DE3616454C2

DE3616454C2 -

Info

Publication number: DE3616454C2
Application number: DE3616454A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Chem. 6704 Mutterstadt De Schirmeisen; Hartmut Dipl.-Chem. 6719 Bockenheim De Tiesler
Original assignee: Gruenzweig und Hartmann AG
Current assignee: Saint Gobain Isover G+H AG
Priority date: 1986-05-15
Filing date: 1986-05-15
Publication date: 1990-03-15
Anticipated expiration: 2006-05-16
Also published as: PT84877B; KR950004491B1; NO176045B; ATE88686T1; DE3785604T2; DE3616454A1; DE3785604T3; IE871257L; DE3785604D1; CA1312256C; DE3616454C3; FI872127A; ZA873487B; DK169715B1; JP2641860B2; EP0246952A3; EP0246952B1; DK244887A; ES2043676T5; NO872018D0

Description

Die Erfindung betrifft eine wäßrige Emulsion eines wasserunlöslichen Zusatzstoffes für Dämmstoffe aus künstlichen Mineralfasern, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher wäßriger Emulsionen und ihre Verwendung zum Imprägnieren (Schmälzen) der künstlichen Mineralfasern.

Dämmstoffe aus künstlichen Mineralfasern werden zur Verbesserung ihrer Handhabungseigenschaften mit Zusatzstoffen, wie z. B. Staubbindemitteln, Hydrophobierungsmitteln, Glättungs- und Gleitmitteln sowie anderen Zusätzen imprägniert. Außerdem werden Kunststoffe in Form von wärmehärtbaren Duromeren, wie z. B. Phenolformaldehydharze, zugesetzt, um den Mineralfasern im Verbund eine gewisse Formstabilität zu verleihen.

Um eine gleichmäßige Verteilung dieser Zusatzstoffe unter den Mineralfasern, die in Form einer Faserbahn weiterverarbeitet werden, zu erzielen, ist es notwendig, die Zusatzstoffe in einer Stufe des Herstellungsprozesses einzubringen, wo die Fasern noch als Einzelfasern imprägniert werden können, also vor der Bildung der verfilzten Faserbahn. Diese Stufe des Herstellungsverfahrens liegt in unmittelbarer Nachbarschaft der Zerfaserungsaggregate, wo wegen der Nähe zu geschmolzenem Glas hohe Temperaturen, intensive Wärmestrahlung und latente Brandgefahr herrschen.

Die Zusatzstoffe müssen daher mehrere Bedingungen erfüllen:

- sie müssen eine geringe eigene Flüchtigkeit besitzen;
- sie müssen mit Wasser verdünnbar sein;
- sie müssen durch Sprühen verarbeitbar sein und
- sie dürfen bei der Verarbeitung nicht brennen.

Im Stand der Technik werden diese Bedingungen durch wäßrige Emulsionen oder Dispersionen der Zusatzstoffe erfüllt, die die erforderliche Stabilität aufweisen und durch Zugabe von Wasser auf die gewünschte niedrige Arbeitskonzentration verdünnt werden können. Die damit imprägnierten Dämmstoffe aus Mineralfasern sind jedoch für den praktischen Einsatz nur bedingt tauglich.

Die Herstellung einer wäßrigen Emulsion von Mineralölen, die als Staubbindemittel eingesetzt werden können, Siliconen, die als Hydrophobierungsmittel verwendet werden können, und ähnlicher wasserunlöslicher Substanzen ist nur mit Hilfe von Emulgatoren möglich. Emulgatoren sind grenzflächenaktive Stoffe mit guter Löslichkeit sowohl in der wäßrigen als auch in der nichtwäßrigen Phase. Mit solchen Mineralölemulsionen, die in der Dämmstoffindustrie auch als "Schmälzen" bezeichnet werden, werden hervorragende Werte der Staubbindung erzielt. Der Effekt ist auf 2 Ursachen zurückzuführen:

