NO116889B - - Google Patents

Description

Mineralfiberprodukt.

Foreliggende oppfinnelse vedrører et mineralfiberprodukt. Mere spesielt vedrører det fremstilling av en mineralfiberplate av den isolerende type, som f. eks. en akustisk eller lydisolerende plate eller en varmeisolerende plate. Produktet kan imid-lertid anvendes til mange andre øyemed.

Isoleringsprodukter fremstilles nu ofte

i plateform fra vegetabilske fibre, særlig trefibre og bagassefibre. De såkalte mine-ralullprodukter eller glassull er også blitt anvendt, innbefattet ullprodukter fremstillet av ovnsslagg fra kalksten og glass. Tendensen nu for tiden, særlig i større byer og kommuner, er at der kreves at de forskjellige materialer, som skal brukes til bygningsøyemed i områder, hvor der fore-ligger en potensiell brannfare, i alt vesentlig skal være ildsikre. Dette har medført at anvendelsen av de vegetabilske fiberholdige isoleringsmaterialer er bortfalt, og har begrenset anvendelsen av mineral-ener glassullplater til slike øyemed, hvor der kreves i alt vesentlig fullstendig brann-sikkerhet. For å oppnå den krevete ildsikkerhet, har det vært nødvendig å gi avkall på andre ønskelige fysikalske egenskaper av produktene, som f. eks. isolerings-verdi, en lett vekt, hensiktsmessig fabrika-sjon og lave omkostninger.

Et formål for foreliggende oppfinnelse

er derfor å tilveiebringe et ild-motstandsdyktig mineralfiberprodukt, som er i besiddelse av god varme- og lydisolerings-verdi eller begge deler, og som har en rimelig lav egenvekt og andre av de oven-nevnte ønskete fysiske egenskaper.

Et av hovedproblemene ved fremstil-

ling av en mineralfiberisoleringsplate er å tilveiebringe en tilfredsstillende styrke i det ferdige produkt, slik at fabrikasjonen og håndteringen kan utføres uten alt for stor brekasje. De vanlige ildsikre bindemidler, som hydraulisk sement og gips tilveiebringer en hensiktsmessig ild-motstandsevne, men medfører dog dannelsen av et produkt som har mindre enn den ønskete isolerings-verdi. Dessuten er slike produkter vanskelig å fremstille, f. eks. ved fremstilling av gjennomhullete akustiske enheter, hvor der fremstilles mange hundre utborete åp-ninger pr. hver kvadratfot (9,3 dm<2>) av materialet, og hvor ofte kantene av en-hetene er avskrånet og undertiden slisset for å oppta mekaniske feste-elementer. Slike produkter er også meget tunge, og da transportomkostningene er blitt en vesentlig faktor når produkter av denne art føres på markedet, er ikke anvendelse av disse vanlige ildsikre anorganiske bindemidler økonomisk mulig.

Det er blitt foreslått å anvende avis-papirmasse, brukt kraftpapir, og andre lignende fiberholdige materialer, enten alene eller i kombinasjon med harpikser og andre materialer som bindemidler ved fremstillingen av ildforsinkende isoleringsprodukter. Alle disse bindemidler medfører at når de anvendes i passende mengder for å tilveiebringe den ønskete styrke, så fåes der produkter som er mangelfulle med hensyn til ild-motstandsevnen.

Et annet formål for oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe et ild-motstandsdyktig mineralfiberprodukt ved å anvende et spesielt organisk og brennbart bindemiddel, som er i besiddelse av gode fysikalske egenskaper, og som gir den ferdige artikkel en høy strukturell styrke uten at det gis noe vesentlig avkall på ildsikkerheten.

Vi har funnet at kraftmasse, hvis den fremstilles og behandles på en slik måte at den har et lavt lignininnhold med et permanganattall under 24 og fortrinnsvis under 16, tilveiebringer et utmerket bindemiddel som også medvirker til dispersjon av mineralfibrene.

Det skal anvendes en frisk kraftmasse (virgin kraft pulp) d.v.s. kraftmasse som ikke har vært brukt til fremstilling av papir. Videre er det et viktig trekk at kraftmassen er hydratisert til en middels freeness av 10 eller mindre etter kanadisk standard. Ved den kanadiske standard gås der ved forsøket for å fastslå den såkalte «freeness» ut fra en 3-grams freeness.

