EP0000402B1

EP0000402B1 - Verfahren zur Herstellung von Isolierbauplatten

Info

Publication number: EP0000402B1
Application number: EP78100410A
Authority: EP
Inventors: Josef Dipl.-Ing. Schirmeisen; Heinz Dipl.-Chemiker Dr. Schweikert; Max Thebesius
Original assignee: Gruenzweig und Hartmann und Glasfaser AG; Saint Gobain Industries SA
Current assignee: Gruenzweig und Hartmann und Glasfaser AG; Saint Gobain Industries SA
Priority date: 1977-07-18
Filing date: 1978-07-17
Publication date: 1981-07-08
Also published as: DE2860819D1; DE2732387C2; EP0000402A1; DE2732387B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Isolierbauplatten und geht aus von einem Verfahren, bei dem eine mit einem organischen Bindemittel auf Kunststoffbasis vorgebundene Mineralfaserplatte mit einer wässrigen Aufschlämmung aus einem anorganischen Bindemittel getränkt und anschließend warm getrocknet wird.
Unter Isolierplatte soll dabei allgemein eine wärme-und/oder schallisolierende Platte verstanden werden, die gegebenenfalls auch als Brandschutzplatte verwendbar ist.
Bei einem solchen Verfahren, wie es beispielsweise aus der US-A 3 551 276 bekannt geworden ist, finden Suspensionen aus tonmineralischen Stoffen, wie Bentonit und/oder Kaolin bzw. Ball-Clay in Kombination mit Borsäure zum Imprägnieren von mit Phenolharzen bzw. Wasserglas oder mit kolloidalem SiO_z vorgebundenen Glasfaserfilzen oder-platten mit Dichten von 0,08 bis 0,14 g/cm³ Verwendung. Außerdem können den anorganischen Bindemitteln noch inerte Füllstoffe in Form von Prophyllit sowie Hydrophobierungsmittel vorwiegend auf Silikonbasis zugegeben werden. Die derartig imprägnierten Glasfaserkörper werden getrocknet und bei Temperaturen zwischen 218 und 288°C gehärtet.
Ein ähnliches Verfahren läßt sich auch aus der DE―B―1 619 131 entnehmen. Die bekannten Verfahren erstreben insbesondere die Erzeugung von Mineralfaserprodukten mit hoher Temperaturbeständigkeit. Gegebenenfalls kann nach der Lehre der US-A-3 551 276 den aus Bentonit, Kaolin und/oder Ball-Clay sowie Borsäure bestehenden Imprägnierbindemitteln ein Hydrophobiermittel auf Silikonbasis zugesetzt werden, wobei anschließend eine Trocknung des imprägnierten Formkörpers bei ca. 240°C erfolgt. Diese Zugabe dient dann zur Erzielung einer ausreichenden Feuchtigkeitsbeständigkeit der Produkte.
Solche Isolierbauplatten haben jedoch nur ein beschränktes Einsatzgebiet, weil sie nicht die im allgemeinen erforderliche hohe mechanische Festigkeit aufweisen. Isolierbauplatten mit den geforderten hohen mechanischen Festigkeitswerten lassen sich nur in Form von Asbest-Silikatplatten herstellen, wobei Asbestfasern, hydraulische Zemente oder Calciumhydroxid mit Zusätzen von Quarzmehl oder anderen silikatischen Stoffen mit Wasser zuerst zu einer Maische verrührt werden. Dieser Brei wird darin entwässert und der so erhaltene Filterkuchen gepreßt und hydrothermal gehärtet. Die Biegefestigkeiten solcher Platten betragen bei Plattendichten von 0,65 bis 0,8 g/cm³ zwischen 4,9 und 9,8 N/mm^z. Die Druckfestigkeiten liegen im Bereich von 2,9 bis 6,9 N/_mm2.
Solche Platten weisen jedoch schwerwiegende Nachteile auf. Da solche Platten im allgemeinen bearbeitet, d. h. gesägt, gefräst oder geschliffen werden müssen, werden bei diesem Bearbeitungsvorgang sehr feine Asbestfasern in die Luft frei, die gesundheitsschädlich sind, weil sie krebsartige Erkrankungen der Atemwege hervorrufen können. In einigen Staaten ist deshalb die Anwendung solcher Isolierbauplatten bereits verboten.
Darüber hinaus führen diese Platten auch nicht zu einer ausreichenden Temperaturbeständigkeit, weil das verwendete Calciumhydrosilikat nur eine Temperaturbeständigkeit von ca. 400°C aufweist. Bei höheren Temperaturen nimmt die mechanische Festigkeit solcher Isolierbauplatten ab und es kann zu Rissebildung in der Platte kommen.
Schließlich enthalten diese Platten auch noch einen beachtlichen Anteil an wasserlöslichen, zum Teil stark alkalischen Substanzen, so daß es bei Einwirkung von Feuchtigkeit zu Salzausblühungen an der Oberfläche der Platten kommen kann.
Zum Stande der Technik gehört ferner nach der US-A-2 717 841 ein Verfahren zur Herstellung einer lsolierplatte für Wand-und Deckenkonstruktionen mit flammenhemmenden Eigenschaften. Nach diesem Verfahren wird eine mit Kunststoffbindemittel vorgebundene Glasfaserschicht mit einer Dichte von 0,11 g/cm³ zuerst mit einer anorganischen Binderaufschlämmung, bestehend aus hydraulischen Zementen oder Gips, vorzugsweise jedoch aus Magnesiumoxidchlorid-Zement (Sorel-Zementl getränkt. Nachdem der Überschuß der Bindersuspension abgesaugt ist, wird die feuchte Platte bei 232°C getrocknet. Das erhaltene Erzeugnis hat eine Dichte von 0,28 bis 0,3 g/cm^3. Die Dichte kann bis zu einem Wert von 0,5 g/cm³ gesteigert werden. Auch diese Platte erfüllt jedoch nicht die Forderungen, die hinsichtlich Druck- und Biegefestigkeit bereits von einer Asbest-Silikatplatte erreicht werden.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, die Druck- und Biegefestig-keitswerte von Asbest-Silikatplatten zu überschreiten, ohne die negativen Eigenschaften der mit Zement gebundenen Asbest-Faserplatten in Kauf nehmen zu müssen.
Aus der BE-A- 624 215 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von formbeständigen keramischen Gegen-ständen erheblicher Flächenabmessung, aber geringer Stärke bekannt. Dazu wird ein vorgeformtes Mineralfaserfließ mit einem keramischen Material imprägniert und dieses imprägnierte Mineralfaserfließ bis über die Transformationstemperatur und zwar zwischen 871 und 1093°C erhitzt.
Von diesem Verfahren unterscheidet sich das Verfahren nach der Erfindung dadurch, daß

