NL1028893C2 - Werkwijze voor het binden van materialen en met die werkwijze verkregen gebonden materiaal. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het binden van materialen en met die werkwijze verkregen gebonden materiaal

GEBIED VAN DE UITVINDING

S De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het binden van materialen zodat een samenhangende structuur ontstaat. In het bijzonder betreft de uitvinding het binden van mineralen houdende materialen zoals steenwol en glaswol.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

10 Producten van minerale vezels worden bereid door minerale vezels onderling te verbinden door middel van een bindmiddel. Voor toepassingen als thermische of akoestische isolatiematerialen worden minerale vezelproducten bereid door bindmiddel te sproeien op de minerale vezels die een mat of deken vormen. Een veel toegepast bindmiddel is van het thermohardende fenolformaldehyde hars type. De 15 fenolformaldehyde hars kan worden gebruikt in niet-gepolymeriseerde, initieel gepolymeriseerde of in een gedeeltelijk gepolymeriseerde vorm. Onder invloed van warmte wordt de thermohardende formaldehydehars in de deken van minerale vezels uitgehard. Afhankelijk van de mate van uitgeoefende druk wordt een minerale vezelproduct verkregen met verschillende dichtheden. De minerale vezels zelf worden 20 bereid door middel van conventionele spin- of cascade processen.

Ontwikkelingen op het gebied van wet- en regelgeving om de emissie van vluchtige organische componenten (VOC) te minimaliseren, in het bijzonder gericht op het verminderen of elimineren van formaldehyde, heeft tot maatregelen geleid om niet 25 alleen de emissie van conventionele op formaldehyde gebaseerde bindmaterialen te reduceren maar ook om deze te vervangen door alternatieve bindmiddelen die vrij van formaldehyde zijn. Zo is er een aantal op niet-fenolformaldehyde gebaseerde bindmiddelsamenstellingen ontwikkeld, zoals bijvoorbeeld bindmiddelsamenstellingen op basis van polycarboxy polymeren en polyolen, zoals beschreven in EP 583086, EP 30 990727 en US 5,318,990.

Een andere groep op niet-fenolformaldehyde gebaseerde bindmiddelsamenstellingen zijn de additie/eliminatie reactieproducten van alifatische en/of aromatische anhydrides 1 0 2 8 89 3 2 met alkanolamines bijvoorbeeld zoals beschreven in WO 99/36368, WO 01/05725, WO 01/96460 en WO 02/06178.

Al deze maatregelen hebben nog steeds als nadeel dat relatief dure en ook milieu 5 belastende organische verbindingen worden toegepast. Ook de wijze van bereiding van de bindmiddelsamenstellingen zelf is kostbaar en niet milieuvriendelijk aangezien relatief hoge reactietemperaturen vereist zijn.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

10 Het is derhalve een doel van de onderhavige uitvinding een alternatief te vinden voor de huidige processen om minerale vezels te binden, dat de hierboven genoemde nadelen niet heeft.

Verrassenderwijs werd gevonden dat door het behandelen van minerale vezels, in het 15 bijzonder steenwol, met een boorhoudende verbinding een minerale vezelproduct werd verkregen waarin de minerale vezels onderling verbonden waren. Door het toepassen van slechts de boorhoudende verbinding als bindmiddel is het gebruik van conventionele lijmen of verlijmende stoffen in feite overbodig. Ook is het niet meer nodig de conventionele fenolformaldehyde harsen toe te passen om minerale vezels 20 onderling te verbinden. De onderlinge verbinding van de vezels, ofwel hechting van de vezels, door toepassing van de onderhavige uitvinding is dusdanig dat een vast product in de vorm van bijvoorbeeld een plaat kan worden verkregen die desgewenst op maat kan worden gesneden en verder verwerkt.

25 Bijkomend voordeel van het toepassen van boorhoudende verbindingen om minerale vezels onderling te verbinden is dat daarmee de verkregen gebonden producten hittebestendig en zelfs brandwerend bleken te zijn.

