FI97164B - Mineraalivillaan perustuva muovattu kappale sekä sen valmistusmenetelmä - Google Patents

Description

97164

Mineraalivillaan perustuva muovattu kappale sekä sen valmistusmenetelmä 5 Keksintö kohdistuu mineraalivillaan perustuvaan muovattuun kappaleeseen, joka on valmistettu erityisesti tyhjömuovaus-menetelmällä, jossa nestettä ja sideainetta sisältävään suspensioon, johon mineraalivilla on hajotettu, on valmistettavan kappaleen ominaisuuksien säätämiseksi lisätty kiinteitä 10 hiukkasia, jotka on sen jälkeen saostettu suspensiosta mineraalikuiduille, ja jossa mineraalikuidut on suspension sisältämän sideaineen avulla sidottu toisiinsa mainituksi kappaleeksi. Keksinnön kohteena on lisäksi menetelmä tällaisen muovatun kappaleen valmistamiseksi.

15

Mineraalivillaan perustuvat muovatut kappaleet, joita käytetään erityisesti peitelevyinä tai vaippana putkien ympärillä, valmistetaan yleensä dispergoimalla mineraalivilla sideaineen suspensioon, minkä jälkeen täten saatu mineraalivilla 20 valutetaan ja kuivataan valutusalustalla tai muotissa tyhjön avulla. Sideaineena käytetään tunnetusti piimaata ja tärkkelystä. Mineraalivilla voi olla esimerkiksi kivivillaa, lasi-villaa, aluminosilikaattivillaa tai näiden tuotteiden seosta.

25

Mineraalivilla voidaan lisäksi värjätä täydellisesti tällä menetelmällä siten, että sideaineen suspensioon lisätään väriainetta. Jotta muovattu kappale saataisiin värjätyksi mustaksi, tähän suspensioon lisätään sopivaa, mustaksi vär-30 jäävää ainetta, esimerkiksi aktiivihiiltä, hiilimustaa tai painomustetta.

Jotta kiinteistä hiukkasista saataisiin muodostumaan sopiva kerros kuitujen päälle ja jotta tällä tavalla saataisiin 35 aikaan yhtenäinen liitos sideaineen avulla ja/tai jotta lopullisen tuotteen väri saataisiin yhtenäiseksi, on piimaata, tärkkelystä ja värillistä pigmenttiä lisättävä veteen riittävinä määrinä. Käytännön sovellutuksissa käytetään aina 97164 2 ylimäärin sideainetta, jota on läsnä huomattavana määränä imulla erotetussa vedessä. Tämä sideaineen ylimäärä suspensiossa johtaa kolloidien muodostumiseen sekä dispersion paksuuntumiseen, mikä ei ole edullista ajatellen hyvää kerros-5 tumista sekä tasaista jakautumista villaan. Tämän ensimmäisen ongelman lisäksi sideaineen jäännöspitoisuus saa aikaan suspension kontaminoitumisen mikro-organismeilla jokaisen pitkäaikaisen seisokin, esimerkiksi viikonlopun, aikana, mistä syystä suspensio on uusittava joka kerta. Mikäli li-10 säksi käytetään väriaineita, niin värjäävät hiukkaset on erotettava suodattamalla jätevedestä ennen sen johtamista viemäriin. Sideaineiden ja pigmenttien ylimäärä ei aiheuta pelkästään raaka-ainekustannusten kasvua vaan myös jätevesien jälkikäsittelystä ja puhdistuksesta johtuvia kustannuk-15 siä. Lisäksi lopputuotteesta, erityisesti mikäli se on värjätty kokonaisuudessaan, voidaan todeta, että mineraali-kuidut on ylikuormitettu kiinteillä hiukkasilla, mikä aiheuttaa puolestaan toivottujen ominaisuuksien heikkenemistä.

20 Edellä olevan mukaisia tunnettuja mineraalikuituperustaisia tuotteita, joissa suspensiossa olevalla sideaineella toisiinsa sidottuihin kuituihin on lisätty kiinteitä hiukkasia, sekä tuotteiden valmistusmenetelmiä on kuvattu FI-patenttihakemuksissa 1666/65 ja 772044, FI-kuulutusjulkaisussa 25 62526, DE-hakemusjulkaisussa 29 34 677 ja US-patenttijul- : kaisussa 4 668 590.

