzbar. Ein solches Harz führt also zu einem Mineralfaserprodukt, das
am Schachtausgang bereits völlig ausgehärtet ist.
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Demgegenüber weist das erfindungsgemäß teilweise veretherte Harz A,
wie es beispielsweise von der Firma HOECHST AG unter der Bezeichnung T 3102 geliefert
wird, eine erheblich verlängerte Gelzeit auf, die erst ab 1350C nennenswert absinkt.
Dieses Harz ist daher besonders für das Besprühen von durch einen Schacht fallenden
erwärmten Mineralfasern geeignet, deren Temperatur normalerweise unter l350C liegt.
Vorteilhafterweise liegen die Schachttemperaturen dabei in einem Bereich von 70
- l300C. In-
folgedessen kommt es regelmäßig nicht zu einer Polykondensation
des erfindungsgemäßen Bindemittels im Schacht, da das Reaktionsverhalten der erfindungsgemäßen
Harze zu träge ist.
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Überraschend:ist also die Tatsache, daß erwärmte Mineralfasern mit
einer wässrigen Bindemittel lösung eingesprüht werden können, die ihren Wassergehalt
durch Verdampfen verliert und deren Feststoffe sich dabei auf den Mineralfasern
ohne Vernetzung niederschlagen. Wenn die Reaktion dabei so gesteuert wird, daß die
Restfeuchtigkeit der damit besprühten Fasern vernachlässigbar ist, kann ein derart
erhaltenes Mineralfaserprodukt, d.h. lose, mit dem erfindungsgemäßen teilweise veretherten
Melamin-Formaldehyd-Vorkondensat eingesprühtes Mineralfaserprodukt, am Schachtausgang
gewonnen werden, das nicht mehr in einem Arbeitszug weiterverarbeitet werden muß.
Bekanntlich härten die üblichen Formaldehyd-Vorkondensate, insbesondere diejenigen
auf Phenol-Basis, nach dem Aufsprühen auf die erwärmten Fasern im Schacht nach kurzer
Zeit aus und müssen infolgedessen in einem Verfahrenszug verdichtet und durch eine
Aushärtungsstation geführt werden.
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Obwohl eine solche Behandlung erfindungsgemäß nicht durchgeführt werden
muß, ist sie jedoch produktionstechnisch bevorzugt.
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Um die nachstehend erläuterten Mineralfasern einzusprühen, wird die
das erfindungsgemäße Vorkondensat enthaltende wasserklare Flüssigkeit mit dem vorstehend
erwähnten hohen Feststoffbestandteil derart mit Wasser verdünnt, daß der Bindemittelanteil
im ausgehärteten Mineralfaserprodukt in einem Verhältnis von 2 - 10, vorzugsweise
3 -'6 Gew.% liegt. Demzufolge wird eine wässrige Lösung eingesetzt, die wenigstens
5, vorzugsweise 10 - 12 Gew.% Feststoffbestandteil aufweist.
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Vorteilhafterweise wird diese Lösung mit an sich bekannten Haftvermittlern,
beispielsweise auf der Basis von Amänosilikonen versetzt. Dabei werden solche Haftvermittler
in einer Menge von etwa 0,1 - 0,3, vorzugsweise 0,2 Gew.%, bezogen auf das Festharz,
eingesetzt.
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Weiterhin können derartige Lösungen vorteilhafterweise einen Katalysator
aufweisen, der die Reaktionsgeschwindigkeit der Polykondensation beschleunigt. Hierzu
werden vorteilhafterweise säureabspaltende Mittel (Protonenspender), beispielsweise
Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat oder Ammoniumphosphat, eingesetzt, wobei ihr Anteil,
wiederum bezogen auf das Festharz, etwa 0,5 - 2 Gew.% betragen kann.
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Sofern sich der pH-Wert dieser Lösung verändern sollte, wird dieser
vorteilhafterweise mit Ammoniak auf einen Wert von etwa 9 - 10 eingestellt, um nicht
die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen.
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Eine derart eingestellte Bindemittellösung, die das veretherte Melamin-Formaldehyd-Vorkondensat
enthält, wird den Mineralfasern zugeführt, die durch den Schacht fallen, der sich
von der Fasererzeugungseinheit bis zur Mineralfaserbahnproduktionslinie erstreckt.