1. wirkt die Mineralölschmälze als Schmier- und Gleitmittel bei den Relativbewegungen sich berührender Fasern. Dadurch wird die Reibung von Glas auf Glas herabgesetzt, und es vermindert sich die Gefahr des Ritzens und Brechens von Glas (Glasfasern).
2. bleibt der trotz aller Vorsichtsmaßnahmen gebildete Staub an intakten Fasern kleben und kann nicht in die Umgebungsluft abgewirbelt werden. Dieser Effekt ist eine Folge der Klebrigkeit viskoser Mineralöle. Deshalb ist die Imprägnierung mit Staubbindemitteln unerläßliche Bedingung für die Marktfähigkeit eines Dämmstoffes aus künstlichen Mineralfasern.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß mit Staubbindemitteln imprägnierte Dämmstoffe leicht Wasser aufnehmen. Legt man z. B. eine mit Staubbindemitteln imprägnierte Dämmstoffmatte auf Wasser, so saugt sie sich schnell voll und geht unter. Aufgesprühtes Wasser, z. B. Regenwasser, wird aufgesaugt und die Dämmstoffematte durchfeuchtet. Dies stellt einen beträchtlichen Nachteil dar, weil Dämmstoffe aus Mineralfasern, die in Gebrauch z. B. durch Regen durchfeuchtet wurden, mit hohen Kosten ausgetrocknet werden müssen und eine latente Korrosionsgefahr durch nicht vollständig ausgetrocknete Dämmstoffe bestehen bleibt. Ferner sind viele emulgierbare Mineralöle oder andere wasserunlösliche Zusatzstoffe durch die Wirkung des anhaftenden Emulgators auswaschbar.

Auch Silicone, die als Zusatzmittel zur Hydrophobierung von Dämmstoffen aus Mineralfasern dienen können, lassen sich in der Regel nur durch einen Lösemittelzusatz und mit sehr hohen Emulgatoranteilen zu stabilen wäßrigen Emulsionen verarbeiten. Daher wird die hydrophobe Wirkung des Silicons häufig durch den hydrophilen Einfluß des Emulgators abgeschwächt und gelegentlich sogar aufgehoben, wodurch der Siliconzusatz sinnlos wird. Nur mit besonderem technischen Aufwand kann der Emulgator nach dem Aufziehen der Emulsion auf Mineralfasern so verändert werden, daß er seine Emulgierwirkung verliert.

Im Stand der Technik wurden deshalb zahlreiche Versuche gemacht, die beschriebenen Nachteile der Verarbeitung von emulgatorhaltigen Emulsionen von Zusatzstoffen zu mineralfaserhaltigen Dämmstoffen zu vermeiden oder zu umgehen. Beim Versuch, die Menge des zugesetzten Emulgators zu verringern, wurde jedoch die Emulsion zu instabil, so daß das Ziel der Hydrophobierung nicht erreicht werden konnte.

Weiterhin wurden im Stand der Technik Alkali- oder Ammoniumseifen von Fett- oder Harzsäuren als Emulgatoren eingesetzt. Solche Stoffe lassen sich schon in einer zugesetzten Menge von 5% der Mineralölmasse als wirksamer Emulgator für hochviskose Mineralöle verwenden. Die emulgierende Wirkung von Seifen kann durch chemische Fällung mit Kalkmilch, z. B. durch gleichzeitiges Versprühen von seifenhaltiger Emulsion und Kalkmilch, unwirksam gemacht werden. Ammoniumseifen können auch dadurch zerstört werden, daß sie beim Durchlauf des imprägnierten Produktes im Durchlauftrockner thermisch gespalten werden. Es liegt auf der Hand, daß die zusätzliche Versprühung von Kalkmilch oder der zusätzliche Verfahrensschritt des Erwärmens im Durchlauftrockner einen nachteiligen technischen und wirtschaftlichen Aufwand bedeuten.

Weiterhin ist im Stand der Technik ein Verfahren bekannt, bei dem das als Zusatzstoff für Dämmstoffe aus künstlichen Mineralfasern eingesetzte hochviskose Mineralöl durch Zusatz eines organischen Lösemittels so verdünnt wird, daß seine Viskosität der des Wassers ähnlich wird. In dieser Form wird die Mineralöllösung mittels Statikmischern in die Kunstharzlösung eingearbeitet und gemeinsam mit ihr versprüht. Das Verfahren benötigt einen hohen Lösemittelanteil von 25 bis 40%, bezogen auf das als Staubbindemittel eingesetzte Mienralöl und erhöht die Kohlenwasserstoffemission der Anlage auf den doppelten bis dreifachen Wert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Dämmstoffe aus künstlichen Mineralfasern wie Zusatzstoffen, wie Staubbindemitteln, Hydrophobierungsmitteln, Glättungs- und Gleitmitteln auf einfache und wirkungsvolle Weise möglichst dauerhaft zu imprägnieren. Weiterhin sollen die so imprägnierten Dämmstoffe aus künstlichen Mineralfasern möglichst wenig Wasser aufnehmen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Die Aufgabe wird ferner durch eine wäßrige Emulsion gelöst, die erhältlich ist durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1.

Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch die Verwendung gemäß Patentanspruch 6.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 4.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können wasserunlösliche Zusatzstoffe, wie z. B. hochviskose Mineralöle, ohne Anwendung eines Emulgators oder anderer Tenside in einer viskosen Lösung von wasserlöslichen Zelluloseäthern unter Anwendung von Hochleistungsdispergiergeräten fein verteilte stabile Emulsionen in Wasser bilden, die für die Verarbeitung im Fabrikationsbetrieb ausreichend beständig sind. Diese Emulsionen können mit herkömmlichen Rührorganen (Anker-, Blatt- oder Balkenrührer) auf Anwendungskonzentrationen mit Wirkstoffgehalten von 1% oder weniger verdünnt werden und sind mit den branchenüblichen Kunstharzbindemitteln mischbar und beständig.

Zelluloseäther sind Alkyl-, Aralkyl-, Hydroxylalkyl- und Carboxyalkyläther der Zellulose und besitzen keine bzw. nur schwach ausgeprägte, die Oberflächenspannung senkende Eigenschaften. Die Verwendung von Zelluloseäthern als Emulgierhilfsmittel ist bekannt, wobei sie als Schutzkolloid wirken, um der Koaleszenz gebildeter Emulsionen entgegenzuwirken. Sie umhüllen die gebildeten Öltröpfchen in Wasser, ohne, wie die Emulgatoren, direkt in die innere Öl-Phase einzudringen, d. h. sich in ihr zu lösen. Aufgrund ihrer Unlöslichkeit in Öl werden die Zelluloseäther der äußeren Phase dem Wasser, in dem sie gut löslich sind, zugesetzt und halten die einmal gebildeten Emulsionströpfchen in der Schwebe. Es war jedoch nicht bekannt, daß Zelluloseäther die Herstellung wäßriger Emulsionen von Zusatzstoffen für Dämmstoffe aus künstlichen Mineralfasern ermöglichen und ein permanentes Aufziehen der Zusatzstoffe auf die künstlichen Mineralfasern bewirken.

Von den erfindungsgemäß einsetzbaren Zelluloseäthern werden Hydroxyethylzellulose, Methyl-hydroxyethylzellulose und Natrium-Carboxymethylzellulose besonders bevorzugt. Sie werden vorzugsweise in Mengen von 0,1 bis 2,5%, insbesondere 0,2 bis 1,0%, bezogen auf wasserunlöslichen Zusatzstoff, eingesetzt. Als wasserunlöslichen Zusatzstoff verwendet man meist ein auf dem Fachgebiet bekanntes und übliches Staubbinde- und/oder Hydrophobierungsmittel, wobei als Staubbindemittel bevorzugt ein Mineralöl und als Hydrophobierungsmittel bevorzugt ein Silicon eingesetzt werden.

Hochleistungsdispergiergeräte, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, sind solche, die durch genügend hohe Scherkräfte eine feine Verteilung des wasserunlöslichen Zusatzstoffes, z. B. des Öls oder Silicons, auf mechanischem Wege erreichen.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1 Herstellung einer Schmälzölemulsion eines Hydrophobierungsmittels im Chargenverfahren

Ansatz in einem 120 Liter-Mischbehälter:

200 kg einer 0,75%igen wäßrigen Lösung von Hydroxyethylzellulose (HEC),
300 kg Fabrikationsöl, nämlich Heißdampfzylinderöl ZB DIN 51 510 (ein Mineralöl)
500 kg vollentsalztes Wasser

Die auf 50°C erwärmte HEC-Lösung und das Fabrikationsöl (Mineralöl) werden 10 bis 15 min. lang mit einem Hochleistungsdispergiergerät, das durch hohe Scherkräfte eine genügend feine Verteilung des Öls auf rein mechanischem Wege erreicht, intensiv vermischt, bis eine farblich homogene Masse entsteht. Danach wird dem Gemisch unter Rühren das vollentsalzte Wasser von 20 bis 25°C anfangs langsam, dann schneller zugesetzt.

Es werden 1000 kg einer 30%igen Stammemulsion erhalten, die auf eine beliebige Gebrauchskonzentration weiterverdünnt werden kann.

Beispiel 2 Herstellung einer Schmälzölemulsion eines Hydrophobierungsmittels im kontinuierlichen Verfahren

Herstellungsrezeptur für eine 30%ige Stammemulsion:

200 kg einer 1%igen wäßrigen Lösung von Natrium-Carboxymethylzellulose
300 kg Mineralöl
500 kg vollentsalztes Wasser

Aus zwei Lagerbehältern werden das auf 50°C erwärmte Mineralöl und die 1%ige wäßrige Lösung von Natrium-Karboxymethylzellulose mittels zwei Kolbendosierpumpen einem kontinuierlich arbeitenden Dispergator mit drei hintereinander geschalteten Rotor-Stator-Scheiben in einem Volumenverhältnis von Mineralöl zu Natrium-Karboxymethylzelluloselösung wie 3 : 2 zugeführt. Bei einmaligem Durchgang durch das Gerät werden die zwei Komponenten während einer Verweilzeit von ca. 2 sec. intensiv vermischt.