Een ander bijkomend voordeel is dat het toepassen van boorhoudende verbindingen 30 volgens de onderhavige uitvinding geen enkele milieubelasting vormt. Derhalve kan de onderhavige uitvinding bij uitstek dienen om de huidige processen van het binden van minerale vezels te vervangen.

1028893 i 3

De uitvinding heeft derhalve betrekking op een werkwijze voor het binden van materiaal gekenmerkt doordat een effectieve hoeveelheid van een boorhoudende verbinding als bindmiddel wordt toegepast.

5 In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een gebonden minerale vezelproduct welke de stap omvat van het in contact brengen van minerale vezels of minerale vezelproduct met een waterige oplossing van een boorhoudende verbinding.

10 In een ander aspect betreft de uitvinding eveneens een minerale vezelproduct welke minerale vezels en een daarmee in contact zijnde boorhoudende verbinding als hoofdzakelijk bindmiddel bevat.

BESCHRDVNG VAN DE UITVINDING

15 Producten van gebonden minerale vezels worden gewoonlijk gefabriceerd door omzetten van een smelt van geschikte uitgangsmaterialen in vezels, welke vervolgens worden besproeid met een bindmiddel. Zo bestaat steenwol uit vezels, gesponnen van vloeibaar gesteente. De hoofdgrondstof is diabaas en/of basalt. Basalt is in ruime mate aanwezig als natuurlijke grondstof, maar is tegenwoordig ook voor een belangrijk deel 20 (40 procent) aanwezig als gerecyclede steenwol. Afhankelijk van het eindproduct kunnen nog specifieke toevoegingen worden bijgemengd. Na mengen van diabaas en/of basalt en eventueel toevoegsels met cokes wordt dit naar smeltovens getransporteerd. Bij verbranding van de cokes in de oven kan de temperatuur oplopen tot 1600 graden Celsius, waardoor de grondstoffen smelten. Bij het spinproces loopt vervolgens de 25 gesmolten substantie via een opening op een of twee spinners van snel ronddraaiende wielen. Een spinner slingert de op de draaiende wielen liggende vloeibare massa weg, waarbij draden ontstaan die snel stollen. Dit proces heet spinnen of vervezelen.

De vezels worden in een spinkamer gezogen. Gewoonlijk wordt op dit moment een 30 bindmiddel toegevoegd, bijvoorbeeld door middel van sproeien, terwijl de vezels nog in de lucht zijn. Zoals eerder beschreven is het bindmiddel in huidige productieprocessen nog fenolformaldehyde hars. Echter, volgens de onderhavige uitvinding kan als bindmiddel ook een oplossing van een of meer boorhoudende 1028893 4 verbindingen worden toegepast, bijvoorbeeld ook door middel van sproeien. Voorts vormen de vezels samen het 'primaire vlies'.

Het productieproces wordt bijvoorbeeld vervolgd doordat een pendel het primaire vlies 5 zigzagsgewijs op een haaks eronder lopende transportband legt. Door een ingenieus systeem van transport- en aandrukrollen kan uit verschillende lagen primair vlies een gecomprimeerd wolpakket worden opgebouwd. Een wolpakket, met fenolformaldehyde hars, dat uit de spinkamer komt, gaat bijvoorbeeld in een hardingsoven tussen twee stalen geperforeerde transportbanden door, die het op de juiste dikte persen. 10 Tegelijkertijd wordt hete lucht - bijvoorbeeld lucht met een temperatuur van circa 230 graden Celsius - door het pakket gezogen. Het conventionele bindmiddel, fenolformaldehyde hars, in het pakket hardt hierbij uit en verbindt de steenwolvezels aan elkaar.

15 Bij het toepassen van een boorhoudende verbinding als bindmiddel is een dergelijke hardingsstap onder invloed van temperatuur niet noodzakelijk. Door het wolpakket aan de lucht te laten drogen ontstaat een pakket aan elkaar verbonden vezels. Het kan echter wel voordelig zijn het pakket aan een temperatuurbehandeling te onderwerpen. Hierdoor kan het bindings- of hechtingsproces worden versneld en/of kan in een 20 kortere tijd een droog gebonden steenwolproduct worden verkregen.

