EP0080655B1 - Verfahren zur Herstellung von Fasermatten auf Kunststoffbasis - Google Patents

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EP0080655B1
EP0080655B1 EP82110624A EP82110624A EP0080655B1 EP 0080655 B1 EP0080655 B1 EP 0080655B1 EP 82110624 A EP82110624 A EP 82110624A EP 82110624 A EP82110624 A EP 82110624A EP 0080655 B1 EP0080655 B1 EP 0080655B1
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din
mats
melamine
mat
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Heinz Berbner
Peter Ketterer
Harald Dr. Mahnke
Frank Peter Dr. Woerner
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BASF SE
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    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/10—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products
    • E04C2/16—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products of fibres, chips, vegetable stems, or the like
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    • E04C2/20—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products of plastics
    • E04C2/22—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products of plastics reinforced

Definitions

  • Mats made of glass or mineral fibers are used for heat and sound insulation of buildings and parts of buildings.
  • these mats have disadvantages, the cause of which is due to the inorganic nature of the fibers.
  • the object of the invention was to develop an insulating material based on organic fibers which largely corresponds to the inorganic materials in terms of its insulating properties and which is simple to manufacture and easy to handle.
  • DE-AS 2 364 091 describes flame-retardant, infusible fibers made from hardened melamine-aldehyde resins.
  • the textile sector is the only field of application. It was not immediately obvious to use such fibers for the production of heat and sound insulation materials, since the fibers described were only tested and processed according to textile technology considerations. The knowledge gained in this way does not allow any conclusions to be drawn about the properties of heat and sound insulation. In particular, the good resilience of the fiber mats according to the invention was not to be expected.
  • DE-U-6930307 describes insulating mats made from waste synthetic fibers, in particular from polyester and polyamide. Such fiber mats meet the requirements of building material class B 1; however, they melt at the high temperatures that occur in the fire, which in unfavorable cases can lead to burning drops. In contrast, carbon fiber mats made of melamine resins form a protective layer against the further advance of the fire.
  • Melamine resins are to be understood as meaning melamine / formaldehyde condensation products which, in addition to melamine, can contain up to 50, preferably up to 20% by weight of other thermoset formers and, in addition to formaldehyde, up to 50, preferably up to 20% by weight of other aldehydes.
  • An unmodified melamine / formaldehyde condensation product is particularly preferred.
  • suitable thermoset formers are: alkyl-substituted melamine, urea, urethanes, carboxamides, dicyandiamide, guanidine, sulphurylamide, sulphonic acid amide, aliphatic amines, phenol and its derivatives.
  • aldehydes e.g.
  • Acetaldehyde, trimethylol acetaldehyde, acrolein, benzaldehyde, furfural, glyoxal, phthalaldehyde and terephthalaldehyde can be used. Further details on melamine / formaldehyde condensation products can be found in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume 14/2, 1963, pages 319 to 402.
  • the molar ratio of Duorplasttruckner: aldehyde can be within wide limits between 1: 1.5 and 1: Fluctuate 4.5; in the case of melamine / formaldehyde condensates, it is preferably between 1: 2.5 and 1: 3.5.
  • the fibers can be produced - as described in DE-AS 2 364 091 - by spinning a highly concentrated aqueous solution of a melamine-aldehyde precondensate. You can spin from a spinner or from a nozzle. The fibers are pre-dried, optionally stretched, and finally the melamine resin is cured at temperatures of 150 to 250 ° C. Typical acids, such as e.g. Serve sulfuric acid, hydrochloric acid, acetic acid or preferably formic acid, which are added in amounts of 0.1 to 5 wt.% Of the aqueous solution of the precondensate.
  • the fibers can optionally be provided with binders which connect the individual fibers at the nodes of the fiber mat.
  • meltblown resins in amounts of 1 to 8, preferably 2 to 5% by weight, based on the fibers, are suitable as binders.
  • the binder can - e.g. as an aqueous dispersion - sprayed onto the fibers directly after their production.
