JP2015533112A - 結合剤材料を含むミネラルウールのマイクロ波硬化のための方法 - Google Patents

Abstract

結合剤と混合されたミネラルウールをマイクロ波を通して硬化する方法では、マイクロ波活性物質の設置を通して追加の熱を発生させることが、結合剤材料の硬化を通して行なわれる。

Description

この発明は、特許請求項１の導入部に記載の方法に関する。

ミネラルウール断熱製品は、ガラスまたは岩石溶解物から好適な繊維生産装置を通して生産された繊維が、１つまたは複数のドロップチャネルを通して無端コンベヤベルト上に集められ、未加工フリースとして構成されるミネラルウール織物を形成することで生産される、ということは周知であり、典型的には、繊維がコンベヤベルトに載る前に、好適な結合剤材料が繊維に添加される。結合剤は、特に噴霧プロセスを通して添加される。典型的には、フェノールホルムアルデヒド樹脂または尿素フェノールホルムアルデヒド樹脂が、結合剤材料用に使用される。結合剤材料の部分は、製品に関連している。結合剤材料は、ミネラルウール断熱製品の構造的安定性のために使用され、断熱効果自体には寄与しない。結合剤材料は火災荷重の増加も引き起こすため、結合剤材料を必要量に制限する試みがなされている。典型的な結合剤材料の量は、ミネラルウールの総重量の２〜５％の範囲にあるものの、それは限定的ではない。

結合剤材料と混合された未加工フリースは硬化用の炉に通され、典型的にはトンネル炉が使用されている。高温ガスとともに未加工フリースを流すことによって熱供給が提供され、それはトンネル炉を通りながら結合剤材料の硬化をもたらし、それは生産されたミネラルウール製品の構造的安定性をもたらす。このため、典型的には水っぽい結合剤材料の水の割合が蒸発され、続いて、結合剤材料の固体部分が熱供給を通して重合される。

トンネル炉は、単純な構成、均一の熱導入という利点を有し、このため、異なる製品の、特に異なる厚さを有するミネラルウール織物の均一な硬化を促進し、また、流通炉として提供されることを通して、連続するミネラルウール織物を無端織物として送ることを促進する。このため、ミネラルウール織物は典型的には、最終製品の所望の未加工密度を調節するために、圧縮された状態で通される。トンネル炉を出た後、硬化されたミネラルウール織物は、断熱材料製品を形成するために所望の長さに分割される。

しかしながら、特定のミネラルウール製品、すなわち特に管状シェルには、他の炉も適している。そのような管状シェルは、ミネラルウール織物とは異なり、閉じられた無端織物をトンネル炉内に送り方向に提供しないものの、互いから隣接してある距離をおいて、形成ブランクとして提供される。トンネル炉で硬化する場合、特に、未硬化のミネラルウール原料ブランクの流通は提供されず、そのため、熱導入は対流および放射を通してのみ提供される。このため、結合剤材料の受入れ可能な硬化時間または均一な硬化は、容易には達成されない。次に、管状シェルの均一の硬化を提供するために、管状シェルを、減少した速度で、または炉内を通る特殊高温ガスとともに搬送するといった、特定の追加措置が必要とされる。しかしながら、それは、追加の複雑性により、プロセスの観点からは好ましくなく、または不可能でさえある。ミネラルウールは、繊維間に空気を含むため、ミネラルウールの断熱効果によって良好な断熱材であり、そのため、より大きい層密度についても、導入された熱エネルギーは製品の内部を苦労してかつゆっくりと貫通するにすぎない、ということが理解される。この理由により、特に、管状シェルは特殊な炉で、ひいてはマイクロ波炉で硬化される。このため、これらの炉で発生したマイクロ波を通して、ミネラルウールの硬化が提供される。マイクロ波は、ミネラルウール製品への良好な貫通特性によって特徴付けられ、このため均一な加熱を促進する。そのため、管状シェルは、むしろ直径および厚さから独立して、容易に硬化可能である。しかしながら、マイクロ波炉は、電力の形をした高価値で高価なエネルギーを用いて動作されるため、トンネル炉と比べてエネルギー上の欠点を有する。このため、マイクロ波炉は、著しい放射のため、隣接する生産区域に対して遮蔽される。

しかしながら、マイクロ波は大きい層厚を有するミネラルウール製品の内部を苦労して貫通するにすぎないため、特に熱パイプおよび温水パイプ用の断熱シェルまたは管状シェルの生産（ＤＥ ４２ １２ １１７のＡ１）に関連して、硬化促進剤、したがってジヒドロキシアロメート、特にレコルシン（Recorcin）を、特にメラミン結合剤を含浸させたミネラルウールの結合剤に添加することが公知である。特にレコルシンを使用することは、メラミン結合剤に関連して不溶性生成物を形成する傾向があり、それはミネラルウールの含浸をより困難にする。このため、レコルシンを添加することは、それをミネラルウールに塗布後すぐに炉内に置くことを必要とする。