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Die Herstellung der Mineralfasern erfolgt in an sich bekannter Weise,
wobei die üblichen mineralischen Ausgangsprodukte, beispielsweise silikatische Gesteine,
Glasgemenge oder metallurgische Schlacken zum Einsatz kommen, die in Glaswannenöfen
oder Kupolöfen geschmolzen werden.
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Die Mineralfaser selbst wird in an sich bekannter Weise nach dem Schleuderverfahren,
Düsenblasverfahren oder Düsenziehverfahren hergestellt. Die hierdurch erzeugten
Fasern fallen im noch heißen Zustand durch den Schacht bzw. eine sogenannte ~Sammelkammer'
und werden dort - wie
vorstehend festgestellt - mit der wässrigen
Bindemittellösung besprüht. Beim Einsprühen kommt es dabei zu einem Verdampfen des
in der Bindemittellösung enthaltenen Wassers. Das Verdampfen selbst wird entsprechend
dem Einsatz zweck der eingesprühten Faser durchgeführt und hängt dabei im wesentlichen
von der zur Verfügung stehenden Wärmemenge ab, die zum Verdampfen des Wassers benötigt
wird.
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Wenn die Mineralfasern im Anschluß an das Einsprühen mit Bindemittel
weiterverarbeitet werden sollen, d.h. verdichtet und anschließend durch Erhitzen
ausgehärtet werden sollen, muß die eingesprühte Mineralfaser noch eine gewisse Restfeuchte
aufweisen, da ansonsten die Polykondensation bei den erfindungsgemäßen veretherten
Melamin-Formaldehyd-Vorkondensaten nicht mehr stattfinden kann. Die Restfeuchte
in den Mineralfasern soll vorteilhafterweise 1 - 10, insbesondere 3 - 5 Gew.%, bezogen
auf die Mineralfaser, betragen.
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Sofern eine im wesentlichen trockene, also nicht mehr reaktionsfähige
mit dem erfindungsgemäßen veretherten Melamin-Formaldehyd-Vorkondensat versehene
Mineralfaser vorliegt, kann die Fähigkeit zur Polykondensation dadurch wiederhergestellt
werden, daß die Mineralfaser mit Wasser in den vorstehend erwähnten Mengen eingesprüht
wird. Demzufolge kann eine Mineralfaser im erwärmten Zustand mit einer wässrigen
Bindemittellösung eingesprüht werden, ohne daß das im wesentlichen trockene Bindemittel
im Anschluß an das Einsprühen und Verdampfen des Wassers aushärtet. Besonders überraschend
ist jedoch die Tatsache, daß - wie vorstehend erwährt -die Polykondensationsfähigkeit
durch einfaches Einsprühen der mit Bindemittel versehenen Mineralfaser mit Wasser
wieder aufleben kann. Somit läßt sich ein F~;hfilz auf Lager halten und kann zur
Herstellung bestimmte Teile nach dem Einsprühen mit Wasser in den ProdtlkLtio,sprezel3
eingeschoben werden. Weiterhin lassen sich mit weinen der-
artigen
Produkt Sandwich-Teile fertigen, die aus unterschiedlichen Mineralfaserbahnen zusammengesetzt
sind, d.h. Mineralfaserbahnen, die beispielsweise mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel
und einem davon unterschiedlichen Bindemittel, wie Phenol-Formaldehyd-Vorkondensat,
behandelt worden sind. In einem solchen Fall wird die mit Phenol-Harz getränkte
Mineralfaserbahn on-line hergestellt, während das mit dem erfindungsgemäßen teilweise
veretherten Melamin-Formaldehyd-Harz versehene Mineralfaserprodukt beispielsweise
aus dem Lager zugeführt und in der Produktionslinie mit Wasser eingesprüht wird.