Anschließend wird diese Mischung in einem zweiten Disperapator der gleichen Bauart geleitet, wo durch Zugabe von 5 Teilen des vollentsalzten Wassers eine Verdünnung der Emulsion auf 30% stattfindet.

Durch Zugabe von weiteren Mengen Wasser in einem Statikmischer kann die erhaltene Emulsion auf die gewünschte Gebrauchskonzentration von 2 bis 8% verdünnt werden.

Es ist auch möglich, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Siliconöle, reaktive Siliconöle und Gemische dieser Stoffe mit Mineralöl zu dispergieren, wie folgende Beispiele zeigen:

Beispiel 3 Herstellung einer Schmälzölemulsion eines Hydrophobierungsmittels im Chargenverfahren

Herstellungsrezeptur für eine 30%ige Stammemulsion:

150 kg einer 1%igen wäßrigen Lösung von Methyl-hydroxyethylzellulose (CMC)
240 kg Fabrikationsöl (Mineralöl) nämlich Heißdampfzylinderöl ZB DIN 51 510
60 kg Siliconöl
550 kg vollentsalztes Wasser

Die Verfahrensweise ist die gleiche wie im Beispiel 1, wobei Mineralöl und Siliconöl vor Zugabe der Lösung von Natrium-Carboxymethylzellulose vorgemischt werden.

Beispiel 4 Herstellung eines gemischten Hydrophobierungsmittels im Chargenverfahren

Herstellungsrezeptur für eine 30%ige Stammemulsion:

200 kg einer 0,75%igen wäßrigen Lösung von Hydroxyethylzellulose
240 kg Fabrikationsöl, nämlich Heißdampfzylinderöl ZB DIN 51 510
60 kg Siliconöl mit reaktiven Si-H-Gruppen
550 kg vollentsalztes Wasser

Die Verfahrensweise ist die gleiche wie in Beispiel 1. Das Mineralöl wird vor der Zugabe der Hydroxyethylzelluloselösung mit dem Siliconöl vorgemischt.

Die Rezepturen der Beispiele 3 und 4 können entsprechend Beispiel 2 auch im kontinuierlichen Verfahren angewandt werden.

Beispiel 4a Herstellung einer Siliconölemulsion eines Hydrophobierungsmittels im kontinuierlichen oder Chargenverfahren

Herstellungsrezeptur für eine 30%ige Stammemulsion:

30 kg einer 0,75%igen wäßrigen Lösung von Hydroxyethylzellulose,
300 kg Siliconöl
400 kg vollentsalztes Wasser

Die Verfahrensweise ist die gleiche wie in den Beispielen 1 oder 2.

Die Verarbeitung der gemäß den Beispielen 1 bis 4a hergestellten Stammemulsionen geschieht auf folgende Weise:

Beispiel 5 Herstellung einer Mineralfaserdämmatte ohne Kunstharzbindung

Bei der Herstellung der Glasfasern im Düsenblasverfahren wird auf den 600 bis 700°C heißen Glasfaserstrahl unterhalb des Zerfaserungsaggregats, der Blasdüse, vor dem Eintritt in den Fallschacht eine ca. 2%ige, gemäß den Beispielen 1 bis 4 hergestellte Schmälzölemulsion in einer Menge von 25 Litern pro 100 kg Glasfasern mittels mehrerer Düsen aufgesprüht. Nach Passieren des Fallschachtes werden die auf 100 bis 120°C abgekühlten schmälzmittelhaltigen Fasern auf einem Transportband gesammelt und über eine 30 bis 40 Meter lange Kühlstrecke zum Versteppen transportiert.

In Abhängigkeit von der Einstellung der Bandgeschwindigkeit unter dem Fallschacht werden Mineralfasermatten in einer Dicke von 30 bis 120 mm und einem Ölgehalt von 0,2 bis 0,4% hergestellt.