1) von einer Platte ausgegangen wird, die aus einem mit einem organischen Bindemittel vorgebundenen Mineral-faservlies entstanden ist.
2) diese Platt mit einer wässrigen Aufschlämmung eines Bindetones vorgegebener Teilchengröße imprägniert wird und
3) nur auf eine Temperatur unterhalb des Transformations-punktes erhitzt wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also bewußt von einer mit organischen Bindemitteln gebundenen Mineralfaserplatte ausgegangen, deren Dichte bereits möglichst hoch gewählt wird. Das führt zu dem Vorteil, daß diese Platte während des Imprägnier-und Trockenvorgangs bereits eine gute Dimensionsstabilität erhält. Außerdem wirkt sich ein derart hoher Verdichtungsgrad der Ausgangsfaserplatte durch das günstige Verhältnis von Faseranteil zu Bindeton in besonders vorteilhafter Weise ganz erheblich auf die Erreichung der geforderten Festigkeitseigenschaften des Endproduktes aus, das nicht nur ausgezeichnete Druck- und Biegefestigkeit aufweist, sondern auch eine überragende Spaltfestigkeit. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß der Elastizitäsmodul dieses Produktes günstig beeinflußt wird.
Der für die Imprägnierung der Mineralsfaserplatte verwendete Bindeton, der eine geringe Korngröße von mindestens ca. 80%, vorzugsweise 90 Gew.-% unterhalb von 2 pm aufweisen muß, wird zweckmäßig nach folgenden Gesichtspunkten ausgewählt:

-das Bindevermögen des Tones muß, damit die geforderten Plattenfestigkeiten erreicht werden können, sehr hoch sein, die Trockenbiegefestigkeit des Bindetones sollte, gemessen nach DIN 51030, nicht weniger als 2,9 N/mm² betragen;
-der Restkornanteil von 10 bis 20 Gew.-% darf nicht mehr als zur Hälfte über 15 µm liegen;
-das Strukturwasser, das als OH-Gruppen im Kristallgitter des Tones eingebaut ist, muß im Temperaturbereich von 400 bis 600°C abgespalten werden. Dadurch verliert der Ton seine Redispergierbarkeit in Wasser und die Tonbindung in der Platte wird wasserunempfindlich.