Hierauf schließen sich die üblichen Produktionsgänge der Verdichtung der Mineralfasern
und der anschließenden Aushärtung dieser verdichteten Fasern an.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Mineralfaserprodukte werden nach
dem Einsprühen im Schacht einer Verdichtungsbehandlung unterzogen, wobei die losen
Fasern zu einer Mineralfaserbahn verdichtet werden. Die Verdichtung erfolgt dabei
um einen Faktor 1 : 4 bis 1 : 6. Die erhaltenen Mineralfaserprodukte weisen daher
erfindungsgemäß vorteilhafterweise eine Rohdichte von 10 - 200, insbesondere 80
- 120 kg/m3 auf.
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Die Verdichtung selbst erfolgt in an sich bekannter Weise bereits
im Fallschacht und anschließend auf einem perforierten Transportband, wobei üblicherweise
große Luftströme durch den Rohfilz gesaugt werden.
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An die Verdichtungshehandlung in einer Verdichtungsstation schließt
sich eine Härtungsbehandlung in einer üblichen Aushärtungsstation an, wobei üblicherweise
Durchlaufhärteöfen verwendet werden, in denen orteilhafterweise sowohl eine Verdichtuny
als auch eine Erwärmung der mit Bindemittel versehenen Mineralfaserbahn durchgeführt
wird.
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Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, wird zum Start der
Polykondensation
wenigstens etwa eine Temperatur von 1350C benötigt. Vorteilhafterweise liegt die
Temperatur in der Härtungsstation in einem Bereich von 180 - 2500C.
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Bei der Härtung wird zunächst das noch in der Faser befindliche Wasser
verdampft, wobei zugleich die Polykondensation eingeleitet wird, die in dem vorstehend
beschriebenen bevorzugten Temperaturbereich in relativ kurzer Zeit vollständig abgelaufen
ist.
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Besonders vorteilhaft werden die noch nicht ausgehärteten erfindungsgemäßen
Mineralfaserprodukte zu einer Rohrschale verarbeitet, die beispielsweise aus Fig.
1 ersichtlich ist.
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In dieser Fig. 1 ist eine Rohrschale 10 aus dem erfindungsgemäß hergestellten
Mineralfaserprodukt gezeigt, die als Bindemittel das veretherte Melamin-Formaldehyd-Harz
in polykondensierter Form aufweist. Die Rohrschale 10 umgibt dabei ein Rohr 12,
in dem heiße Fluide gefördert werden. Da diese Fluide Temperaturen oberhalb 4000C
aufweisen können, muß die Mineralfaser punking-frei sein, d.h. der zu Wärmedämmzwecken
eingesetzte, mit Bindemittel verfestigte Mineralfaserdämmstoff darf nich durch die
durch Wärmeeinwirkung in Gang gesetzte Oxidation des Bindemittels in ihrer Struktur
zerstört werden.
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Nachstehend ist dieses Antipunking-Verhalten der erfindungsgemäß hergestellten
Rohrschalen beschrieben und in der Fig. 3 gezeigt.
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Die Rohrschalc selbst wird in an sich bekannter Weise, beispielsweise
nach dem Verfahren gem-iß US-Ps 34 06 231 hergestellt. Bei dieser Herstellungsweise
wird tlie noch nicht ausgehärtete Mineralfaserbahn ailf einen psrfor!(rten Rorkern
aufgewickelt, der an seirlen Enden bis auf ein Einlaßrohr verschlossen versct#J
ossen ist. Durch dieses Einlaßrohr
wird erwärmtes Fluid, vorteilhafterweise
Luf#t, eingeführt, die durch die Löcher im Rohr dringt und danach mit der aufgewickelten
Mineralfaserbahn in Berührung kommt und dort die Polykondensation auslöst. Dabei
werden die vorstehend erwähnten Temperaturbereiche für die Härtunqsbehandlunq eingehalten.
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Nach dem Aushärten wird die Rohrschale vom Kern abgezogen und dabei
ggf. in Längsrichtung geteilt.
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Wie bereits vorstehend festgestellt, läßt sich eine derart hergestellte
Rohrschale aus dem erfindungsgemäßen Mineralfaserprodukt zur Wärmedämmung von Rohren
einsetzen, die ein Fluid mit hoher Temperatur befördern.
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Wie in Fig. 3 gezeigt, ist eine erfindungsgemäß hergestellte Mineralfaserplatte
punkingfrei, während eine mit dem üblichen Bindemittel auf der Basis von Phenol-Harz
behandelte Mineralfaserplatte nach etwa 5 Stünden zerstört wird.