硬化プロセスから独立して、ミネラルウールで作られた形成構成要素について、形成要素の特定の特性を得るために、結合剤材料が設けられたミネラル繊維において固体粒子を島状に蓄積させることが公知である。このため、とりわけ、ミネラルウールの所望の完全な（through）着色を得るために、着色粒子が使用されている。黒い着色が望ましい場合、すすまたは黒鉛が蓄積され、その場合、固体粒子の伝導性により、それを用いて生産された形成要素は、レーダー波に対する遮蔽効果を有する食事用の皿（faring plates）として使用できる。粘土の設置を通して、非常に高い耐温度性を有する成形構成要素を得ることができ、また、活性炭の蓄積を通して、水またはガスフィルタとして使用可能な成形要素を得ることができる（ＥＰ０ ３９０ ９６２ Ｂ１）。

発明者らは、エネルギー条件を向上させるとマイクロ波炉の動作範囲を大きくすることが可能であり、そのため、断熱材料は典型的には大量生産品であるので、マイクロ波炉の使用はコストの観点からも有利である、ということを発見した。このため、この発明の目的は、結合剤を含むミネラルウールのマイクロ波炉内でのマイクロ波硬化のための改良された方法を提供することである。この方法はエネルギー上の利点を有しており、ミネラルウール断熱製品を形成するために、ミネラルウールの迅速でコスト効率が高く、信頼できる硬化を促進する。

この目的は、この発明に従って、請求項１の構成を通して達成される。この発明の有利な実施形態は、従属請求項に含まれる構成によって特徴付けられる。

この発明は、マイクロ波炉内でマイクロ波硬化プロセスを通して、ひいては硬化すべきミネラルウール内で、追加の熱が発生し、そのため、別々の熱供給を通してエネルギー条件が向上される、ということを特徴とする。これは、ミネラルウールの繊維に塗布され、またはミネラルウールに導入されるマイクロ波活性物質を添加することによって促進され、このため好ましくは、物質は、ミネラルウールの硬化のために均一に分布され、ひいてはミネラルウール構造全体にわたって均一に分布されるようになっている。ミネラルウール構造はまた、互いの間に空気を封入し、結合剤材料を通して互いにリンクされ、ひいては接続された複数のミネラル繊維によって特徴付けられる。封入され、その動きが制限された空気は、断熱材として使用される。マイクロ波活性物質を添加することにより、加熱すべきミネラルウールは、物質によって放出された熱によって追加的に加熱される。なぜなら、物質は、マイクロ波を照射されると熱を放出し、熱を周囲に放散するためである。これらのマイクロ波活性物質を塗布することにより、追加の熱が加えられ、それは結合剤材料の硬化を加速させる。マイクロ波活性物質のないマイクロ波硬化に比べ、かなりのエネルギー節約をこうして得ることができる、ということが試験によって示されてきた。このため、マイクロ波電力として半分のエネルギーしか導入しないにもかかわらず、向上した硬化時間を得ることができ、物質のないミネラルウールと比較して、本質的に減少した硬化時間を得ることができる。

この発明の有利な一実施形態によれば、マイクロ波活性物質が硬化すべき結合剤材料に対して均一に分布されるように、マイクロ波活性物質を繊維および／またはミネラルウール上に塗布し、または特に噴霧を通してそれらを統合することが提供される。これは、断熱材料製品の所望の調節された特性が製品全体にわたって一定であるように、硬化プロセス後に一定の状態がミネラルウール全体にわたって提供される、ということを保証する。これは特に、不均一な分布によって局所的な過熱が発生し、それが結合に悪影響を与え得る、ということを防止する。均一とは、マイクロ波活性物質が、結合剤材料の近位に、または結合剤材料に、特に繊維の結合点の部分に、ミネラルウールの繊維構造に鑑みて架橋結合を提供する結合材料を通して配置されることを意味する。