Keksinnön tavoitteena on saada aikaan mineraalivillaan perustuva muovattu kappale, jolla on kiinteiden hiukkasten 30 pysyvästä ja yhtenäisestä kerrostumisesta sekä sideaineen hyvästä jakautumisesta johtuvia erityisiä ominaisuuksia ja joita voidaan saada käyttämällä eri komponentteja säästeliäästi . 1

Keksinnön mukaiselle muovatulle kappaleelle on tunnusomaista se, että kiinteiden hiukkasten keskimääräinen hiukkaskoko on 4 μιη tai sitä pienempi ja että hiukkaset on kerrostettu mi- 97164 3 neraalikuiduille saarekkeiksi käyttäen apuna suspension nestefaasin sähkönjohtokykyä kasvattavaa ainetta.

Nämä muovatut kappaleet valmistetaan edullisesti tyhjö-5 muovaamalla.

Keksinnön ensimmäisen piirteen mukaisesti tavoitteena on saada aikaan mineraalivillaan perustuva muovattu kappale, jossa kiinteitä hiukkasia on kerrostettu saarekkeiksi side-10 aineella kyllästettyjen mineraalikuitujen väliin käyttäen edullisesti veteen tehtyä suspensiota. Yllättäen on todettu, että tällainen saarekkeiksi kerrostaminen tekee mahdolliseksi kappaleen ominaisuuksien säätämisen laajalla alueella. Esimerkiksi muovattu kappale voidaan värjätä mustaksi väril-15 lisillä hiukkasilla, jotka on kerrostettu saarekkeiksi mineraalikuitujen päälle, jolloin tämä erillisistä saarekkeista muodostuva kerros on yllättäen riittävä saamaan aikaan mineraalivillan täydellisen värjäytymisen siten, ettei mineraalikuitujen täydellinen pinnoittaminen väriaineella ole vält-20 tämätöntä. Sama pätee muiden ominaisuuksien, kuten säteilyn absorption, säätämiseen.

Täten erilaisia ominaisuuksia voidaan saada aikaan hyvin yksinkertaisella tavalla muodostamalla kerroksia muovatun 25 kappaleen koko paksuuteen. Esimerkiksi savea kerrostamalla voidaan saada aikaan hyvin korkeita lämpötiloja kestäviä muovattuja kappaleita, joita voidaan käyttää vesihöyrylinjo-jen pinnoittamiseen. Aktiivihiiltä kerrostamalla voidaan muodostaa vesi- tai kaasusuodattimia. Happoja, emäksiä, me-30 talleja tai niiden oksideja kerrostamalla voidaan saada katalyyttejä, joiden ominaisuuksia kyetään säätämään hyvin täsmällisesti. Mikroaaltoja ja erityisesti tutka-aaltoja absorboivia materiaaleja voidaan saada hiilimustaa tai grafiittia kerrostamalla ja tällaisia materiaaleja voidaan 35 käyttää erityisesti lentokenttien lähistöllä sijaitsevissa vyöhykkeissä rakennuksista heijastuneista aalloista johtuvien väärien signaalien välttämiseksi.

97164 4

Valmistuskustannukset on saatu merkittävästi pienemmiksi käyttämällä pienempiä määriä sideainetta ja kiinteitä hiukkasia. Edelleen mineraalikuituja ei ylikuormiteta käyttämällä liian suuria määriä sideainetta ja kerrostettavia 5 kiinteitä hiukkasia, jolloin vältetään mineraalivillan ylikuormittumisesta johtuvia, epäsäännöllisiä kerroksia käsittävien alueiden esiintyminen mineraalivillassa. Menetelmällä voidaan saada muovattu kappale, jonka ominaisuudet ovat hyvin yhtenäiset. Hiukkaset, joiden halkaisija on alle 4 μπι, 10 kerrostuvat huomattavalla tavalla saarekkeiksi mineraalikuitujen väliin. Hiukkasten keskimääräinen halkaisija on edullisesti 1-4 μπι, edullisemmin 1-3 μπι, mutta tyydyttäviä tuloksia saadaan myös tätäkin pienemmillä hiukkasilla, ja erityisesti voidaan käyttää molekyylitasolla olevia hiukkasmai-15 siä väriaineita.