Nach einer Reihe von untersuchten tonmineralischen Stoffen haben sich Fein- und Kolloidtone aus sekundären Lagerstätten als am besten geeignet erwiesen.
Vorzugsweise bestehen diese Tone hauptsächlich aus folgenden Mineralien:
Die chemische Zusammensetzung der Tone schwankt im Bereich folgender Gewichtsanteile:
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Temperaturbehandlung im Bereich zwischen 400°C und dem der Transformationstemperatur der für die Herstellung der vorgebundenen Mineralfaserplatte verwendeten Mineralfasern wird eine vollständige Wasserbeständig-keit der Isolierbauplatte erreicht. Gleichzeitig werden durch die Temperaturbehandlung die brennbaren organischen Bestandteife, die in Form von Harzen, Schmälzölen, Netz- und Dispergierhilfsmitteln bei der Herstellung der Mineralfaser-Ausgangsplatte bzw. Imprägnierungsprozeß mit der Tonsuspension in die Platte gelangt sind, zum großen Teil wieder herausgetrieben.
Das Endprodukt kann nicht nur nicht mehr entflammen, sondern auch nicht mehr glühen und ist damit nach DIN 4102 als ein absolut unbrennbares Material anzusehen.
Vorzugsweise verwendet man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Ausgangsmaterial für die Mineralfaserplatte ein solches mit maximalen Faserdurchmessern von 6 µm. Bei Einsatz von gröberen Fasern mit einem Durchmesser von über 6pm läßt sich zwar die Tonsuspension in die Faserplatte leichter einbringen, da die Faserhohlräume in der Platte relativ groß sind und somit auch bei Verwendung von grobkörnigen Tonen beim Imprägnieren einer solchen Platte kein Filtereffect zu befürchten ist, die erzielten Endfestigkeiten insbesondere die Spaltfestigkeit einer derart hergestellten Mineralfaserplatte sind jedoch wesentlich geringer als bei einer vergleichbaren Platte, deren Ausgangsmaterial aus feineren Fasern besteht. Der Grund ist wohl darin zu sehen, daß grobe Fasern beim Herstellungsprozeß der Ausgangsplatte sich weit mehr in Schichten ablagern als das bei feinen Fasern der Fall ist, und der Verfilzungsgrad grobfasriger Schichten untereinander wesentlich schlechter ist als bei Platten aus feineren Fasern.
Es hat sich gezeigt, daß durch die Temperaturbehandlung zwischen 400°C und der Transformationstemperatur der für die Herstellung vorgebundenen Mineralfaserplatte verwendeten Mineralfasern ein bemerkenswert hoher Anstieg der Druck- und Biegefestigkeitswerte sowie des Elastizitätsmoduls von durchschnittlich 30 bis 45% gegenüber den Werten bei der nicht in der temperaturbehandelnden Platten eingetreten ist.
Dabei wurde auch festgestellt, daß dieser unerwartet hohe Festigkeitsanstieg nur bei Anwendung von Temperaturen unterhalb des Transformationspunktes der zur Herstellung der Ausgangsplatten verwendeten Mineralfasern feststellbar ist. Bei dem als Ausführungsbeispiel gewählten Basaltfasern betrug diese Umwandlungstemperatur 620 bis 640°C. Wurde diese Temperatur überschritten, dann ergab sich eine deutliche Verschlechterung der Plattenfestigkeit, insbesondere in Bezug auf Biegefestigkeit und Elastizitätsverhalten.
Diese Verminderung der Festigkeitseigenschaften ist darauf zurückzuführen, daß infolge von Oxidation der Mlneralfasern, bei der eine Umwandlung des in den Fasern vorhandenen FeO in Fe_z0₃ stattfindet, eine weitgehende Versprödung der Fasern eintritt und damit die eigentliche Funktion der Fasern, als Gerüst der Bauplatte eine hohe Biege- und Zugfestigkeit sowie Elastizität zu verleihen, verloren geht. Die Umwandlung des Eisenoxids unter Einfluß von Luft-sauerstoff ist stark temperaturabhängig und verläuft besonders intensiv bei Erreichen des Transformationspunktes, bei welchem die Faser erweicht.
Diese unerwünschte Oxidationsreaktion bei der Behandlung der mit Bindeton aufgefüllten Mineralfaserplatten im genannten Temperaturbereich, läßt sich in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch praktisch vollständig beseitigen, wenn man die Temperaturführung und Verweilzeit weiter so abstimmt, daß einerseits die Abspaltung des Kristallwassers aus dem Bindeton nahezu vollständig erfolgt ist und andererseits der Kohlenstoff, der sich als Rückstand aus der Verbrennung der organischen Bestandteile bei der Temperaturbehandlung zwischen 400 und 650°C bildet, noch nicht völlig ausgebrannt ist. Man kann diese Erscheinung noch dadurch verbessern, daß die Temperaturbehandlung in diesem Temperaturbereich in einer reduzierenden Atmosphäre erfolgt, d.h. durch entsprechende Einstellung der Flamme bei Gas oder Heizöl betriebenen Öfen oder bei Aufstellung eines Gefäßes mit pulverförmigen Graphit oder von Graphitstäben in dem Ofenraum bei Verwendung von elektrisch beheizten Öfen.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann die durchtränkte Platte vor dem Trocknen örtlich einer nochmaligen Durchtränkung unterworfen werden, wobei diese nochmalige Durchtränkung vorteilhaft an den Rändern der Platte durchgeführt wird. Man erhält im Bereich der doppelten Durchtränkung nach dem Trocknen und der Wärmebehandlung bei Temperaturen über 400°C, jedoch unterhalb der Transformationstemperatur der für die Herstellung der vorgebundenen Mineralfaserplatte verwendeten Mineralfasern verstärkte Bereich, die zur Aufnahme von Nagelungen, zum Einfräsen von Nuten, Herausarbeiten von Federn oder Zinken und dergleichen, dienen können. Auf diese Weise kann man insbesondere and den Rändern Formgebungen vornehmen, die den unmittelbaren Anschluß der einen Platte mit der nachfolgenden Platte und eine vollständige Abdichtung etwaiger Spalten ermöglichen und darüber hinaus die Festigkeit eines solchen Plattenverbundes erhöhen.
Geht man in weiterer Ausbildung der Erfindung von einer doppelt starken Platte aus und spaltet diese nach dem Tränken, Trocknen und Tempern in zwei Platten, so erhält man zwei Platten mit jeweils einer glatten und einer rauhen Oberfläche. Die glatte Oberfläche ist unmittelbar tapezierbar, während die rauhe Oberfläche gut verputzt werden kann. Auf diese Weise entsteht eine Platte mit zwei Möglichkeiten der Oberflächenverkleidung was im Bauwesen von besonderem Vorteil ist.
Mann kann ausgehend von einer wenigstens annähernd doppelt starken Platte das Spalten derselben in zwei Platten auch vor dem Tränken vornehmen und erhält dadurch den Vorteil, daß der Tränkungsprozeß, sofern die Spaltseite beim Tränken nach oben zu liegen kommt, erleichtert wird.
Schließlich kann in weiterer Ausbildung der Erfindung das Tocknen durch Mikrowellenbestrahlung erfolgen. Dadurch vermeidet man einen Trocknungsgradienten von außen nach innen, wie er zwangsläufig beispielsweise beim Trocknen mit Warmluft auftritt. Man erreicht vielmehr ein Trocknen von innen nach außen und damit eine gleichmäßrige Struktur der fertigen Platte.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Bei allen Beispielen ist Bindeton mit einer Korngrößenverteilung von 80% unter 2 ,um verwendet.

