DK149834B - Fremgangsmaade ved fjernelse af ikke-fiberformigt materiale fra et mineraluldsfibermateriale - Google Patents

Description

149834

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde ved fjernelse af ikke-fiberformigt materiale fra et mineraluldsfibermateriale ved opslæmning eller dispergering af mineralulden i nærvær af et overfladeaktivt middel. Ved anvendelse af fremgangsmåden er det muligt at fremstille dispersioner med højt indhold af mineralfibre, uden at disse ved mekanisk blanding sammenbages til klumper.

Syntetiske silikatholdige mineralfibre har i lang tid været anvendt bl.a. som isoleringsmaterialer- og adsorptionsmaterialer. Anvendelsen af disse fibermaterialer er dog blevet alvorligt hæmmet af, at det har vist sig vanskeligt at blande eller dispergere mineralfibre i vand på grund af, at mineralfibrene allerede ved mængder på 0,5 - 1% danner aggregater og klumper. Behandling med mekanisk energi opløser ikke klumperne, men medfører kun, at fibrene sønderslås til små 2 U9834 fiberf ragmenter. Anledningen til denne klumpdannelse er antagelig, at fibrene i våd tilstand udvikler en stærk addition i kontaktfladerne.

Der er stor teknologisk interesse i udnyttelse af syntetiske silikatholdige mineralfibre som bære-, armerings- eller udfyldningsmidler til materialer fremstillet ad våd vej. Endvidere er det ønskeligt i en ren vandfase at kunne belægge syntetiske silikatmineralfibre med modificerende tilsatsstoffer. Mineralfibrenes omtalte tendens til allerede ved lave indhold at danne aggregater eller klumper har imidlertid kraftigt begrænset mulighederne for en udbredelse af mineralfibrenes anvendelse. Ifølge den foreliggende opfindelse har det nu vist sig muligt i betydelig grad at forbedre syntetiske silikatholdige mineralfibres dispergerbarhed i vand og derved muliggøre udnyttelsen ad våd vej af mineralfibrene som bære-, armeringseller udfyldningsmaterialer eller udførelsen af modificerende behandling af samme. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig derved, at man dispergerer mineraluldsmaterialet indeholdende 20-40 vægt% ikke-fiberformigt materiale i en mængde på 0,1-4 vægt% i en vandig opløsning indeholdende 0,01-3 vægt% af et overfladeaktivt middel, som indeholder en hydrofob gruppe med mindst 8 carbonatomer og en gruppe af kationisk, hydrofil karakter, hvorved man opnår en suspension af fiberformigt materiale, fra hvilken det ikke-fiberformige materiale separeres på i og for sig kendt måde.

Ved "syntetiske silikatholdige mineralfibre" forstås et fibermateriale, som er fremstillet ved spinding, blæsning eller anden mekanisk eller pneumatisk behandlingsmetode af en smelte af glas, slagge, sten eller andre silikatholdige materialer.

Det kan f.eks. foreligge i form af grovfibre, de såkaldte goss-lerfibre, tekstilfibre, uld eller dun. Af disse forskellige mineralfibertyper viser bl.a. uld stor tendens til klumpdannelse ved dispergering i vandfase. Den foreliggende opfindelse er derfor meget fordelagtig til anvendelse på mineraluld.

Ved fremstilling af mineraluld, specielt sten- og slagge- 3 149834 uld, dannes betydelige mængder ikke-fiberformigt materiale i form af små perler. Dette ikke-fiberformige materiale, som ofte udgør 20-40% af hele udgangsmaterialets vægt, har en ugunstig indvirkning på mineraluldens adsorptionsegenskaber, isolerende evne og mekaniske styrke. Perlerne er desuden årsag til støv og dermed sammenhængende hudirritationer. Ved dispergering af mineraluld i vand efter fremgangsmåden ifølge opfindelsen har det vist sig, at perlerne let kan fraskilles f.eks. ved sedimentation eller centrifugering, hvorved de ulemper, som disse forårsager, undgås.

De overfladeaktive forbindelser, som ifølge opfindelsen kan anvendes ved dispergering af syntetiske silikatholdige mineralfibre, skal indeholde mindst én gruppe af kationisk karakter. Sådanne forbindelser er sædvanligvis opbygget af mindst én hydrofob del, som indeholder mindst 8 carbonatomer,og en hydrofil del, som indeholder mindst 1 nitrogenatom eller et svovlatom, og de betegnes enten som kationiske eller amfolytiske. Forbindelser inden for den sidstnævnte gruppe betegnes også zwitterioniske.