マイクロ波活性物質は、たとえばドロップチャネルの繊維上に結合剤材料およびマイクロ波活性物質を塗布することにより、結合剤材料と同時に塗布することができる。これは有利には、噴霧プロセスを通して行なわれる。しかしながら、時間遅延を用いて結合剤材料を塗布することも可能である。このため、結合剤材料を塗布した後にマイクロ波活性物質を塗布することが、特に有利である。たとえば、管状シェルを構成する場合、結合剤材料の添加はドロップシャフト内で実行可能であり、マイクロ波活性物質の塗布は、特に、ミネラルウールを形成するために無端コンベヤベルト上にすでに保管されていた繊維を通して実行可能である。管状シェルは典型的には、無端コンベヤベルト上に構成された厚さが薄いミネラルウール織物をマンドレルの周りに巻付ける巻付けを通して形成される。このため、マイクロ波活性物質は、巻付けプロセスの前に、ミネラルウール織物上に物質を塗布または噴霧することによって塗布可能である。巻付けプロセスを通し、マイクロ波活性物質の実質的に均一な分布が、硬化すべき結合剤材料に対して、マンドレルの周りに巻付けられた管状シェルの厚さ全体にわたって促進される。硬化プロセス中にマイクロ波活性物質を通してこのように発生した追加の熱は、隣接するゾーンでの結合剤材料の硬化に影響を与え、そのため、ミネラルウール内の結合剤材料の均一な硬化が得られる。このため、ミネラルウール織物の表面全体にわたって、また、硬化すべき結合剤材料に対しても、マイクロ波活性物質の均質分布が達成される。なぜなら、追加の熱は、マイクロ波活性物質に直接配置された結合剤材料を加熱するだけでなく、物質の周りのゾーンも加熱し、そのため結合剤材料がそれに応じて硬化されるためである。

結合剤材料とともに物質を塗布することは、有利なプロセス手段である。このため、結合剤材料が塗布される前に、マイクロ波活性物質は結合剤材料と混合され、次にそれは噴霧プロセスで、結合剤とともに直接、繊維上へ、またはミネラルウール織物内へ塗布される。これは有利には、結合剤に対するマイクロ波活性物質の均一な分布、および接近した空間的近接をもたらし、また、結合剤材料がマイクロ波活性物質によってミネラルウール製品を通して追加的に均一に加熱され、硬化されることを保証する。

マイクロ波活性物質としては、特に炭素ベースの物質、特にすすまたは黒鉛が、この発明にとって好適である。これに代えて、特に軟磁性物質が好適である。それらのうち、この発明の範囲内にあるのは、鉄、アルミニウム、シリコン、ニッケル、酸化鉄、ＦＥ−ＮＩ磁石合金、珪化鉄、柔らかい酸化物セラミック材料としての磁鉄鉱およびフェライト、特にいわゆるタイプＩＶマンガン（maganese）亜鉛フェライトである。

物質は典型的には、粒子形状で、特に粉末として添加される。好ましい粒径は、１０μｍ〜１００μｍの範囲にある。粒子は、特に黒鉛（球状黒鉛）の場合は球体として、または、特に膨れた黒鉛の場合などは中空要素としても、提供可能である。しかしながら、たとえばうねうねした粒子形状といった、他の形状および粒子も好適である。

無機マイクロ波活性物質は有利には、断熱材料製品またはミネラルウールの物質および結合剤材料の総重量の０．０５％〜４％の量、添加される。炭素ベースの物質、特に黒鉛、石油コークスまたはすすの場合、導入量は、総重量を基準にして０．０５％〜２．５％、好ましくは２％までである。無機物質に対して限定されているこの範囲は、過剰量の黒鉛、石油コークスまたはすすが添加されると、添加剤の酸化が起こる場合があり、それは、防火ドアといった防火用ミネラルウール製品についての耐火性クラスで不利な評価をもたらすであろう、という事実に由来する。耐火試験中、マイクロ波活性物質である黒鉛、石油コークスまたはすすを通して導入された追加の火災荷重は、黒鉛、石油コークスおよび／またはすすの酸化による短時間温度スパイクを引き起こす。

熱硬化可能なあらゆる結合剤材料が、この方法を行なうのに好適である。結合剤材料は、ミネラルウール製品を生産するのに好適であり、特に、フェノール樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂、尿素修飾フェノール樹脂、尿素修飾フェノールホルムアルデヒド樹脂、ポリアクリル酸、特にエタノールアミンやポリアクリル酸で中和された結合剤材料、特に糖、糖蜜またはデンプンに基づいた、再生原料からの炭水化物ベースの結合剤材料、もしくは他の混合物である。結合剤材料含有率は、製品の必要な特性およびその使用に依存しているが、好ましくは、総重量に対して２〜５重量％の量の結合剤材料または結合剤材料混合物が添加される。