Verdere verwerking van het gebonden steenwolproduct kan bijvoorbeeld als volgt geschieden. Als een pakket aan elkaar verbonden vezels de hardingsoven, of wellicht is er beter sprake van een droogoven, heeft verlaten, komt het op een koelbed terecht 25 waar het met lucht of aan de lucht worden afgekoeld. Hierna worden bijvoorbeeld de kantstroken eraf gefreesd, zodat het pakket een vaste breedte krijgt. De afgefreesde steenwolvezels kunnen weer via een blaassysteem terug in de steenwol-hoofdbaan, ter plaatse van de spinner, gebracht worden. Vervolgens kan het product op gewenst lengte, dikte en breedte worden gezaagd en is het klaar voor transport en/of verdere 30 toepassing.

De met een boorhoudende verbinding gebonden steenwolproducten zijn bijvoorbeeld geschikt te gebruiken als thermisch en/of akoestisch isolatiemateriaal als bouwplaten, 1 0 2 8 8 9 3 5 scheidingswandplaten, bouwdekens en spijkerflensdekens en dergelijke. Daarbij vertoont het materiaal gunstige geluidsabsorberende en brandwerende eigenschappen, dit laatste mede door de aanwezigheid van boorhoudende verbindingen. Daarnaast is het materiaal stevig en vormvast, doch licht en veerkrachtig en laat het zich 5 gemakkelijk verwerken middels eenvoudige en betrouwbare montage. Het materiaal is eventueel nog eenvoudig met een isolatiemes op maat te snijden en eventueel te lamineren, bijvoorbeeld eenzijdig met dampwerend aluminium. Ook is het materiaal recyclebaar.

10 De boorhoudende verbinding die volgens de onderhavige uitvinding als bindmiddel wordt toegepast is bij voorkeur een boraat, in het bijzonder een booihoudend mineraal.

Boraat heeft in de context van de onderhavige uitvinding de gebruikelijke betekenis van een zout of ester van boorzuur. Boorzuur is H3BO3. Aangezien boor in de BO3 15 ionische groep driewaardig positief geladen is kunnen de aanwezige zuurstofatomen (deels) bindingen aangaan met booratomen in andere moleculen. Dit levert een aanzienlijke variëteit in boraat mineralen op, waarbij voornamelijk natrium, calcium en/of magnesium boraten worden gevonden, vaak met hydroxiden, vaak ook gehydrateerd en een enkele ook met chloor.

20

Bij voorkeur worden de meest in de natuur voorkomende minerale boraten in de onderhavige uitvinding toegepast. In het bijzonder gaat het daarbij om een keuze uit tincal (borax; Na2B4O7*10H2O), tincalconiet (Na2B407*5H20), kemiet (Na2B407*4H20), ulexiet (NaCaBs09*8H20), howliet (Ca2BsSi09(0H)s) en colemaniet 25 (Ca2B60n*5H20) of een mengsel daarvan. Dit zijn enkele van de meest voorkomende boraat mineralen. Het moge echter duidelijk zijn dat als er andere boraathoudende bronnen voorhanden blijken te zijn deze evenwel geschikt zijn om volgens de onderhavige uitvinding te worden toegepast. Daarnaast kan het voordelig zijn om naast of in plaats van het boorhoudende mineraal boorzuur en/of perboraat in de 30 bindmiddelsamenstelling toe te passen. Dergelijke boorhoudende verbindingen zijn zoals gezegd ruim voorhanden en verhouden zich wat betreft het kostenaspect zeer gunstig ten opzichte van de gebruikelijk toegepaste fenolformaldehyde harsen.

10 2 8 8 9 3 i 6 I Voor een praktische uitvoering van de onderhavige werkwijze is het geschikt de boorhoudende verbindingen in een waterige oplossing toe te passen, hetgeen betekent dat de boorhoudende verbinding hoofdzakelijk in water is opgelost. Eventueel kunnen nog andere, organische, oplosmiddelen aanwezig zijn.