Ved å kombinere et bindemiddel, som inneholder en slik spesiell kraftmasse med kunstig formete mineralfibre, som f. eks. glass-ullfibre, mineralullfibre eller blan-dinger av disse fibre, kan der fremstilles et strukturelt sterkt og ildmotstandsdyktig produkt, som lett kan fabrikeres på vanlig fiberplatemaskiner.

Det har også vist seg at der oppnås forbedrete resultater i ild-motstandsevnen av mineralfiberprodukter, som er sammenbundet med brennbare organiske bindemidler, hvis der i blandingen er innført bentonitt, for dette gir produktet en glasert stiv overflate, når det utsettes for en flamme og opphetning til en temperatur over bløtgjørelsespunktet for mineralfibrene, særlig glassfibre.

Et ytterligere formål for oppfinnelsen er derfor å forbedre de ild-motstandsdyk-tige egenskaper av mineralfiberprodukter, som er sammenbundet med brennbare organiske bindemidler ved at der i blandingen er innført bentonitt.

Andre formål for oppfinnelsen vil fremgå klarere ved hjelp av den følgende detaljering av oppfinnelsen.

Kraftmassen, som anvendes ved oppfinnelsen kan fremstilles fra hårde tre-sorter fra nordlige trakter og bløte tre-sorter fra sydlige trakter, som f. eks. nåle-trær, og massen kan fremstilles ved hjelp av den vanlige sulfatkokeprosess under anvendelse av enten en såkalt «mild kokning» eller en «sterk kokning». Massen kan være bleket eller ubleket, alt etter det som det ferdige produkt skal brukes til. Når der ønskes et ferdig produkt som i alt vesentlig er hvitt, og som ikke skal forsynes med maling, er det naturligvis å foretrekke å anvende blekete fibre. Vanlig kraftmasse, som i almindelighet fremstilles for fremstilling av kraftinnpakningspapir vil imid-lertid ikke gi det ønskete resultat av de årsaker som vil fremgå av det følgende.

Som nevnt ovenfor er det blitt fast-slått at lignin-innholdet i kraftmassen,

målt ved dets permanganat-tall har en meget vesentlig virkning på styrken av

det ferdige mineralfiberprodukt. Med en

kraftmasse, som har et permanganat-tall av 29.6, f. eks., (vanlig kraftmasse for fremstilling av innpakningspapir) oppviste en prøveplate, som inneholdt 72 % glassull-fibre, 16 % kraftmasse og 12 % fyllstoffer,

en bruddstyrke eller bruddmodul (modulus of rupture) av 14.1 kg pr. cm<2>, mens en på identisk måte fremstillet prøveplate av den samme sammensetning, men med kraftmasse med et permanganat-tall av 5.3 oppviste en bruddstyrke av 33 kg pr. cm<2>. Dette

betyr at for produkter, som krever en høy strukturell styrke kreves der mindre av kraftmassen med lavt permanganat-tall for å få den ønskete styrke, og da dette materiale er brennbart, kan den mengde som anvendes, holdes ved en lav verdi, når der skal fremstilles et

ikke brennbart produkt. Fortrinnsvis anvendes en kraftmasse med et permanganat-tall av 16 eller mindre, skjønt for enkelte

øyemed kan man anvende en masse med

et permanganat-tall så høyt som 24. Opti-male resultater synes å oppnåes når permanganat-tallet er omkring 5. Permanganat-tallet av kraftmassen kan bestem-mes i overensstemmelse med den fremgangsmåte som er angitt i United States

Department of Agriculture, Forest Service,

Forest Proucts Laboratory, Bulletin No.

R19, med titel «Methods for the Chemical

Analysis of Pulps and Pulpwoods», revidert i september 1939.

Sammenbindingsevnen av anvendt kraftpapir er endog mindre enn den for

den rå kraftmasse som anvendes ved fremstillingen, og dette skyldes, antas det, lim-ingen og tørkingen av fibrene under fremstillingen av papiret. I ethvert tilfelle kan slike fibre ikke med godt resultat anvendes istedenfor den nevnte nye eller friske kraftmasse, selvom den opprinnelige kraftmasse kan ha hatt et lavt permanganat-tall. For å adskille slike materialer, som tidligere er blitt anvendt ved fremstilling av mineralfiberprodukter fra de produkter som anvendes ved foreliggende oppfinnelse, skal den foreliggende masse her betegnes som en ny eller frisk (virgin) kraftmasse.