  • the fibers are laid down into mats of the desired thickness, which can then be cut to size and optionally laminated.
  • the geometry of the fibers can be varied within wide limits under conditions such as the nozzle cross-section and the speed of the spin plate.
  • the fibers are usually 3 to 30 ⁇ m thick and 10 to 150 mm long. Their tensile strength is in the range of about 100 to 1000 N.mm- 2 , their elongation at break between 3 and 30%.
  • the melamine resin fibers show not only an elastic but also a plastic area. When subjected to heavy loads, they do not break immediately, but are first plastically deformed so that there are no sharp-edged breaks.
  • the insulating material produced according to the invention is characterized by low thermal conductivity, high sound absorption, good resilience and favorable fire behavior.
  • the properties are determined according to the methods specified in the DIN standards mentioned. When measuring the resilience, a 100 mm thick mat is assumed. Thicker mats are cut accordingly, with thinner mats several mats are put together.
  • the good resilience is important for the transport, storage and laying of the mats. After production and assembly, the mat webs are usually rolled up and strongly pressed together in order to reduce the volume during transport and storage. When laying, they are rolled out again, whereby they should return to their original thickness and thus the original density as quickly as possible. If the resilience is inadequate, the density increases, which reduces the insulating effect.
  • the fiber mats according to the invention can be used for heat and sound insulation of buildings and parts of buildings, in particular for insulating roofs.
  • a homogeneous aqueous solution of 80 parts by weight of a melamine / formaldehyde precondensate (molar ratio 1: 3, molecular weight about 500) in 20 parts by weight of water is degassed. 1 part by weight of 85% formic acid is then added to this solution and homogeneously distributed therein by stirring.
  • the viscosity of the solution is 300 Pas.
  • the solution is placed on a rotating spinner. This has a diameter of 18 cm. It is equipped with 6 nozzles that are evenly distributed around the circumference and have a diameter of 500 ⁇ m. The speed is 8500 rpm.
  • the centrifugal disc is surrounded by a cylindrical chute with an inner diameter of 2 m and a height of 5 m.
  • the pressed and flung fibers (average length 60 mm, average diameter 13 ⁇ m) are caught in the chute and fall down there. They are pre-dried by rising hot air at 50 ° C. Approximately in the middle of the chute there are 6 nozzle openings through which binder dispersion can be injected.
  • the fibers are placed on an endless belt at the lower end of the chute.
  • the thickness and density of the mat can be influenced by the amount of melamine resin solution applied per unit of time, as well as by the speed of the endless belt and by the speed of the hot air flow.
  • a mat was a thickness of 50 mm and a density of 20 g.1 -1. It was cut to a width of 50 cm. It was then tempered in a drying oven at 220 ° C. for 20 minutes, the melamine resin curing completely and the remaining water evaporating.

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Description

  • Zur Wärme- und Schall-lsolierung von Gebäuden und Gebäudeteilen werden Matten aus Glas- oder Mineralfasern verwendet. Diese Matten sind jedoch mit Nachteilen behaftet, deren Ursache in der anorganischen Natur der Fasern begründet ist.
  • Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Isoliermaterial auf Basis organischer Fasern zu entwickeln, das in seinen Dämmeigenschaften den anorganischen Materialien weitgehend entspricht und das einfach herzustellen und leicht handzuhaben ist.
  • Es wurde gefunden, daß ein Isoliermaterial aus Melaminharz-Fasermatten diese Anforderungen erfüllt.
