DE4205601A1

DE4205601A1 - Hydrophobierungsmittel

Info

Publication number: DE4205601A1
Application number: DE19924205601
Authority: DE
Inventors: Joachim Siefer
Original assignee: Gruenzweig und Hartmann AG
Current assignee: Saint Gobain Isover G+H AG
Priority date: 1992-02-24
Filing date: 1992-02-24
Publication date: 1993-08-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrophobierungsmittel, sowie des sen Verwendung zum Imprägnieren insbesondere von Mineralfa sern.

Dämmstoffe aus künstlichen Mineralfasern werden zur Verbesse rung ihrer Handhabungseigenschaften mit Zusatzstoffen, wie z. B. Staubbindemitteln, Hydrophobierungsmitteln, Glättungs- und Gleitmitteln sowie anderen Zusätzen imprägniert. Außerdem können sie Zusätze zur Erhöhung der Formstabilität enthalten.

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 befindet sich im Anschluß an den Zer faserungsprozeß, wo relativ hohe Temperaturen und intensive Wärmestrahlung herrschen.

Die Zusatzstoffe müssen daher folgende Bedingungen erfüllen:

- sie müssen eine geringe eigene Flüchtigkeit besitzen;
- sie müssen mit Wasser verdünnbar sein;
- sie müssen durch Sprühen verarbeitbar sein und
- sie dürfen sich bei den betreffenden Temperaturen nicht entzünden.

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 ver dünnt werden können.

Die Herstellung einer wäßrigen Emulsion von Mineralölen, die als Staubbindemittel eingesetzt werden können, Siliconen, die als Hydrophobierungsmittel verwendet werden können, und ähn licher wasserunlöslicher Substanzen ist im allgemeinen nur mit Hilfe von Emulgatoren möglich. Emulgatoren sind grenzflä chenaktive Stoffe mit guter Löslichkeit sowohl in der wäßri gen als auch in der nichtwäßrigen Phase. Mit solchen Mineral ölemulsionen, die in der Dämmstoffindustrie auch als "Schmäl zen" bezeichnet werden, werden gute Werte bei der Staubbin dung erzielt. Der Effekt ist auf 2 Ursachen zurückzuführen:

1. wirkt die Mineralölschmälze als Schmier- und Gleit mittel bei den Relativbewegungen sich berührender Fa sern. Dadurch wird die Reibung von Glas auf Glas her abgesetzt, und vermindert sich die Gefahr des Ritzens und Brechens von Wollefasern,
2. bleibt trotzdem gebildeter Staub an intakten Fasern kleben und kann nicht in die Umgebungsluft abgewir belt werden. Dieser Effekt ist eine Folge der Kleb rigkeit viskoser Mineralöle. Deshalb ist die Imprä gnierung mit Staubbindemitteln häufig Bedingung für die Marktfähigkeit eines Dämmstoffes aus künstlichen Mineralfasern.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß mit herkömmlichen Staubbindemitteln imprägnierte Dämmstoffe leicht Wasser auf nehmen. Legt man z. B. eine mit Staubbindemittel imprägnierte Dämmstoffmatte auf Wasser, so saugt sie sich schnell voll und geht unter. Aufgesprühtes Wasser, z. B. Regenwasser, wird auf gesaugt und die Dämmstoffmatte durchfeuchtet. Dies stellt einen beträchtlichen Nachteil dar, weil Dämmstoffe aus Mine ralfasern, die in Gebrauch z. B. durch Regen durchfeuchtet sind, an Dämmwirkung verlieren. Ferner sind Mineralöle oder andere wasserunlösliche Zusatzstoffe durch die Wirkung des anhaftenden Emulgators auswaschbar.

Im Stand der Technik wurden auch Silikone als Zusatzmittel zur Hydrophobierung von Dämmstoffen aus Mineralfasern ver wandt. Sie lassen sich häufig aber nur durch einen Lösemit telzusatz und mit sehr hohen Emulgatoranteilen zu stabilen wäßrigen Emulsionen verarbeiten. Dabei wird die hydrophobe Wirkung des Silicons häufig durch den hydrophilen Einfluß des Emulgators abgeschwächt und gelegentlich sogar aufgehoben.