Som tidligere nevnt har det vist seg at hydratiseringsgraden av den nye friske kraftmasse, målt ved dens Canadian 3-gram freeness, i tydelig grad påvirker verdien av dette materiale som en bindemiddelkomponent i et mineralfiberprodukt. Prøver har vist at ettersom den kanadiske 3-gram freeness av kraftmassen nedsettes, så øker bruddstyrke og strekkstyrken av mineralfiberproduktet. Etter at den kanadiske 3-gram freeness er blitt redusert til en verdi av størrelsen 10, øker det ferdige produkts strukturelle styrke omvendt pro-porsjonalt med synkningen i freeness, og der oppnåes eksepsjonelt sterke mineralfiberprodukter, hvor den kanadiske 3-gram freeness er 5 eller mindre. Den fortrinnsvis anvendte praksis er å redusere freeness til omtrentlig 0, og det er ingen fordel ved å redusere freeness til endog under en slik faktor, skjønt der er ingen kjent standard-fremgangsmåte for å fastslå en freeness som er lavere enn 0.

Kraftmassen, som har det ønskete lave permanganat-tall, kan hydratiseres til den ønskete grad ved anvendelse av vanlig maskineri, som f. eks. en Jordan-mølle. Maskinen kan reguleres og drives slik at kraftmassen, som produseres vil bli hydratisert på en passende måte, og dette kan fastslåes ved den vanlige Canadian freeness-prøve-metode under anvendelse av en 3-grams prøve. Denne prøve er almindelig brukt i papirindustrien og er beskrevet i TAPPI Standard Specification T 227-m50, korrigert i oktober 1950. Når kraftmassen skal leveres til mineralfiberproduktfabrik-ken eller en produsent av slike kraft-materialer, skal det maksimale middels permanganat-tall av massen angis, og massen kan leveres som våte flak, som lufttørre plater eller i andre former. De våte flak eller lufttørre plater dispergeres fortrinnsvis i varmt vann av ca. 38° C, så-ledes at der fåes en konsistens av ca. 5 %. Dette slam kan mates direkte til Jordan-møllen for å hydratiseres. Etter hydrati-sering til en kanadisk 3-gram freeness av 10 eller mindre, er kraftmassen ferdig til bruk. Det kan betegnes som en frisk kraftmasse med et middels permanganat-tall av 24 eller mindre, og hydratiseres til en middels kanadisk 3-gram freeness av 10 eller mindre.

Kraftmassen kan være den eneste bindemiddelkomponent for mineralfiber-platen. Når omkostningene er en faktor av betydning, kan andre materialer delvis erstatte kraftmassen. Mel kan med godt resultat anvendes som en bindemiddel-bestanddel sammen med kraftmassen, som f. eks. ubleket hvetemel, som er kjent som «Pillsbury Amazon Second Clear», som har

et rått protein-innhold av ikke mindre enn 14 %, rått fettinnhold av ikke mindre enn

2.5 %, et rått fiberinnhold av ikke mere enn 1.5 % og et kvelstoffritt ekstrakt av ikke mindre enn 67 %. Tapioka-stivelse, potetstivelse og lignende kan også anvendes som et partielt bindemiddel. Bindemidler av harpikstypen, som f. eks. fenol-formaldehyd-harpiksdispersjoner kan delvis tilsettes kraftmassen, enten alene eller sammen med et eller flere av de andre nevnte bindemidler.

Når det ferdige produkt skal ha et «strøket» finish-belegg er det å foretrekke å anvende noe mel eller en annen stivelse sammen med kraftmassen, for stryknings-egenskapene forbedres ved tilstedeværelsen av stivelse. For andre øyemed kan andre modningsmidler innføres på den i teknik-ken vanligvis kjente måte.

For oppnåelse av de beste resultater skal i det minste ca. seks deler av kraftmassen være tilstede for hver hundre deler av totale faste komponenter i produktet, og i almindelighet vil der ikke kreves mere enn 16 deler av kraftmassen for å fremstille et produkt av den ønkete styrke med den nødvendige ildsikkerhet. Ytterligere mengder av kraftmassen og andre organiske bindemidler kan anvendes, men i så fall gir man avkall på noe av ildsikkerheten. Mengden av tilsatte bindemiddelbestanddeler vil bero på mengden av den spesielle tilblandete nyfremstillete kraftmasse, det middels permanganat-tall for massen og hydratiseringsgraden, såvel som de ønskete fysikalske egenskaper som det ferdige produkt skal ha. De tilsatte bindemiddelbestanddeler kan overstige kraftmassen i vekt, og i almindelighet under nedsettelse av styrken eller andre fysio-logiske egenskaper, men dog ofte under oppnåelse av en reduksjon av omkostningene. Gode resultater oppnåes med omtrent like deler av kraftmassen og de tilsatte bindemiddelbestanddeler, som f. eks. mel. Dette skal klargjøres i de spesielle eksempler som skal anføres i det følgende.