Beispiel I

In eine Mineralfaserbahn aus Basalt in der Breite von 120 cm und mit einem Flächengewicht von 5kg/m^z wurde kontinuierlich im Schachtverfahren eine wässrige Phenol-Formaldehydharzlösung mit 4,5 Gew.-% Feststoffgehalt gleichmäßig eingesprüht. Die Menge des eingesprühten Bindemittels betrug 4,2 kg/_m2.
Die feuchte Faserbahn wurde sodann in einer Plattenmaschine zwischen zwei perforierten Metallbändern auf eine Dicke von 25 mm zu einer Platte verpreßt und gleichzeitig mit Heißluft von 200 bis 220°C getrocknet und ausgehärtet. Die so hergestellte Platte hatte eine Dichte von 0,2 g/cm³. Der Harzgehalt betrug 3,6 Gew.-% Feststoff, bezogen auf das Gewicht der Platte.
Unmittelbar nach dem Verlassen der Plattenmaschine wurde der so erzeugte Plattenstrang in eine Überflutungsvorrichtung geleitet, wo mit Hilfe von an der Unterseite der Platten angelegten Unterdruck eine wässrige Bindetonsuspension in die Mineralfaserplatten von oben eingesaugt wurde, bis die Platte vollständig gesättigt war. Die imprägnierte Platte wurde anschließend auf einem Transportband in einen Trockenofen geleitet und dort mit Umluft von 200°C getrocknet. Anschließend wurde sie 10 Minuten bei 580°C bzw. 20 Minuten bei 480°C :n einem mit Erdgas beheizten Ofen bei reduzierender Flamme erhitzt.