  • Gegenstand der Erfindung ist demzufolge ein Verfahren zur Herstellung von Fasermatten auf Kunststoffbasis, bei dem man Fasern aus gehärteten Melaminharzen, die gegebenenfalls mit Bindemitteln auf Basis von Melamin-, Phenol-oder Harnstoffharzen versehen sind, zu Matten ablegt, welche folgende Eigenschaften aufweisen:
    • a) die Dicke liegt zwischen 20 und 200, vorzugsweise zwischen 50 und 100 mm,
    • b) die Dichte liegt zwischen 10 und 150, vorzugsweise zwischen 15 und 50 g.l-1,
    • c) die Wärmeleitfähigkeit nach DIN 52 612 ist geringer als 0,05 W.m-1. 0 K-1, vorzugsweise liegt sie zwischen 0,03 und 0.04 W.m -1.°K-1,
    • d) die Schallabsorption nach DIN 52 215-63 bei 2500 Hz, umgerechnet von senkrechtem auf stationären Schalleinfall, ist größer als 90 %, vorzugsweise größer als 95 %,
    • e) das Rückstellvermögen, gemessen an einer 100 mm dicken Matte, die innerhalb von 2 min auf 30 mm gestaucht und bei dieser Dicke 24 Stunden lang gepreßt wurde, ist so hoch, daß die Matte bei Druckentlastung spontan auf eine Dicke von mehr als 80 mm, vorzugsweise von mehr als 90 mm zurückfedert und nach 6 Stunden wieder eine Dicke von mehr als 98 mm, vorzugsweise von mehr als 99 mm erreicht hat,
    • f) das Brandverhalten ist so günstig, daß bei der Brandprüfung nach DIN 4102, Teil I, die Baustoffklasse B1 (schwerentflammbar) erreicht wird.
  • In der DE-AS 2 364 091 sind flammfeste, unschmelzbare Fasern aus gehärteten Melamin-Aldehyd-Harzen beschrieben. Als Anwendungsgebiet ist ausschließlich der Textilbereich genannt. Es lag auch nicht ohne weiteres nahe, derartige Fasern zur Herstellung von Wärme- und Schalldämm-Materialien zu verwenden, da die beschriebenen Fasern nur nach textiltechnologischen Gesichtspunkten geprüft und verarbeitet wurden. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse lassen keinen Schluß auf die Wärme- und Schalldämmeigienschaften zu. Insbesondere war das gute Rückstellvermögen der erfindungsgemäßen Fasermatten nicht zu erwarten.
  • In der DE-U-6930307 sind Dämm-Matten aus Abfällen synthetischer Fasern, insbesondere aus Polyester und Polyamid beschrieben. Derartige Fasermatten genügen zwar den Vorschriften der Baustoffklasse B 1; bei den im Brandauftretenden hohen Temperaturen schmelzen sie jedoch, wobei es in ungünstigen Fällen zu brennenden Abtropfen kommen kann. Im Gegensatz dazu verkohlen Fasermatten aus Melaminharzen an der Oberfläche und bilden dadurch eine Schutzschicht gegen das weitere Vordringen des Brandes.
  • Unter Melaminharzen sind Melamin/Formaldehyd-Kondensationsprodukte zu verstehen, die neben Melamin bis zu 50, vorzugsweise bis zu 20 Gew.% anderer Duroplastbildner, und neben Formaldehyd bis zu 50, vorzugsweise bis zu 20 Gew.% anderer Aldehyde einkondensiert enthalten können. Besonders bevorzugt ist ein unmodifiziertes Melamin/Formaldehyd-Kondensationsprodukt. Als Duroplastbildner kommen beispielsweise in Frage: alkylsubstituiertes Melamin, Harnstoff, Urethane, Carbonsäureamide, Dicyandiamid, Guanidin, Sulfurylamid, Sulfonsäureamid, aliphatische Amine, Phenol und dessen Derivaten. Als Aldehyde können z.B. Acetaldehyd, Trimethylolacetaldehyd, Acrolein, Benzaldehyd, Furfurol, Glyoxal, Phthalaldehyd und Terephthalaldehyd eingesetzt werden. Weitere Einzelheiten über Melamin/Formaldehyd-Kondensationsprodukte finden sich in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band 14/2, 1963, Seiten 319 bis 402. Das Molverhältnis Duorplastbildmer: Aldehyd kann in weiten Grenzen zwischen 1: 1,5 und 1: 4,5 schwanken; im Falle von Melamin/Formaldehyd-Kondensaten liegt es vorzugsweise zwischen 1: 2,5 und 1: 3,5.