Beispiel 6 Herstellung einer Mineralfaserdämmplatte oder -matte mit Kunstharzbindung

Bei der Herstellung der Glasfasern nach dem Schleuderverfahren, Düsenblasverfahren oder Düsenziehverfahren wird auf die erzeugten Mineralfasern unterhalb des Zerfaserungsaggregates kurz vor Eintritt in die sogenannte Sammelkammer (Fallschacht) eine wäßrige Lösung aufgesprüht, die 1 bis 10 Gewichtsprozente Feststoff mit folgender Zusammensetzung enthält:

a) 3 (1 bis 10) Gew.-Teile eines Phenol-Formaldheyd-Vorkondensates (Resol-Harz),
1 (0,5 bis 2) Gew.-Teile Schmälzöl, als 2 (1 bis 3)%ige Emulsion, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Beispiel 1 oder 2 (Schmälze aus Mineralöl ohne Silicon);
b) 2 (1 bis 10) Gew.-Teile eines Phenol-Formaldehyd-Vorkondensates (Resol-Harz),
2 (0,5 bis 2) Gew.-Teile Schmälzöl, als 2 (1 bis 3)%ige Emulsion, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Beispiel 3 oder 4 (Schmälze aus Mineralöl und Siliconöl);
c) 2,5 (0,4 bis 5) Gew.-Teile eines Phenol-Formaldehyd-Vorkondensates (Resol-Harz),
0,4 (0,4 bis 5) Gew.-Teile eines Siliconöls in Form einer (3 bis 6)%igen wäßrigen Emulsion hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit 0,75 Gew.-% Carboxymethylzellulose; Beispiel 4a (Schmälze aus Siliconöl ohne Mineralöl);
d) wie b), jedoch ohne Phenol-Formaldehyd-Vorkondensat (Resol-Harz).

Die unterhalb des Fallschachtes gebildete feuchte Faserbahn wird sodann zwischen zwei perforierten Metallbändern auf eine Dicke von 15 bis 150 mm zu einer Platte oder einem Filz verpreßt und gleichzeitig mit Heißluft von 200 bis 220°C getrocknet und ausgehärtet. Der auf diese Weise hergestellte Filz wird zu einer rollfähigen Matte auf Maschendraht versteppt.

Beispiel 7

Eine Glasfasermatte mit Kunstharzbindung aus Phenol-Formaldehyd-Resol mit einer Rohdichte von 60 bis 85 kg/m³ wurde mit einer Schmälze gemäß Herstellungsbeispiel Nr. 1 d. h. einer Schmälze aus Mineralöl nach dem Herstellungsbeispiel 6a imprägniert. Die Wasseraufnahme beim Tauchtest betrug 50 bis 100 kg/m³, was den praktischen Erfordernissen entspricht.

Ergebnisse

Die gemäß den Beispielen 5 bis 7 hergestellten Matten bzw. Platten wurden im "Untertauchtest" auf die Menge des aufgenommenen Wassers getestet. Der Untertauchtest besteht in folgenden Verfahren:

Es wurden quadratische Prüfkörper der Abmessung 200 × 200 mm³ zugeschnitten, 10 min. lang mindestens 30 mm tief in Wasser untergetaucht, danach herausgenommen, 10 min. lang zum Abtropfen des Wassers auf eine ihrer Kanten gestellt und die Gewichtszunahme (umgerechnet auf 1 m³) ermittelt. Gefordert wird, daß ein als hydrophob bezeichnetes Produkt weniger Wasser in kg/m³ aufnimmt als seine Dicke in mm beträgt. Werte bis 40 kg/m³ sind unabhängig von der Dicke zulässig.

In der folgenden Tabelle sind entsprechend den Beispielen 1 bis 7 die jeweilige Wasseraufnahme (in kg/m³) bei verschiedenen Produkten aufgeführt.

Tabelle

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer stabilen wäßrigen Emulsion eines wasserunlöslichen Schmälzmittels für künstliche Mineralfasern von Dämmstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man als wasserunlösliches Schmälzmittel ein Staubbindemittel in Form eines Mineralöls und/oder ein Hydrophobierungsmittel in Form eines Silikons einsetzt und das Schmälzmittel in einer wäßrigen Lösung eines Zelluloseethers mittels eines Hochleistungsdispergiergerätes dispergiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Zelluloseether Hydroxyethylzellulose, Methyl-hydroxyethyl- und/oder Natrium-Carboxymethylcellulose einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Zelluloseether 0,1 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf wasserunlösliches Schmälzmittel, beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Zelluloseether 0,2 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf wasserunlösliches Schmälzmittel, beträgt.

5. Wäßrige Emulsion, erhältlich nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.

6. Verwendung der wäßrigen Emulsion nach Anspruch 5 zum Imprägnieren (Schmälzen) von künstlichen Mineralfasern.