Beispiel II

Eine mit Harz vorgebundene Mineralfaserplatte, die mit der Bindetonsuspension gesättigt war, wurde vor dem Trocknen noch über einen Absaugkasten geleitet, wo der Bindetonüberschuß aus den Faserhohlräumen der Platte durch Anlegen von Unterdruck entfernt wurde. Ansonsten wurde das Verfahren wie in Beispiel 1 geführt.

Beispiel III

Die mit Bindetonsuspension gesättigte Platte wurde zwischen zwei Druckwalzen geführt, wobei der Überschuß der Tonouspension nahezu vollständig aus der Platte herausgepreßt wurde.
Im übrigen wurde das Verfahren nach Beispiel I geführt.
Bei der Führung des Verfahrens nach Beispiel 11 und Beispiel III konnte die zu verdampfende Wassermenge bei der Trocknung der Platten erheblich gesenkt und damit die Trocknungszeit wesentlich verkürzt werden.
Bei allen drei Ausführungsbeispielen wurde die eingesetzte Bindetonsuspension durch Aufschlämmen eines pulverförmigen bzw. stückigen Bindetones der Type FC der Firma Didier aus Grünstadt in Wasser in einem Turbomischer hergestellt. Durch Zusetzen von Natriumpolyphosphatsalzen als Verflüssigungsmittel wurde die Viskosität der Suspension auf 6 bis 12 mPas eingestellt. Der erwähnte Bindeton der Type FC der Firma Didier aus Grünstadt hatte folgende Korngrößenverteilung
Die Feststoffkonzentration der Suspension lag zwischen 15 und 60 Gew.-% und wurde gewählt:

-in Abhängigkeit von angestrebten Raumgewichten des Endproduktes
-in Abhängigkeit davon, ob nach dem Auffüllen der Platte mit der Bindetonsuspension der Überschuß aus der Platte abgesaugt werden sollte oder nicht.

Die Tabelle 1 zeigt eine Zusammenstellung verschiedener Verfahrensführungen und der erzielbaren bzw. erzielten Werte, wobei eine ins einzelne gehende Beschreibung dieser Tabelle wegen der detaillierten Angaben der Verfahrensschritte und der entsprechenden Werte nicht erforderlich ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Isolierbauplatten, bei dem eine mit einem organischen Bindemittel auf Kunststoffbasis vorgebundene Mineralfaserplatte mit einer wässrigen Aufschlämmung aus einem anorganischen Bindemittel getränkt und anschließend warm getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einer mit einem organischen Kunststoffbindemittel vorgebundenen Mineraffaserplatte mit einer Dichte von mindestens 0,15, vorzugsweise 0,2 g/cm³, diese Mineralfaserplatte mit einer wässrigen Aufschlämmung eines Bindetons, dessen Teilchengröße zu mindestens 8096, vorzugsweise 90% unter 2 ,um liegt und der im Temperaturbereich von 400°C bis 640°C sein chemisch gebundenes Wasser abspaltet, völlig durchtränkt und nach dem Trocknen bei Temperaturen über 105°C bei Temperaturen über 400°C, jedoch unterhalb der Transformationstemperatur der für die Herstellung der vorgebundenen Mineralfaserplatte verwendeten Mineralfasern getempert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial für die Mineralfaserplatte ein solches mit maximalen Faserdurchmessern von 6 ,um verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Tempervorgang in reduzierender Atmosphäre durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Bindeton hauptsächlich aus folgenden Mineralien besteht

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des verwendeten Bindetons im Bereich folgender Gewichtsanteile liegt:

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durchtränkte Platte vor dem Trocknen örtlich einer nochmaligen Durchtränkung unterworfen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nochmalige Durchtränkung an den Rändern der Platte durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von einer doppelt starken Platte ausgegangen und diese nach dem Tränken, Trocknen und Tempern in zwei Platten gespalten wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche, 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß von einer doppelt starken Platte ausgegangen und diese vor dem Tränken in zwei Platten gespalten wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen durch Mikrowellenbestrahlung erfolgt.