  • Die Herstellung der Fasern kann - wie in der DE-AS 2 364 091 beschrieben - durch Verspinnen einer hochkonzentrierten wäßrigen Lösung eines Melamin-Aldehyd-Vorkondensats erfolgen. Man kann dabei aus einem Schleuderteller oder aus einer Düse verspinnen. Die Fasern werden vorgetrocknet, gegebenenfalls gereckt, schließlich wird das Melaminharz bei Temperaturen von 150 bis 250° C gehärtet. Als Härtungskatalysatoren können übliche Säuren, wie z.B. Schwefelsäure, Salzsäure, Essigsäure oder vorzugsweise Ameisensäure dienen, die in Mengen von 0,1 bis 5 Gew.% der wäßrigen Lösung des Vorkondensats zugesetzt werden. Die Fasern können gegebenenfalls mit Bindemitteln versehen werden, die eine Verbindung der Einzelfasern an den Knotenstellen der Fasermatte herstellen. Als Bindemittel kommen Melamin-, Phenol- oder Harnstoffharze in Mengen von 1 bis 8, vorzugsweise von 2 bis 5 Gew.%, bezogen auf die Fasern, in Frage. Das Bindemittel kann - z.B. als wäßrige Dispersion - auf die Fasern direkt nach deren Herstellung aufgesprüht werden.
  • Die Fasern werden zu Matten der gewünschten Dicke abgelegt, die dann zurechtgeschnitten und gegebenenfalls kaschiert werden können.
  • Durch die beim Verspinnen gewählten Bedingungen, z.B. den Düsenquerschnitt und die Drehzahl des Schleudertellers kann die Geometrie der Fasern in weiten Grenzen variiert werden. Die Fasern sind gewöhnlich 3 bis 30 µm dick und 10 bis 150 mm lang. Ihre Zugfestigkeit liegt im Bereich von etwa 100 bis 1000 N.mm-2, ihre Bruchdehnung zwischen 3 und 30 %. Im Gegensatz zu Glasfasern zeigen die Melaminharzfasern neben einem elastischen auch einen plastischen Bereich. Bei starker Belastung brechen sie nicht sofort, sondern werden zunächst plastisch verformt, so daß keine scharfkantigen Bruchstellen entstehen.
  • Das erfindungsgemäß hergestellte Isoliermaterial ist durch geringe Wärmeleitfähigkeit, hohe Schallabsorption, gutes Rückstellvermögen und günstiges Brandverhalten ausgezeichnet. Die Eigenschaften werden nach den in den genannten DIN-Normen angegebenen Methoden bestimmt. Bei der Messung des Rückstellvermögens geht man von einer 100 mm dicken Matte aus. Dickere Matten werden entsprechend zurechtgeschnitten, bei dünneren Matten werden mehrere Matten zusammengelegt. Das gute Rückstellvermögen ist wichtig für den Transport, die Lagerung und das Verlegen der Matten. Die Mattenbahnen werden nach der Herstellung und Konfektionierung gewöhnlich aufgerollt und dabei stark zusammengepreßt, um das Volumen beim Transport und bei der Lagerung zu verringern. Beim Verlegen werden sie wieder ausgerollt, wobei sie möglichst rasch wieder ihre ursprüngliche Dicke und damit auch die ursprüngliche Dichte annehmen sollen. Bei ungenügendem Rückstellvermögen ergibt sich eine erhöhte Dichte, wodurch die Isolierwirkung herabgesetzt wird.
  • Die erfingungsgmäßen Fasermatten können zum Wärme- und Schallschutz von Gebäuden und Gebäudeteilen verwendet werden, insbesondere zum Isolieren von Dächern.
    • Beispiel
  • Eine homogene wäßrige Lösung von 80 Gewichtsteilen eines Melamin/Formaldehyd-Vorkondensats (Molverhältnis 1:3, Molekulargewicht etwa 500) in 20 Gewichtsteilen Wasser wird entgast. Dieser Lösung wird dann 1 Gewichtsteil 85 %iger Ameisensäure zugesetzt und durch Rühren homogen darin verteilt. Die Viskosität der Lösung beträgt 300 Pas.