5

In een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt een oplossing, bij voorkeur in water, van een boorhoudende verbinding toegepast welke een gehalte aan boor (B) bevat van 0,1 tot 50 gew.%, of 0,1 tot 40 gew.%, of 0,1 tot 30 gew.%, of 0,1 tot 25 gew.%, of 0,1 tot 20 gew.%, of 0,1 tot 15 gew.%, of 0,1 tot 10 gew.%, of 0,5 tot 10 50 gew.%, of 0,5 tot 40 gew.%, of 0,5 tot 30 gew.%, of 0,5 tot 25 gew.%, of 0,5 tot 20 gew.%, of 0,5 tot 15 gew.%, of 0,5 tot 10 gew.%, of 1 tot 50 gew.%, of 1 tot 40 gew.%, of 1 tot 30 gew.%, of 1 tot 25 gew.%, of 1 tot 20 gew.%, of 1 tot 15 gew.%, of 1 tot 10 gew.%. gebaseerd op het totale gewicht van de oplossing.

15 Daarnaast is het ook mogelijk . om geurstoffen en/of kleurstoffen in de bindmiddelsamenstelling op te nemen teneinde gebonden producten met in de genoemde opzichten gewenste eigenschappen te verkrijgen. Het is voor de deskundige duidelijk welke extra toevoegingen geschikt zijn gelet op de zuurgraad van de toegepaste boraten en/of boorzuur in oplossing.

20

Hierboven is een productieproces beschreven met name gericht op vezels van steenwol.

De onderhavige uitvinding is daartoe echter niet beperkt. Ook andere minerale vezels kunnen met boorhoudende verbindingen worden verbonden. In het bijzonder heeft de uitvinding derhalve betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een 25 gebonden minerale vezelproduct welke de stap omvat van het in contact brengen van minerale vezels of minerale vezelproduct met een waterige oplossing van een boorhoudende verbinding.

j

De voorkeur genietende minerale vezels om volgens de uitvinding onderling te 30 verbinding betreffen kwartsvezels, slakkenvezels, glasvezels of steenwolvezels of mengsels daarvan.

1028893 7

Daarnaast kan de onderhavige uitvinding ook worden toegepast voor het binden van andere materialen dan minerale vezels. Te denken valt aan (silicium bevattende) kunststoffen, composieten en dergelijke.

5 In een voordelige uitvoeringsvorm omvat de werkwijze voorts de stap van het drogen van de met een boorhoudende verbinding in contact gebrachte minerale vezels of minerale vezelproduct. Gelet op energiekosten verhoudt de onderhavige werkwijze zich gunstig met conventionele processen om minerale vezels onderling te verbinden omdat geen uithardingsstap bij verhoogde temperatuur nodig is. De droogstap kan gewoon aan 10 de lucht plaatsvinden. Echter, het is evenzo voordelig dat de onderhavige werkwijze in de reeds bestaande inrichtingen kan worden toegepast omdat de werkwijze zonder problemen de toegepaste conventionele hoge temperaturen kan tolereren, en het hierbij zelfs voordelig kan zijn aangezien zo het droogproces wordt versneld.

15 Het wordt opgemerkt dat de onderhavige werkwijze voor het binden van materiaal op enig moment daarin het behandelen van ongebonden materiaal met een boorhoudende verbinding omvat. De boorhoudende verbinding kan derhalve door middel van sproeien en/of onderdompelen en/of bijvoorbeeld met een kwast of een roller worden aan de vezels worden toegevoegd of worden opgebracht.