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Bei dem in Fia. 3 gezeigten Versuch wurde eine Mineralfaserplatte
mit einer Rohdichte 80 kg/m3 und einer Dicke von 30 cm eingesetzt. Diese Mineralfaserplatte
weist jeweils einen Bindemittelgehalt von 4 Gew.% auf, unterscheidet sich jedoch
im Bindemittel.
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Die Punking-Messung wird dadurch durchgeführt, daß die Mineralfaserplatte
auf eine Heizplatte gelegt wird, deren Temperatur konstant auf der Prüftemperatur,
beispielsweise bei 5000C gehalten wird. Im Abstand von 20 mm (bei der mit Phenol-Harz
gebundenen Mineralfaserplatte gem. Fig. 3b) bzw. 40 mm (bei der mit Melamin-Harz
gebundenen Mineralfaserplatte gem. Fig. 3a) werden jeweils Temperatursensoren in
die Mineralfaserplatte eingeführt. Die gemessene Temperatur wird dann in Abhängigkeit
von der Prüfdauer aufgetragen.
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Wenn die Mineralfaserplatte auf die erhitzte Heizplatte gelegt wird,
beginnt die Messung, deren Ergebnis in Fig. 3 gezeigt ist.
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Aus Fig. 3a) sind mehrere Kurven ersichtlich, die mit 1 bis 9 bezeichnet
sind. Die Kurve 1 stellt dabei die Temperatur der Heizplatte dar, während die Kurven
2 - 8 die Temperatur in der Mineralfaserplatte in Abhängigkeit von der Entfernung
von der Heizplatte - wie vorstehend erläutert - darstellen. Die Kurve 9 bezeichnet
im übrigen die Oberflächentemperatur der Mineralfaserplatte-.
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In Fig. 3b) sind dagegen die Abstände zwischen den einzelnen Temperatursensoren
- wie ebenfalls vorstehend erläutert wurde - geringer, wobei die Kurve 1 wiederum
die Temperatur der Heizplatte zeigt, während die Kurven 2 - 17 jeweils die Temperatur
zwischen den jeweiligen Meßpunkten darstellen. Die Kurve 18 zeigt wiederum die Oberflächentemperatur
der Mineralfaserplatte.
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Aus einem Vergleich der Fig. 3a) und 3b) ist ersichtlich, daß die
Fig. 3b) zu Beginn der Messung, also etwa nach 2 - 5 Stunden, einen starken Anstieg
zeigt, wobei schließlich Spitzenwerte von etwa 8600C , also 3600C über der Heizplattentemp&ratur
erreicht werden. Die hierbei auftretende exotherme Reaktion ist auf das punking,
also die Oxidation des i3indemitte#s, zurückzuführ<n.
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Demgegenüber findet ein solcher Temperaturanstieg in einer mit Melamin-Harz
gebundenen Mineralfaserplatte gem. Fig.
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3a) nicht statt. Diese Platte ist also im Gegensatz zur Mineralfaserplatte,
die mit Phenol-Harz verfestigt ist, zum Einsatz an Rohren und sonstigen Aparateteilen
geeignet, die unter hoher Temperatur Z.B. 400 - 550 Cn stehen.
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Die Gelierzeit, die in Fig. 2 dargestellt ist, gibt an, wann und bei
welcher Temperatur das Harz vom flüssigen in den gelffirmlflen Zustand übergeht.
Die Zeit Zeitspann zwischen
dem i#<#<#11(1<' 1' 1iiPrüfung
und <1<dem Zei 1 punkt ,an (t('lil 11.1 Z in den Gelzustand ül>ergeht ,
wird allgemeirl als "Gelierzeit. bezeichnet.
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Diese Gelierzeit wird auf folgende Weise gemessen: Das Harz wird in
einem Glasgefäß bei einer vorgegebenen Temperatur weiterkondensiert. Die dabei eintretenden
Viskositätsveränderungen der untersuchten Harzprobe werden durch die Leistungsaufnahme
einer Rührsonde bestimmt.