  • Die Lösung wird auf einen rotierenden Schleuderteller gegeben. Dieser hat einen Durchmesser von 18 cm. Er ist mit 6 Düsen versehen, die gleichmäßig am Umfang verteilt sind und einen Durchmesser von 500 µm aufweisen. Die Drehzahl beträgt 8500 U/min. Der Schleuderteller ist von einem zylinderförmigen Fallschacht mit einem Innendurchmesser von 2 m und einer Höhe von 5 m umgeben. Die ausgepreßten und abgeschleuderten Fasern (mittlere Länge 60 mm, mittlerer Durchmesser 13 µm) werden im Fallschacht aufgefangen und fallen darin nach unten. Durch aufsteigende Heißluft von 50° C werden sie vorgetrocknet. Etwa in der Mitte des Fallschachts sind 6 Düsenöffnungen angebracht, durch die Bindemitteldispersion eingespritzt werden kann. Am unteren Ende des Fallschachts werden die Fasern auf einem Endlosband abgelegt. Durch die pro Zeiteinheit aufgegebene Menge an Melaminharzlösung, sowie durch die Geschwindigkeit des Endlosbandes und durch die Geschwindigkeit des Heißluftstroms kann die Dicke und Dichte der Matte beeinflußt werden. Im vorliegenden Beispiel entstand eine Matte einer Dicke von 50 mm und einer Dichte von 20 g.1-1. Sie wurde auf eine Breite von 50 cm zurechtgeschnitten. Anschließend wurde sie in einem Trockenofen bei 220° C 20 min lang getempert, wobei das Melaminharz vollständig aushärtete und das restliche Wasser verdampfte.
  • Die fertige Matte wies folgende Eigenschaften auf:
    • Wärmeleitfähigkeit: 0,040 W.m -1.°K -1
    • Schallabsorption: 92 %
    • Rückstellvermögen (2 Matten
    • aufeinandergelegt)
    • spontan: 85 %
    • nach 6 Stunden: 100 %
    • Raustoffklasse: B 1

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von Fasermatten auf Kunststoffbasis, dadurch gekennzeichnet, daß man Fasern aus gehärteten Melaminharzen, die gegebenenfalls mit Bindemitteln auf Basis von Melamin-, Phenol- oder Harnstoffharzen versehen sind, zu Matten ablegt, welche - folgende Eigenschaften aufweisen:
a) die Dicke liegt zwischen 20 und 200 mm, vorzugsweise zwischen 50 und 100 mm,
b) die Dichte liegt zwischen 10 und 150 g.l-1 vorzugsweise zwischen 15 und 50 g.l-1,
c) die Wärmeleitfähigkeit nach DIN 52 612 ist geringer als 0.05 W.m-1. °K-1, vorzugsweise liegt sie zwischen 0,03 und 0,04 W.m-1. 'K-1,
d) die Schallabsorption nach DIN 52 215-63 bei 2500 Hz, umgerechnet von senkrechtem auf stationären Schalleinfall, ist größer als 90 %, vorzugsweise größer als 95%,
e) das Rückstellvermögen, gemessen an einer 100 mm dicken Matte, die innerhalb von 2 min auf 30 mm gestaucht und bei dieser Dicke 24 Stunden lang gepreßt wurde, ist so hoch, daß die Matte bei Druckentlastung spontan auf eine Dicke von mehr als 80 mm, vorzugsweise von mehr als 90 mm, rückfedert und nach 6 Stunden wieder eine Dicke von mehr als 98 mm, vorzugsweise von mehr als 99 mm, erreicht hat,
f) das Brandverhalten ist so günstig, daß bei der Brandprüfung nach DIN 4102, Teil I, die Baustoffklasse B1 (schwerentflammbar) erreicht wird.
2. Verwendung der nach Anspruch 1 hergestellten Fasermatten zum Wärme- und Schallschutz von Gebäuden und Gebäudeteilen.
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DE3147308 1981-11-28

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