20

Aldus worden volgens de onderhavige werkwijze minerale vezelproducten welke minerale vezels en een daarmee in contact zijnde boorhoudende verbinding als hoofdzakelijk bindmiddel bevatten verkregen. In een uitvoeringsvorm kunnen de minerale vezelproducten volgens de uitvinding worden gekarakteriseerd door de 25 aanwezigheid van een gehalte aan boor (B) van 0,1 tot 50 gew.%, of 0,1 tot 40 gew.%, of 0,1 tot 30 gew.%, of 0,1 tot 25 gew.%, of 0,1 tot 20 gew.%, of 0,1 tot 15 gew.%, of 0,1 tot 10 gew.%, of 0,5 tot 50 gew.%, of 0,5 tot 40 gew.%, of 0,5 tot 30 gew.%, of 0,5 tot 25 gew.%, of 0,5 tot 20 gew.%, of 0,5 tot 15 gew.%, of 0,5 tot 10 gew.%, of 1 tot 50 gew.%, of 1 tot 40 gew.%, of 1 tot 30 gew.%, of 1 tot 25 gew.%, of 1 tot 20 gew.%, of 30 1 tot 15 gew.%, of 1 tot 10 gew.%. in het minerale vezelproduct, gebaseerd op het totale gewicht van het minerale vezelproduct.

10 2 § 8 93 g

Aan de hand van het onderstaande voorbeeld wordt de onderhavige uitvinding in zijn eenvoudigste vorm toegelicht. Het is duidelijk dat variaties op deze werkwijze binnen het bereik van de deskundige liggen, zonder dat hiervoor inventieve arbeid hoeft te worden verricht.

5

VOORBEELD

Ongeveer 1 kg borax (Na2B4O7*10H2O) en ongeveer 1 kg boorzuur werd opgelost in ongeveer 6 liter kokend water. Met de verkregen oplossing werd een laag steenwolvezels bevochtigd door middel van sproeien. Op de bevochtigde laag 10 steenwolvezels werd een volgende laag steenwolvezels aangebracht en opnieuw bevochtigd met de verkregen oplossing door middel van sproeien. Dit proces werd laag voor laag herhaald tot een totale dikte van ongeveer 5 cm was verkregen. Na drogen resteerde een hechtend pak steenwolvezels dat hittebestendig was en verder verwerkbaar tot steenwolplaten van gewenste aftnetingen.

15 1028 89 3 i

Claims (12)

1. Werkwijze voor het binden van materiaal gekenmerkt doordat een effectieve hoeveelheid van een boorhoudende verbinding als bindmiddel wordt toegepast. 5

2. Werkwijze volgens conclusie 1 waarbij de boorhoudende verbinding een boraat is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2 waarbij de boorhoudende verbinding een 10 boorhoudend mineraal is.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies waarbij de boorhoudende verbinding als een waterige oplossing daarvan wordt toegepast

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies waarbij de boorhoudende verbinding wordt gekozen uit tincal (borax), tincalconiet, kemiet, ulexiet, howliet en colemaniet.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies waarbij voorts als 20 bindmiddel perboraat en/of boorzuur wordt toegepast.

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies waarbij een oplossing van een boorhoudende verbinding wordt toegepast welke een gehalte aan boor (B) bevat van 0,1 tot 50 gew.%, gebaseerd op het totale gewicht van de oplossing. 25

8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies het materiaal wordt gekozen uit kwartsvezels, slakkenvezels, glasvezels of steenwolvezels of mengsels daarvan.

9. Werkwijze voor het vervaardigen van een gebonden minerale vezel product volgens een van de voorgaande conclusies, welke de stap omvat van het in contact brengen van minerale vezels of minerale vezelproduct met een waterige oplossing van een boorhoudende verbinding. <02889 3

10. Werkwijze volgens de voorgaande conclusie welke voorts de stap van het drogen van de met een boorhoudende verbinding in contact gebrachte minerale vezels of minerale vezelproduct omvat. 5

11. Minerale vezelproduct welke minerale vezels en een daarmee in contact zijnde boorhoudende verbinding als hoofdzakelijk bindmiddel bevat.

12. Minerale vezelproduct volgens conclusie 11 welke een gehalte aan boor van 0,1 10 tot 50gew.% bevat, gebaseerd op het totale gewicht van het minerale vezelproduct. 1 02 889 3