この発明は、たとえばミネラルウールプレートまたは織物といったすべてのミネラルウール断熱製品にとって、しかしながら特に、管を断熱するために特に使用される管状シェルにとって、好適である。これらの管状シェルはまた、トンネル炉内で硬化可能であるが、管状シェルの両側に熱を均一に加えるには、特定の直径をはじめとして、たとえば特定の高温ガスを通すことといった追加の手段が必要とされる。この発明に従った手段に基づくと、マイクロ波炉を使用することは、採算が取れる。なぜなら、マイクロ波活性物質の設置を通して、ひいてはミネラルウール内で直接、結合剤材料の部分において、追加の熱が導入され、それは、リンクされた部分での、特に繊維をリンクするための結合剤材料の集中加熱をもたらすだけでなく、設置されたマイクロ波活性物質による追加の熱の発生に基づいてマイクロ波加熱のエネルギー上の欠点も取り除く。

マイクロ波物質の設置のこれらの利点は典型的には、試験に基づいて説明される。
このため、シェル部品を、業務用マイクロ波で異なる電力設定で２分間加熱し、続いて試料中央の温度を測定した。これは、以下の表から導くことができる値をもたらす。黒鉛については、メカノ・ルーブ（Mechano-Lube）１（製造業者：ＨＣカーボン（HC Carbon））を使用し、２重量％の量をミネラルウールの繊維上に分布させた。黒鉛は、結合剤注入装置の上方に配置された別個の注入システムを通して、ドロップシャフト内の結合剤材料と同時に、いわゆる過剰噴霧として塗布した。

試験は、追加電力を導入して行なった。マイクロ波物質を設置しない７００ワットの電力では、試料中央で５０℃または５１．１℃の温度が測定され、一方、２％の黒鉛を用いた場合、シェル部品に３９０℃の温度が生じる。半分の電力でも、１５８℃の中心温度が測定され、それは試料中央の温度よりも１００℃以上高い。これは、マイクロ波活性物質である黒鉛が設けられたシェルは、半分の電力でかなりより迅速に熱くなる、ということを意味する。

追加の一連の試験で、繊維粉末から作られた特定の試料要素に対するマイクロ波活性添加剤の効果を試験した。この一連の試験では、結合剤系として、二成分混合樹脂を使用した。第１の成分は、一般的な、中和されていない、ナトリウム触媒フェノールホルムアルデヒド樹脂であった。それを以下にＲ１０２と呼ぶ。第２の成分は、以下の表に従った、モル重量が１０，０００ｇ／ｍｏｌのポリアクリル酸（ＰＡＣＳ）、エタノールアミン、および水の事前混合物から作られた、エタノールアミンで中和されたポリアクリル酸（ＰＡＣＳ１００／４５）であった。

結合剤材料については、実施形態によれば、それぞれ４０％の固体樹脂含有率、０．８：１の固体樹脂比率、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＣＡＳ９１９−３０−２）の固体樹脂を基準として１％の添加を有する、第１の成分Ｒ１０２および第２の成分ＰＡＣＳ１００／４５からの混合物を使用した。

試料要素を生産するために、２．７５ｇの結合剤材料を８００ｍｇの水で希釈して、結合剤材料化合物を生産した。稼働中のガラスウール生産から繊維を取出し、事前切断し、続いてスイングミルで３５秒間、１２００ｒｐｍで粉砕し、おそらく付着した鉄の剥離粒子をできるだけ多く、磁石で取り除いた。実施形態では、１０ｇの繊維粉末を、５０ｍｇの各マイクロ波活性添加剤で補足し、空練りによって混合物を均質化する。均質化された混合物に結合剤材料混合物を添加して、金属スパチュラでよく混合する。アルミニウムホイルで包まれたガラス板上に、ペーストを広げる。直径が５ｍｍのコルクドリルで、化合物から試料要素を切り取る。マイクロ波装置を使用して、試料要素を硬化する。

他の点では同一の条件（１７５ワットのマイクロ波電力に対応する段階１）で、第１の一連の試験では２５分間、第２の一連の試験では３０分間、試料要素を硬化した。

硬化後に固体試料要素が得られた場合、８つの試料要素の合計質量を求め、続いて、試料要素を２００ｇの完全脱塩水の中で７０℃で保管する。２４時間（２５分の硬化）または７２時間（３０分の硬化）後、続いてそれぞれ２４時間後、２つの試料要素を１００℃で２時間再度乾かし、それらの残留質量を求める。すべての不溶性試料要素の残留質量を合計し、初期重量に関する総質量損失を、水蓄積に基づいて、硬化品質についての尺度として求める。

再度乾かした試料要素の機械的強度を、試料要素の縁を手動で押すことによって主観的に評価し、５つのクラス（強度なし、強度小、強い、非常に強い、極めて強い）に分類する。