Et eksempel på kationiske overfladeaktive forbindelser med udmærkede egenskaber er de kvatenære ammoniumforbindelser, som omfattes af den generelle formel: RI-0(A) -CH2CH(0H)CH2 1 V R^R^X® II 7 R -0(A) -CH0CH(OH)CH« n2 2 2

hvori R1 og R11 hver især betegner carbonhydridgrupper med 8-40 III IV

carbonatomer, R og R hver især betegner methyl-, ethyl- eller hydroxyethylgrupper, hvert A betegner en oxyalkylengruppe afledt af et alkylenoxid med 2-4 carbonatomer, n^ og n2 hver især er tal fra 0-20, og X betegner en anion. Særligt foretrukne forbindelser med denne formel er sådanne, hvor R* og R** hver

III

især betegner alifatiske grupper med 8-16 carbonatomer, R og Rx betegner methylgrupper, A betegner en oxyethylengruppe afledt af ethylenoxid, og n-^ og n2 hver især er 0-6.

Andre egnede kvatenære overfladeaktive forbindelser er sådanne, som har den generelle formel: 4 149834 kW rI3:iriv χθ hvor R1 og R11 hver især betegner alifatiske grupper med 10-22 carbonatomer, R111 og RIV hver især betegner methylgrupper, ethylgrupper eller hydroxyethylgrupper.

Også overfladeaktive primære, sekundære og tertiære aminer har en meget tilfredsstillende virkning, og af disse foretrækkes primære alkyletherindeholdende aminer med mindst én lang alifatisk kæde med 10-22 carbonatomer.

En anden hovedgruppe af kationiske overfladeaktive forbindelser, som udviser udmærkede egenskaber, er imidazoliner, imida-zoler og deres kvaternerede derivater. Specifikke eksempler på sådanne forbindelser er imidazoliner med den almene formel: /-ch2

R-C

\

N-CH-I 2 X

hvor R betegner en carbonhydridgruppe med 10-22 carbonatomer, og X betegner hydrogen, en hydroxyalkyl- eller en aminoalkylgruppe med 1-6 carbonatomer i alkyIdelen.

De såkaldte aminoxider er endnu en gruppe egende overfladeaktive forbindelser. De illustreres sædvanligvis ved den almene formel:

RIRIIRIIIN-=► O

hvor R1 betegner en hydrofob gruppe med 8-16 carbonatomer, og XI XII

R og R hver især betegner methyl- eller ethylgrupper.

Foruden de rent kationiske overfladeaktive forbindelser kan også amfolytiske overfladeaktive forbindelser anvendes.

Foretrukne amfolytiske forbindelser er sådanne, som indeholder et kvatenære nitrogenatom. Eksempler på sådanne forbindelser er forbindelser af betain- og sulfobetaintypen med de almene formler: R2\ + 4 - R2\ + 4 - R ——N -R COO R -—N -RsO.,

3-^^" 3 J

R R-"^ 5 149834 12 3 I disse formler betegner R , R og R en alkylgruppe med 6Π 1-22 carbonatomer ,valkylphenylgruppe,hvori alkyIdelen indeholder 4 fra 1-18 carbonatomer, og R betegner en divalent carbonhydridgruppe med 1-22 carbonatomer, hvorhos antallet af carbonatomer, som forbinder nitrogenet med carboxyl- eller su1fonsyregrupperne, foretrukket er 1-8, og fortrinsvis ikke mere end 3.

En anden amfolytisk forbindelse, som indeholder kvatenært nitrogen, og som har meget gode egenskaber, betegnes med den almene formel: E0 Kp/aPj0» (cp2h2p2 0)n2 (CpH 01 ch2ch (oh) ch^rVc^coo j j <3 hvor R betegner en alifatisk eller cykloalifatisk gruppe med 6-22 carbonatomer eller en aromatisk gruppe substitueret med én eller flere alkylgrupper med ialt 4-18 carbonatomer i alkyl-1 2 grupperne, R og R betegner hver især alkylgrupper med 1-3 carbonatomer, P^, P2 og P^ er hver især 2, 3 eller 4, n^, 112 og n^ er hver især hele tal fra 0-10, hvorhos summen af n^, n2 og n3 dog ikke bør overstige 10, og q er et helt tal 1, 2 eller 3. Særligt gode egenskaber udviser de forbindelser, hvor nitrogenatomer og carboxylgrupper er bundet til samme carbonatom, og q betegner fortrinsvis det hele tal 1. Endvidere foretrækkes i almindelighed forbindelser, hvor P-^ P2 og P3 betegner tallet 2, og hvor n^, n2 °9 n3 betegner tallet 0.