Im Stand der Technik wurden deshalb zahlreiche Versuche ge macht, die beschriebenen Nachteile der Verarbeitung von emul gatorhaltigen Emulsionen von Zusatzstoffen zu mineralfaser haltigen Dämmstoffen zu vermeiden oder zu umgehen. Beim Ver such, die Menge des zugesetzten Emulgators zu verringern, wurde jedoch die Emulsion zu instabil, so daß das Ziel der Hydrophobierung nicht erreicht werden konnte.

Aus der DE-C-36 16 454 sind stabile wäßrige Emulsionen eines wasserunlöslichen Schmälzmittels für künstliche Mineralfasern von Dämmstoffen bekannt, bei denen ein Staubbindemittel in Form eines Mineralöls und ein Hydrophobierungsmittel in Form eines Silicons mit Hilfe eines Zelluloseethers in Dispersion gehalten werden. Derartige siliconhaltige Schmälzmittel haben sich einerseits bei vielen Einsatzzwecken bewährt. Anderer seits bestehen bei bestimmten Einsatzzwecken gewisse Nach teile. So sollen mit siliconhaltigen Schmälzmitteln behan delte Dämmstoffe in der Automobilindustrie nicht mehr einge setzt werden, weil die Gefahr besteht, daß Silicon aus den Dämmstoffen beim Lackieren zu Lackschäden führt.

Weiterhin wurden im Stand der Technik Alkali- oder Ammonium seifen von Fett- oder Harzsäuren als Emulgatoren eingesetzt. Solche Stoffe lassen sich schon in einer zugesetzten Menge von 5% der Mineralölmasse als wirksamer Emulgator für hoch viskose Mineralöle verwenden. Die emulgierende Wirkung von Seifen kann durch chemische Fällung mit Kalkmilch, z. B. durch gleichzeitiges Versprühen von seifenhaltiger Emulsion und durch chemische Fällung mit Kalkmilch, unwirksam gemacht werden. Ammoniumseifen können auch dadurch zerstört werden, daß sie beim Durchlauf des imprägnierten Produktes im Durchl auftrockner thermisch gespalten werden. Es liegt auf der Hand, daß die zuätzliche Versprühung von Kalkmilch oder der zusätzliche Verfahrensschritt des Erwärmens im Durchlauf trockner 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 Mine ralfasern eingesetzte hochviskose Mineralöl durch Zusatz ei nes organischen Lösemittels so verdünnt wird, daß seine Vis kosität 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 jedoch einen hohen Lösemittelanteil von 25 bis 40%.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein siliconfreies Hydrophobierungsmittel bereitzustellen, mit dem künstliche Mineralfasern für Dämmstoffe mit Zusatzstoffen, wie Staubbin demitteln, Hydrophobierungsmitteln, Glättungs- und Gleitmit teln auf einfache und wirkungsvolle Weise möglichst dauerhaft imprägniert werden können. Die so imprägnierten Dämmstoffe sollen möglichst wenig Wasser aufnehmen.

Diese Aufgabe wird durch ein Hydrophobierungsmittel gelöst, das ein Copolymerisat aus Butadien, Acrylnitril, Styrol und (Meth)Acrylat in beliebiger Kombination umfaßt, das selbstvernetzende Gruppen aufweist.

Als Hydrophobierungsmittel werden herkömmliche wasserunlösli che Copolymerisate aus Butadien, Acrylnitril, Styrol und (Meth)Acrylat in beliebiger Kombination von wenigstens zwei dieser Monomeren eingesetzt, wobei das Copolymerisat selbst vernetzende Funktionen aufweist. Solche Copolymerisate sind in Form von konzentrierten wäßrigen Latices für andere Zwecke im Handel erhältlich. Die zum Einsatz kommenden Copolymeri sate bestehen beispielsweise aus einem Copolymer von Styrol oder Butadien mit wenigstens einem der anderen genannten Co monomere. Die so erhaltenen Copolymerisate weisen in ihrem Gerüst oder daran anhängend selbstvernetzende Gruppen auf, die zu einer nachträglichen Vernetzung der auf die Fasern aufgebrachten Imprägnierung führen, beispielsweise indem die imprägnierten Fasern bzw. die daraus hergestellten Dämmplat ten erhitzt werden. Die Vernetzung erfolgt beispielsweise über in der Gerüststruktur des Copolymerisats enthaltene Dop pelbindungen oder über Reaktionen anhängender Carbonsäure gruppen.