Kiinteitä hiukkasia kerrostettaessa kuljetusaineena voidaan käyttää orgaanisia ja epäorgaanisia aineita, joista muodostettuun suspensioon sideaine saadaan dispergoitumaan. Nämä 20 kuljetusaineet toimivat myöskin sideaineena, joten sideaineen lisääminen ei ole välttämätöntä. Nämä orgaaniset ja epäorgaaniset aineet ovat edullisesti kationisia ja/tai anionisia.

25 Keksinnön toteutukseen liittyvän erään esimerkin mukaisesti orgaaninen materiaali muodostuu tyloosista ja/tai tärkkelyksestä ja epäorgaaninen materiaali piimaasta. Tyloosin, piimään ja/tai tärkkelyksen seos voi toimia sideaineena. Tyloo-sia käyttämällä tärkkelyksen määrä voidaan vähentää 10:nteen 30 osaan, jolloin saatavat tuotteet kuuluvat palavuusluokkaan AI.

Kestomuoveja tai kertamuoveja kerrostamalla voidaan parantaa kappaleen mekaanista lujuutta. Silikoneja käyttämällä saa-35 daan hydrofobisia kappaleita, jotka voidaan sijoittaa kosteaan ilmakehään. Grafiittihiukkaset parantavat kappaleen johtokykyä. Alumiinihydroksidia tai muita, runsaasti kidevettä sisältäviä aineita käyttämällä voidaan valmistaa tulenkestä-

II

5 97164 viä muovattuja kappaleita, esimerkiksi palo-ovia varten tarkoitettuja levyjä. Kaikissa näissä tapauksissa epäjatkuvat kerrokset riittävät toivottujen ominaisuuksien aikaansaamiseksi .

5

Mineraalivillana käytetään erityisen edullisesti kivivillaa. Sen ansiosta, että kiinteät hiukkaset järjestäytyvät useiksi kerroksiksi, muovatun kappaleen sisältämää hiukkasmäärää voidaan pienentää. Esimerkiksi savihiukkaset voidaan kerros-10 taa ensimmäiseksi kerrokseksi ja väriaineen hiukkaset toiseksi kerrokseksi. Toivottaessa voidaan toteuttaa useampia kuin kaksi kerrosta.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle mineraalivillaan perustu-15 van muovatun kappaleen valmistamiseksi, jossa menetelmässä mineraalivilla dispergoidaan nestettä ja sideainetta sisältävään suspensioon ja kappale muodostetaan sitomalla mineraalikuidut sideaineen avulla toisiinsa, on tunnusomaista se, että suspensioon lisätään kiinteitä hiukkasia, joiden 20 keskimääräinen hiukkaskoko on 4 μιη tai sitä pienempi, ja että suspension nestefaasin sähkönjohtokyvyksi säädetään johtokykyä kasvattavan aineen avulla vähintään 700 μβ/οιη, edullisesti 800 μδ/οτα, jolloin mainitut kiinteät hiukkaset saostuvat suspensiosta mineraalikuiduille erillisiksi ker-25 rostetuiksi saarekkeiksi.

Kuten edellä on mainittu, kiinteiden hiukkasten suspensio muodostetaan edullisesti vedellä, jonka johtokyky on vähintään 700 μβ/cm, edullisesti vähintään 800 μβ/αη. Veden joh-30 tokykyä säätämällä saadaan aikaan sideaineen ja muiden kiinteiden hiukkasten erinomainen kerrostuminen mineraalivillan päälle siten, etteivät piimään, tärkkelyksen eikä mahdollisen tyloosin eikä muiden mahdollisten kiinteiden hiukkasten ylimäärät ole välttämättömiä. Sitävastoin, mikäli valmistuk-35 sessa pidetään yllä suurta johtokykyarvoa, niin kaikki suspensiossa olevat komponentit kulkeutuvat ja kerrostuvat mineraalikuituihin, eikä veteen jää käytännöllisesti katsoen lainkaan näiden aineiden jäännöksiä. Näin ollen materiaali- 97164 6 kustannukset ja lisäksi myös valmistuskustannukset pienenevät, erityisesti siitä syystä, ettei puhdistustoimenpiteitä enää tarvita.