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Nach Erreichen einer vorgewählten Grenzviskosität, dem Gelpunkt, wird
die Messung beendet und die Zeit von dem Gelierbeginn bis zum Ende der Prüfung automatisch
gestoppt.
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Als Meßapparatur wird ein Gelierzeitmeßgerät der Type DiA-RVN der
Firma Bachofer, Reutlingen, eingesetzt, das eine Rührsonde für den Viskositätsbereich
von etwa 50 -70.000 mPa ~ s aufweist. Dieses Meßgerät wird auf eine bestimmte Temperatur
eingestellt, die über die Meßdauer konstant gehalten wird.
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Eine gemessene Viskositätskurve weist üblicherweise zunächst einen
Bereich mit konstanter Viskosität auf, was auf das Verdampfen des restlichen Lösungsmittels
zurückzuführen ist. An diesen Bereich schließt sich dann ein Bereichmit stetiger
Viskositätszunahme an, der beim 100%-Ausschlag, also einer Viskosität von 70.000
mPa - s und darüber endet. Der Beginn des Anstiegs bis zum Ende der Messung wird
dabei als Gelierzeit festgehalten.
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Die gemessenen Gelierzeitwerte sind in Abhängigkeit von der Meßtemperatur
in Fig. 2 aufgetragen und geben somit den zu erwartenden Kondensationsverlauf des
betreffenden Harzes in Abhängigkeit von der gewählten Temperatur wieder.
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Was aus der Fig. 2 als besonders iiberrascherld anzusehen
ist,
ist die Tatsache, daß das erfindungsgemäß eingesetzte, teilweise veretherte Melamin-Formaldehyd-Vorkondensat
bei 1350C und darunter eine praktisch unendliche Gelierzeit aufweist, d.h. unterhalb
dieser Temperatur nicht mehr polykondensationsfähig ist. Andererseits nimmt jedoch
diese Eigenschaft oberhalb dieser kritischen Temperatur sehr rasch zu. Somit läßt
sich bereits bei Temperaturen von l600C und darüber das erfindungsgemäße Vorkondensat
zur Polykondensation einsetzen.
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Ausgangspunkt der Erfindung war die Entwicklung von Mineralfaserschalen,
die bei erhöhten Temperaturen zur Wärmedämmung eingesetzt werden sollten. Dabei
sollten die Mine- -ralfaserschalen Rohre umgeben, in denenFluide mit 4000 C und
darüber gefördert wurden.
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Zu diesem Zweck mußten Mineralfaserschalen entwickelt werden, bei
denen das üblicherweise organische Bindemittel nicht durch Selbstentzündung vollständig
zerstört wird.
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Es sollte also ein im Temperaturbereich von 4000 C und darüber punkingfreies
Mineralfaserprodukt geschaffen werden.
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Hierzu wurden folgende Versuche unternommen: Mineralfasern wurden
in üblicher Weise mit gleichen Mengen der nachstehend erwähnten Bindemittel umgesetzt.
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a) 40 Gewichtsteile Phenolharz, 30 Gewichtsteile Harnstoff und 30
Gewichtsteile Dicyandiamid-Formaldehyd-Vorkondensat Eine so hergestellte Rohrschale
zeigt eine Punkingresistenz bis max. 3500 C, wird also bei darüberliegenden Temperaturen
vollständig zerstört.
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b? 55 Gewichtsteile Phenolharz, 45 Gewichtsteile Harnsäure und 10
Gewichtsteile Borsäure.
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Mit diesem Blndemittel hergestellte Schalen weisen nur eirle unzureichende
mechanische i:CS# i qk< ii. ai# # und können somit nicht eingesetzt werden.
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c) Phenolharz bzw. mit Harnstoff modifiziertes Phenolharz und wäßrige
Lösungen von kollodialer Kieselsäure oder Kalium- bzw. Natriumsilikat, die mit sauren
Aluminiumsalzen, Phosphaten oder Boraten neutralisiert wurden.
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Die Verarbeitbarkeit der Bindemittel war sehr schwierig wegen der
Instabilität der Lösungen. Die mechanischen Festigkeitswerte der so hergestellten
Mineralfaserprodukte lag um ca. 50 % niedriger als bei der normalen Phenolharzbindung,
mit der Folge, daß sie zur Herstellung von Rohrschalen nicht geeignet waren.