Für die erfindungsgemäßen Hydrophobierungsmittel bevorzugte Copolymerisate sind Styrol-Copolymere, insbesondere carboxy liertes Styrol/Acrylat-Copolymerisat, wie es beispielsweise von der Firma Dow Rheinmünster GmbH unter der Bezeichnung XZ 94740.00 als Experimental-Latex in wäßriger Lösung angeboten wird. Ein besonders bevorzugtes Styrol/Acrylat-Copolymer hat beispielsweise einen Styrolanteil von etwa 90 Gew-%, einen pH-Wert, in wäßriger Dispersion mit etwa 45 Gew.-% Feststoff, von 5,5 bis 6,5, Tg 99°C, MFFT 118°C und eine Brookfield-Vis kosität, in wäßriger Dispersion von 45,5%, von etwa 400 in Pa.S. Weiterhin bevorzugt sind carboxylierte Styrol/Butadien- Copolymerisate mit beispielsweise etwa 40 Gew.-% Styrolge halt. Die für die erfindungsgemäßen Zwecke zum Einsatz kom menden Copolymerisate sind dem Fachmann an und für sich be kannt.

Als Staubbindemittel können herkömmlicherweise für diese Zwecke verwandte Mineralöle zugesetzt werden. Beispiele hier für sind Fabrikationsöle, beispielsweise Heißdampfzylinderöl ZB DIN 51 510 oder ein unter der Bezeichnung Mulrex 88 im Handel erhältliches Öl.

Zweckmäßigerweise liegen Mineralöl und Copolymerisat in wäß riger Lösung in einem Verhältnis von 5:1 bis 1:5, inbesondere in einem Verhältnis von etwa 2:1 vor. Die wäßrige Lösung selbst kann als Konzentrat 15 bis 50 Gew.-% darin disper gierte Imprägnierung enthalten, die vor Gebrauch durch Zugabe von weiterem Wasser auf die gewünschte Arbeitskonzentration abgesenkt wird, vorzugsweise auf einen Gehalt von 0,5 bis 15 Gew.-%, insbesondere 2 bis 8 Gew.-%.

Die Dispersionen der wasserunlöslichen Ausgangsstoffe in Was ser werden auf übliche Weise hergestellt. Die so erhaltenen stabilen Emulsionen sind für die Verarbeitung im Fabri kationsbetrieb ausreichend beständig. Hochkonzentrierte Grundemulsionen mit einem hohen Gehalt der wasserunlöslichen Zusatzstoffe bis zu 50% können mit herkömmlichen Rührorganen (Anker-, Blatt- oder Balkenrührer) auf die oben genannten Anwendungskonzentrationen verdünnt werden.

Die Imprägnierung der Mineralfasern erfolgt durch Aufsprühen direkt nach der Zerfaserung. Dabei werden in der Regel etwa 0,2 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Glasfasermasse, an Öl und Copolymerisat auf die Glasfaser aufgebracht. Die Aushärtung der aufgebrachten Imprägnierung erfolgt durch Selbstvernet zung im Tunnelofen.

Das Copolymerisat bildet nach der Aushärtung einen hartela stischen Film, der die Oberfläche der Glasfaser abdeckt. Die Kohlenstoffhauptkette des Copolymerisats ist im wesentlichen unpolar und deshalb unempfindlich gegen den Angriff von Säu ren, Laugen und Heißwasser, so daß eine hydrophobierende Wir kung erreicht wird. Der Zusatz an Mineralöl dient der Staub bindung, wie eingangs beschrieben. Die erfindungsgemäßen wäß rigen Dispersionen sind über längere Zeit lagerstabil und mit Wasser in der gewünschten Weise verdünnbar. Sie besitzen eine geringe eigene Flüchtigkeit, was bei der Aufbringung im Fall schacht auf die noch heißen Mineralfasern wesentlich ist. Un ter den dort herrschenden Temperaturen erfolgt unmittelbar nach dem Aufbringen auch die Selbstvernetzung. Der hohe Was sergehalt gewährleistet zum einen die Unbrennbarkeit und zum anderen die einwandfreie Versprühbarkeit. Innerhalb eines pH- Bereichs von 5 bis 10, wie er normalerweise in derartigen wäßrigen Emulsionen herrscht, ist die Stabilität der erfin dungsgemäßen Dispersionen gewährleistet. Gegenüber den sili conhaltigen Dispersionen des Standes der Technik ergibt sich neben den eingangs erwähnten Vorteilen eine erhebliche Ko stenreduzierung von bis zu 50%.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher er läutert.