5 Eräässä erityisen edullisessa suoritusmuodossa veden johto-kyky asetetaan alueelle 900 - 1000 μ3/οπι. Tällainen johtokyky saadaan esimerkiksi lisäämällä johtavia aineita, kuten metallisuoloja, erityisesti magnesiumsulfaattia.

10 Suspensioon lisätään edullisesti kiinteitä hiukkasia, joiden keskimääräinen halkaisija on pienempi tai yhtä suuri kuin 4 μια. Erityisen sopivia ovat sellaiset kiinteät hiukkaset, jotka ovat muodostuneet hiilistä, savista, väriaineista, kestomuoveista, kertamuoveista, hapoista, emäksistä, metal-15 leista, metallioksideista, silikoneista, runsaasti kidevettä sisältävistä aineista ja/tai analogisista aineista. Sekoittaminen lisää edelleen kerrostumisnopeutta erilaisia komponentteja lisättäessä.

20 Kiinteiden hiukkasten kerrostaminen useiksi kerroksiksi on mahdollista erityisen edullisesti, mikäli ensimmäisessä vaiheessa kerrostettavat kiinteät hiukkaset sekoitetaan suoraan kuljetusaineen, erityisesti tyloosin ja/tai tärkkelyksen ja piimään vesisuspensioon, minkä jälkeen mineraalivilla lisä-25 tään siten, että kaikki sideaine ja kaikki kiinteät hiukkaset kiinnittyvät saarekkeiksi mineraalikuitujen väliin, jolloin veteen ei jää jäljelle näiden aineiden jäännöksiä. Toisessa vaiheessa veteen voidaan lisätä uudestaan piimaata ja tyloosia ja/tai tärkkelystä sekä muita kerrostettavia kiin-30 teitä aineita, jolloin sideaine sekä nämä muut kiinteät hiukkaset kerrostuvat jo kuormitettujen mineraalikuitujen väliin. Tarvittaessa voidaan toteuttaa muita lisätoimenpiteitä. 1 it Näiden eri komponenttien kvantitatiivinen annostelu voidaan toteuttaa hyvin yksinkertaisesti siten, että dispersioon lisätään tyloosia ja/tai tärkkelystä niin paljon, että kaikki kiinteät hiukkaset kerrostuvat mineraalikuitujen väliin.

97164 7

Eräässä käytännöllisessä suoritusmuodossa dispergoitava mineraalivilla lisätään astiassa, jonka tilavuus on noin 5500 litraa, olevaan veteen. Astian sisältöä jatkuvasti sekoittaen siihen lisätään suspension muut komponentit eli piimää, 5 tyloosi ja/tai tärkkelys sekä kerrostettavat kiinteät hiukkaset. Mustaksi värjäämistä varten astiaan lisätään edullisesti samanaikaisesti tyloosin kanssa aktiivihiiltä tai hii-limustaa. Tällä tavalla pigmenttihiukkaset kulkeutuvat samanaikaisesti sideaineen kanssa kuitujen pinnalle ja kerros-10 tuvat siihen. Huomattakoon, että kerrostuminen tapahtuu saarekkeiksi, jotka nähdään mikroskoopissa mineraalikuitujen väliin tasaisesti jakautuneina erillisinä pisteinä.

Mikäli tavoitteena on muovatun kappaleen lämpöstabiilisuuden 15 parantaminen, niin siihen on lisättävä savea, missä tapauksessa savihiukkaset kulkeutuvat samanaikaisesti sideaineen kanssa kuitujen pinnalle.