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d) Harnstoffmodifiziertes Phenolharz mit kollodialem Aluminiumoxid.
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Auch ein derart hergestelltes Mineralfaserprodukt zeigt eine schlechte
mechanische Festigkeit und kann somit ebenfalls nicht zur Herstellung von Rohrschalen
eingesetzt werden.
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Nachstehend ist ein Vergleich der Brennwerte von den für Mineralfasern
verwendeten Bindemittelnsowie Zusatzstoffen angegeben: Joule/g Phenolharz ohne Harnstoff
28.000 Phenolharz mit ca. 25% Harnstoff 23.800 Phenolharz mit Harnstoff und Dicyandiamid
- 1:1:1 21.000 Teilweise verethertes Melamin-Formaldehyd-Vorkondensat gemäß Erfindung
19.400 Harnstoffharz 17.400
Harnstoff 10.500 Dicyandiamid 16.200
Stärke 15.100 Aus vorstehender Zusammenstellung ist ersichtlich, daß die Brennwerte
des erfindungsgemäßen Melamin-Harzes und der üblicherweise verwendeten Bindemittel
aus Phenolharz mit Harnstoff modifiziert, relativ eng beieinanderliegen.
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Aufgrund dieses Brennwertverhältnisses war nicht zu erwarten, daß
das erfindungsgemäße Melaminether-Formaldehyd-Harz ein grundsätzlich anderes Verhalten
bei stark erhöhten Temperaturen aufweist als die übrigen, vorstehend erwähnten Bindemittel.
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Erfindungsgemäß wurde nämlich überraschenderweise festgestellt, daß
das veretherte Melamin-Formaldehyd-Kondensat ein gänzlich unterschiedliches Zersetzungsverhalten
während des Punkingtests aufweist. Während nämlich Phenolharz an ausgehärteten Mineralfasern
bei Temperaturbelastung vollständig von den Fasern verbrennt, sublimiert das Melaminetherharz
im Temperaturbereich oberhalb 350 - dem Mineralfaserdämmstoff heraus und kondensiert
als weißer Niederschlag in den äußeren, kühleren Faserschichten. Demzufolge wird
die totale Oxidationsreaktion des Bindemittels im Bereich der stark erhitzten Zone
unterdrückt und somit die vollständige Zersetzung des im Mineralfaserprodukt befindlichen
Bindemittels vermieden. Letztendlich wird also der aus einem solchen gehärteten
Mineralfaserprodukt hergestellte Formkörper nicht zerstört und kann somit erfolgreich
zur Wärmedämmung hocherhitzter Fluide eingesetzt werden.
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So sind die erfindungsgemäßen Mineraltaserprodukte in Form von Rohrschalen
erfolgreich bei der Wärmedämmung in lieizkraftwerken bei der Wärmedämmung von lohrcn-cinzusetzen,
in ~denen überhitzter wasserdampf von 400-500°c zirku-13 erst.
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Die Dicke der Rohrschale ist abhängig von der Temperatur -des Fluids,
das durch ein Rohr geführt wird. Ebenso ist ,auch die Rohrdichte sowohl von der
Dicke als auch von der Temperatur des Fluids abhängig. Es wurde dabei festgestellt,
daß die Rohrschale bei einer Rohrdichte von etwa 100 kg/ m3 vorteilhafterweise zumindest
eine Dicke von etwa 200 mm aufweisen soll, sofern das Fluid eine Temperatur von
etwa 4000 C besitzt. Diese Dicke kann vorteilhafterweise auf ca. 300 mm ansteigen,
sofern die Fluidtemperatur etwa 5000 C beträgt.
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Aufgrund dieser relativ großen Dicke werden erfindungsgemäß vorteilhafterweise
mehrere Rohrschalen übereinander eingesetzt, so daß sich deren Einzeldicken zur
Gesamtdicke summieren. Insofern sind die Rohrschalen entsprechend ihren Außen- bzw.
Innendurchmesser einander angepaßt, so daß sie ohne Schwierigkeiten formschlüssig
zusammengestellt werden können.