Beispiel 1 Herstellung einer Schmälzölemulsion aus Mineralöl und Copolymerisat

Mit Hilfe eines Mischers wurde eine Schmälzölemulsion aus 5 l Experimental-Latex-Dispersion XZ 94740.00 (Dow Rheinmünster) mit einem Feststoffgehalt von 46,6% (2,3 kg Feststoff) und 4,8 kg Mineralöl (15 l Mulrex 88) hergestellt. Durch die Scherkräfte wurde eine genügend feine Verteilung von Öl und Latex auf rein mechanischem Weg erreicht und eine homogene Flüssigkeit erhalten. Eine Mischzeit von 10 bis 15 Minuten, ggf. unter leichter Erwärmung der Bestandteile auf bis zu 50°C, war ausreichend.

Die so erhaltenen Dispersionen wurden durch Zugabe von weite ren Mengen Wasser auf die gewünschte Gebrauchskonzentration von 2 bis 8% verdünnt. Diese Dispersionen ließen sich in üb lichen Sprühgeräten einwandfrei versprühen.

Beispiel 2 Herstellung einer imprägnierten Mineralfaserdämmatte

Bei der Herstellung von Glasfasern im Düsblasverfahren wurde auf den 600 bis 700°C heilen Glasfaserstrahl unterhalb des Zerfaserungsaggregats, der Blasdüse, vor dem Eintritt in den Fallschacht eine nach Beispiel 1 hergestellte ca. 2%ige Schmälzölemulsion mittels mehrerer Düsen in solchen Mengen aufgesprüht, daß sich Schmälzölkonzentrationen von 0,3% (Probe 1) bzw. 0,6% (Probe 2), bezogen auf das Gewicht der Glasfaser, ergaben. Dabei kühlten die Glasfasern auf eine Temperatur von weniger als 200°C ab. Unter den Bedingungen erfolgte unmittelbar die Vernetzung des Copolymerisats. Es wurden jeweils Probenkörper im Format 500 mm×500 mm bei ei ner Dicke von 40 mm hergestellt und getestet.

Aufgrund des Wirkungsgrades bei der Herstellung ergab sich jeweils ein geringerer Schmälzmittelgehalt als theoretisch berechnet.

Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

Tabelle 1

Beide Proben erwiesen sich im Test als hinreichend hydrophobiert. Die Prüfung nach über einem Monat Lagerung ergab keine Verschlechterung der Wasseraufnahme. Von beiden Varianten wurde zusätzlich die nach DIN 18 165 erforderliche Eintauch prüfung für KD-Platten (2 h Kurztest) durchgeführt, wobei ebenfalls zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden. Eine Eintauchprüfung für KD-Platten nach DIN 18 165 über die volle Länge von 28 Tagen bei der 0,6-Version ergab eine Wasserauf nahme von 23 g/dm² bei einem zulässigen Höchstwert von 40 g/dm².

Claims

1. Hydrophobierungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Copolymerisat aus Butadien, Acrylnitril, Styrol und (Meth)Acrylat in beliebiger Kombination enthält, das selbstvernetzende Gruppen aufweist.

2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymerisat ein Styrol-Copolymer ist.

3. Mittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymerisat ein carboxyliertes Styrol/Acrylat- oder Styrol-Butadien-Copolymer ist.

4. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß das Copolymerisat bei 130 bis 250°C selbstvernetzend ist.

5. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß es als wäßrige Dispersion mit wenig stens 40 Gew.-% Wasser vorliegt.

6. Mittel nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Zu satz auf der Basis von Mineralöl zur Staubbindung.

7. Mittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es Öl und Copolymerisat in einem Verhältnis von 5:1 bis 1:5 enthält.

8. Mittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis etwa 2:1 ist.

9. Mittel nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß es 85 bis 99,5% Wasser enthält.

10. Verwendung des Mittels nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Imprägnieren von Mineralfasern in einer Menge von 0,1 bis 2 Gew.-%, insbesondere 0,2 bis 1 Gew.-%, bezo gen auf das Gewicht der Mineralfasern.