Edelleen, kuitujen hiutaloituminen paranee, mikäli savea 20 lisätään yhdessä perunatärkkelyksen kanssa.

Tyloosina käytetään edullisesti metyyliselluloosaa. Tärkkelystä voidaan myös käyttää tyloosin sijasta. Mahdollista on myös sekä tyloosin että tärkkelyksen lisääminen. On olen-25 naista, että veden johtokyky asetetaan arvoon, joka on vä-: hintään 700 /zS/cm, edullisesti vähintään 800 ^S/cm. Erityi sesti metallisuoloja, kuten magnesiumsulfaattia, voidaan käyttää veden johtokykyä nostavina lisäaineina. Kun veden johtokyky on sopiva, niin kerrostuminen mineraalikuitujen 30 pinnalle tapahtuu piimään ja tyloosin tai tärkkelyksen lisäämisen jälkeen siten, etteivät näiden komponenttien ylimäärät ole välttämättömiä. Kiinteät lisähiukkaset, joiden tehtävänä on saada aikaan muovattuun kappaleeseen ennalta määrättyjä ominaisuuksia, kuten lämpötilojen kestoa tai mui-35 ta vastaavia ominaisuuksia, kulkeutuvat samanaikaisesti sideaineen kanssa mineraalikuitujen pinnalle, joten sideaineen tavoin näitäkään kiinteitä lisäaineita ei tarvitse käyttää ylimäärin. Sen jälkeen, kun käytetyt komponentit ovat ker- 97164 8 rostuneet mineraalikuitujen pinnalle, jäännösvesi on täysin puhdasta ja se voidaan poistaa käytöstä sellaisenaan, sen jälkeen kun se on suodatettu siinä vielä läsnäolevien mine-raalivillahiukkasten talteenottamiseksi. Tätä vettä voidaan 5 samoin käyttää suoraan uudestaan, erityisesti useampien kerrosten kerrostamiseksi siten, että siihen lisätään ennen kutakin vaihetta sideainevaikutuksesta puuttuvia komponentteja eli piimaata ja tyloosia ja/tai tärkkelystä yhdessä vielä kerrostettavien kiinteiden hiukkasten, esimerkiksi 10 savi- tai väriainehiukkasten kanssa.

Tähän mennessä ei olla kuvattu kuin savi- ja/tai väriainehiukkasten kerrostaminen, vaikka mineraalivillan tai mineraalikuitujen pinnalle voidaankin kerrostaa myös muita sopi-15 via kiinteitä hiukkasia. Esimerkiksi säteilyn absorptiokyvyn parantamiseksi tai liukkauden lisäämiseksi kappaleeseen voidaan kerrostaa grafiittia, mitä tarkoitusta varten grafiit-tihiukkasia lisätään suspensioon, johon mineraalivilla on tarkoitus dispergoida.

20

Lisättävien kiinteiden hiukkasten keskimääräinen hiukkaskoko on edullisesti pienempi tai yhtäsuuri kuin 4 μηι, edullisemmin 1-3 /xm. Väriaineita kerrostettaessa voidaan lisätä hiukkasia, joiden koko on molekyylialueella.

25

Kuumuutta paremmin kestävän muovatun kappaleen tapauksessa t voidaan käyttää tyypillisesti seuraavaa koostumusta: 98,939 % 1^0 0,0989 % MgS04 30 0,0074 % tyloosia 0,5194 % mineraalivillaa 0,0890 % savea 0,3463 % piimaata. 1

Mustaksi värjätyn muovatun kappaleen tapauksessa voidaan käyttää tyypillisesti seuraavaa koostumusta: 97164 9 99,000 % H20 0,0742 % MgS04 0,0396 % tärkkelystä 0,5399 % mineraalivillaa 5 0,3467 % piimaata 0,00248 % Fakunyl-mustaa.