Andre anvendelige amfolytiske overfladeaktive forbindelser er sådanne, som indeholder et sekundært eller tertiært nitrogenatom. Eksempler på sådanne forbindelser er monoalkylaminomono-carboxylsyrer, monoalkylaminodicarboxylsyrer og dialkylamino-monocarboxylsyrer med følgende almene formler: R1COOH R1COOH R2 R-N R-N^ R-N^ SSsr3cooh Nsr1cooh disse formler betegner R en alkylgruppe med 10-22 carbonatomer eller en alkylphenylgruppe, hvori alkylgruppen 1 2 2 hydridgrupper med 1-8 carbonatomer, R betegner en alkylgruppe 3 indeholder 1-18 carbonatomer, R og R betegner divalente carbon- 6 149836 med 1-12 carbonatomer, eller et salt deraf med en alkalimetal-, jordalkalimetal-, ammonium- eller aminforbindelse. Dodecyl-aminoeddikesyre, cetylaminoeddikesyre, oleylaminoeddikesyre, dodecyliminodieddikesyre, cetyliminoeddikesyre, N-methyl-N-octylaminoeddikesyre, N,N-dihexylaminoeddikesyre, N,N-dioctyl-aminoeddikesyre, Ν,Ν-dinonylaminoeddikesyre, N,N-didodecylamino-eddikesyre, N-methyl-N-dodecylaminoeddikesyre og N-methyl-N-cetylaminoeddikesyre er almindeligt forekommende forbindelser inden for disse grupper.

Substituerede imidazolincarboxylater er endnu en gruppe af amfolytiske overfladeaktive midler, som med fordel kan anvendes. Deres strukturelle udseende er omtvistet, men de illustreres sædvanligvis med den almene formel: /CH\ N ^ CH„ ,

II I 2 CH2-CH2-0R

R-C-N x" ^ch2-r2 hvori R betegner en lige eller forgrenet, mættet eller umættet alifatisk gruppe med 8-22 carbonatomer, betegner hydrogen 2 eller en carboxylindehoIdende alkylgruppe, R betegner en carboxylindeholdende alkylgruppe eller en sulfonsyreindeholdende alkylgruppe, og X betegner en negativt ladet ion? eller et salt deraf.

Den foreliggende opfindelse illustreres yderligere ved de efterfølgende eksempler.

Eksempel 1-9 Tørre mineraluldsfibre af mærket "Rockwool" med en gennemsnitlig fiberdiameter på 0,004 mm og en gennemsnitlig fiberlængde på 5 mm sattes successivt under omrøring med en magnetomrører til en 0,1 procentig opløsning i vand af hvert af nedenstående dispergeringsmidler A-I.

7 149834 + — A [C16_20-alkyl(OC2H4)6-OCH2CH(OH)CH2]2N (CH3)2 Cl + — B t(C9H19)2C2H3-(OC2H4)16-OCH2CH(OH)CH2] 2N (CH3)2 Cl -+ — c [C10-C14-alkyl-OCH2CH(OH)-CH2]2N (CH3)2 Cl D F neutraliseret med eddikesyre + talloliefedtsyre E C17-alkyl-N(CH2CH20)3H2 0 ch2-ch2-nh2 — CH- F C17-alkyl-C^ | z ^ N — CH2 G C10H2rOC3H6f ^<CH3>2 00CCH3

H

+ / CH3 .

H C10-C12-C14-alkyl-OCH2CH(OH)-CH2-N — CH2COO

+ 1 C16H31-OC3H6_NH3 00CCH3

Vandet havde en temperatur på 25°C. Når mineralulden ikke længere roterede frit, dvs. når tendenser til klumpdannelse optrådte, blev tilsætningen af mineraluld afbrudt, og den tilsatte fibermængde bestemtes ved vejning.

149834 8

Mineraluld-

Eksempel Dispergeringsmiddel g/100 g vand Iagttagelser 1 A 3,8 ulden føltes blød 2 B 2,6 3 C 3,7 4 D 3,7 5 E 3,2 høj skumning 6 F 3,8 ulden føltes blød 7 G 3,7 8 H 3,7 9 I 3,7 -"-

Sammenligningsprøve uden tilsætning 0,5 vanskelig at dis- pergere. Olden opsuger ikke vandet.

Af resultaterne fremgår det, at midlerne ifølge opfindelsen i betragtelig grad forbedrer mineraluldens dispergeringsevne i vand. Ved denne forsøgsmetodik opnåedes normalt 7-8 fold forbedringer .

Eksempel 10-18 På samme måde som i eksempel 1-9 sattes mineraluld til vand indeholdende hvert af dispergeringsmidlerne A-I. Mængden deraf var dog kun 0,01 vægt-%. Der opnåedes følgende resultater.

Mineraluld

Eksempel Dispergeringsmiddel g/100 g vand Iagttagelser 10 A 2,7 11 B 2,6 12 C 3,7 13 D 3,7 14 E 2,6 15 F 3,3 16 G 3,7 17 H 3,3 18 I 3,3

Sammenligningsprøve uden tilsætning 0,5

Af resultaterne fremgår det, at selv en så lav tilsætning af dispergeringsmidlet som'0,01 vægt-% giver en udmærket effekt.