試験パラメータ（抽出の時点および水蓄積の温度）の定義は、４日間の７０℃での特性によって特徴付けられる結合剤老化についての長期試験との経験的相関から導くことができる。

マイクロ波活性添加剤用に、以下の製品を使用する：
− 黒鉛メカノルーブ１（製造業者：ＨＣカーボン）
− メカノ−ＲＥＭ５石油コークス（製造業者：ＨＣカーボン）
− 磁鉄鉱Ｍ−２０ Ｔ カロラナ（Colorana）（製造業者：ＲＧミネラルズ（RG Minerals）ＡＳ）
− ＦｅＯ 顔料Ｆ５１００（製造業者：キャセイ・インダストリーズ（Cathay Industries）ＰＲＣ）
− コラニール・オキシドロット（Colanyl-Oxidrot）Ｂ１３０（製造業者：クラリアント（Clariant））。

結果を、以下の表に要約する（総質量損失は四捨五入されている）。

表から導くことができるように、基準試料として使用される添加剤のない結合剤材料は、２５分の硬化時間では硬化が不十分であり、試料要素はすべて、短期間の後で崩壊した。マイクロ波活性物質を添加することは、コラニール・オキシドロットＢ１３０を除き、硬化および強度の著しい向上をもたらす。

硬化時間を３０分に延長すると、純粋な結合剤材料は、４日後、長期特性用の要件をぎりぎり満たす。しかしながら、マイクロ波活性物質を用いたすべての実施形態は、水蓄積の後、はるかにより高い耐久性を有している。なぜなら、それらは、６日の試験期間の後ですら崩壊していないためである。このため、強度の主観的評価は、試験期間にわたる強度の著しい変化を何ら示さない。

Claims (10)

1. 特にビルなどを断熱するためのミネラルウール断熱製品を生産するために、結合剤材料と混合されたミネラルウール、特にガラスまたはロックウールをマイクロ波硬化するための方法であって、ミネラルウールのミネラル繊維は結合剤材料と混合され、ミネラルウールは続いて、結合剤材料を硬化するためにマイクロ波炉に通され、マイクロ波炉での硬化プロセスは、硬化前にミネラルウール繊維および／またはミネラルウールにマイクロ波活性物質を供給することにより、追加の熱を発生させることによって支援され、マイクロ波活性物質は、マイクロ波の吸収を通して、ミネラルウールにおいて結合剤材料を硬化するために追加の熱を発生させる、方法。
2. 物質は、結合剤材料を硬化するために結合剤材料中に均一に分布されるように、ミネラルウールの繊維および／またはミネラルウールに塗布され、特に噴霧される、請求項１に記載の方法。
3. 物質は、結合剤材料に対して、同時に、または時間をずらして、特に結合剤材料を塗布した後に塗布される、請求項１または２に記載の方法。
4. マイクロ波活性物質は結合剤材料に添加され、結合剤とともに直接、繊維に塗布される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 炭素ベースの物質、特にすす、石油コークスまたは黒鉛、もしくは無機物質、特に軟磁性材料、好ましくは鉄、酸化鉄、磁鉄鉱、フェライト、特にマンガン亜鉛フェライトが、マイクロ波活性物質用に使用される、前述の請求項のいずれか１項に記載の方法。
6. マイクロ波活性物質は、粒子形状で、好ましくは１０μｍ〜１００μｍの範囲のサイズで提供される、前述の請求項のいずれか１項に記載の方法。
7. 総重量に対し、マイクロ波活性物質は、０．０５重量％〜４重量％の量、添加され、特に無機酸化鉄については０．０５重量％〜４重量％の量、特に黒鉛、石油コークスまたはすすについては０．０５重量％〜２．５重量％、好ましくは０．０５〜２重量％の量、添加される、前述の請求項のいずれか１項に記載の方法。
8. フェノール樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂、尿素修飾フェノール樹脂、尿素修飾フェノールホルムアルデヒド樹脂、ポリアクリル酸、特にエタノールアミンやポリアクリル酸を含む再生原料から作られた中和された結合剤材料、特に糖、糖蜜またはデンプンに基づいた炭水化物ベースの結合剤材料、もしくはそれらの混合物が、結合剤材料用に、好ましくは総重量の２〜５％の量、使用される、前述の請求項のいずれか１項に記載の方法。
9. 方法は、ミネラルウールから作られた管状シェルを硬化するために使用され、そのシェルは、硬化前にミネラルウール織物をマンドレルの周りに巻付けることによって形成される、前述の請求項のいずれか１項に記載の方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法を通して生産された、ミネラルウール断熱製品。