Mikroaaltoja absorboivan kappaleen tapauksessa esimerkiksi seuraava suspension koostumus on sopiva: 10 98,76 % H20 0,09876 % MgS04 0,37037 % hiilimustan 10 % suspensiota 0,00493 % tyloosia 0,02469 % anionista piimaata (40 %:nen) 15 0,34566 % kationista piimaata (30 %:nen) 0,54318 % mineraalivillaa.

t t

Claims (12)

1. 97164 l. Mineraalivillaan perustuva muovattu kappale, joka on valmistettu erityisesti tyhjömuovausmenetelmällä, jossa nestettä ja sideainetta sisältävään suspensioon, johon mineraa-5 livilla on hajotettu, on valmistettavan kappaleen ominaisuuksien säätämiseksi lisätty kiinteitä hiukkasia, jotka on sen jälkeen saostettu suspensiosta mineraalikuiduille, ja jossa mineraalikuidut on suspension sisältämän sideaineen avulla sidottu toisiinsa mainituksi kappaleeksi, tunnettu 10 siitä, että kiinteiden hiukkasten keskimääräinen hiukkaskoko on 4 μπι tai sitä pienempi ja että hiukkaset on kerrostettu mineraalikuiduille saarekkeiksi käyttäen apuna suspension nestefaasin sähkönjohtokykyä kasvattavaa ainetta.
2. 2. Patenttivaatimuksen l mukainen muovattu kappale, tun nettu siitä, että orgaanisia ja epäorgaanisia aineita on käytetty kuljetusaineena mainittujen kiinteiden hiukkasten kerrostamiseksi.
3. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen muovattu kappale, tun nettu siitä, että mainitut orgaaniset ja epäorgaaniset aineet ovat luonteeltaan anionisia ja/tai kationisia.
4. 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muovattu 25 kappale, tunnettu siitä, että mainittu epäorgaaninen aine : muodostuu piimaasta ja mainittu orgaaninen aine muodostuu tyloosista ja/tai tärkkelyksestä.
5. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muovattu 30 kappale, tunnettu siitä, että kiinteät hiukkaset ovat hiiltä, savea, väriainetta, kestomuovia, kertamuovia, happoa, emästä, metallia, metallioksidia, silikonia ja/tai runsaasti kidevettä sisältävää ainetta. 1 Il
6. 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muovattu kappale, tunnettu siitä, että kiinteinä hiukkasina on käytetty hiilimustaa tai grafiittia ja että kappale on tutka-aaltoja absorboiva. y/ to*+
7. 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen muovattu kappale, tunnettu siitä, että kiinteät hiukkaset on kerrostettu useiksi kerroksiksi.
8. 8. Menetelmä mineraalivillaan perustuvan muovatun kappa leen valmistamiseksi, jossa menetelmässä mineraalivilla dis-pergoidaan nestettä ja sideainetta sisältävään suspensioon ja kappale muodostetaan sitomalla mineraalikuidut sideaineen avulla toisiinsa, tunnettu siitä, että suspensioon lisätään 10 kiinteitä hiukkasia, joiden keskimääräinen hiukkaskoko on 4 μηι tai sitä pienempi, ja että suspension nestefaasin sähkönjohtokyvyksi säädetään johtokykyä kasvattavan aineen avulla vähintään 700 μβ/αη, edullisesti 800 μΞ/οιη, jolloin mainitut kiinteät hiukkaset saostuvat suspensiosta mineraalikuiduille 15 erillisiksi kerrostetuiksi saarekkeiksi.
9. 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähkönjohtokykyisenä nesteenä käytetään vettä. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
10. 10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tun 2 nettu siitä, että kiinteiden hiukkasten kerrostamiseksi 3 useiksi kerroksiksi mineraalikuitujen päälle suspensioon 4 lisätään kuljetusainetta ja kiinteitä hiukkasia useissa pe 5 räkkäisissä vaiheissa. 6 7 : li. Jonkin patenttivaatimuksen 8-10 mukainen menetelmä, 8 tunnettu siitä, että suspensioon lisätään kuljetusainetta 9 niin paljon, että kaikki kiinteät hiukkaset kerrostuvat mi 10 neraalikuitujen väliin.
11. 12. Jonkin patenttivaatimuksen 9-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että veteen lisätään metallisuoloja, erityisesti magnesiumsulfaattia, sen johtokyvyn lisäämiseksi. 97164