Med hensyn til anvendelsen av bentonitt, er det å foretrekke å innføre dette materiale i produktet, særlig når produktet skal tilfredsstille visse krav til ildsikkerhet, som f. eks. Federal Specification SS-A-118a. Som bemerket ovenfor antas det at bentonitt smelter med eller i det minste mekanisk forsterker mineralfibrene ved påvirkning av en flamme og opphetning av overflaten til et punkt over mine-ralfibrenes mykningspunkt. Dette er særlig merkbart når der anvendes glassfibre, og det tjener til å gjøre det område, som utsettes for en flamme stivt og fast, og hindrer at materialet faller sammen, hvil-ket vil utsette andre deler av bygningen for ilden. Når der anvendes bentonitt, og produktet fremstilles med vanlig fiber-flatefremstillingsutstyr, som f. eks. en Fourdrinier-maskin, antas det at endel av betonitten vandrer til overflaten av det ferdige produkt under platefremstillingen, og med den frilagte overflate av platen som er rik på bentonitt, vil der dannes en hård, glasert overflate, når produktet utsettes for en direkte flamme. Mengden av bentonitt, som innføres, vil variere alt etter det øyemed som det ferdige produkt skal brukes til, og også alt etter den fremgangsmåte som anvendes ved fremstillingen av produktet. Når der anvendes en Fourdrinier-maskin, som arbeider med relativt fortynnet slam av de platedannende komponenter, er ca. 5.4 kg av bentonitt i en total-charge med en tørrvekt av 45.4 kg omtrent det maksimum som kan anvendes, hvis der skal oppnåes en hurtig platedannelse. Dette skyldes det faktum at bentonitt sveller opp meget sterkt ved opp-sugning av fuktighet, og dette reduserer dreneringshastigheten og medfører at vannfjernelsen blir vanskelig ved høy fremstillingshastighet. Som nevnt ovenfor er anvendelsen av bentonitt ikke vesentlig for fremstilling av produktet ifølge oppfinnelsen, men det er en viktig faktor for å få et ildsikkert produkt, som vil tilfredsstille de gjeldende Federal Specifications for et ikke brennbart perforert lydisolerende materiale.

Det er også å foretrekke å innføre i produktet fyllstoffmaterialer, som f. eks. findelt diatomé-jord. Istedenfor diatomé-jord kan der anvendes aluminiumsilikat-pigment, findelt kalksten, utfelt kalsium-karbonat, gips og andre lignende fyllstoffmaterialer eller kombinasjoner av disse. Diatomé-jorden gir overflaten av det ferdige produkt en struktur som er glatt og bløt i motsetning til den vanlige hårde struktur av f. eks. en glassfiberplate. Mengden av fyllstoff som anvendes, vil bero på mange faktorer, innbefattet typen av det ferdige produkt, som skal fremstilles og dets bruksøyemed, fremstillingsutstyret som anvendes og lignende. De mengder som skal tilsettes, er generelt innenfor om-rådet 0 til 30 deler for hver 100 deler av den totale tørre blanding. Når produktet skal anvendes for akustisk øyemed, vil ca.

20 % fyllstoff være rimelig å anvende som

en maksimal mengde. Når vekten er et problem, velges ikke findelt kalksten, for dette er et tungt, tett materiale, og vil meget merkbart øke vekten av det ferdige produkt. For de fleste øyemed foretrekkes det å anvende diatomé-jord, særlig når produktet skal formes på vanlige papir-fremstillingsmaskiner, som f. eks. en Fourdrinier-maskin. Produktet er porøst og bløtt, og har en tendens til å øke dreneringshastigheten av massen., slik at en hurtig platedannelse lettes. Dette er særlig fordelaktig når bentonitt anvendes i blandingen.

Fortrinnsvis tilsettes et lim-materiale til produktet for å gjøre det motstandsdyktig likeoverfor absorbsjon av fuktighet. Når der anvendes glassfibre, er det å foretrekke å anvende et vanlig harpikslim utfelt med alun. Når der anvendes slagg eller kalkstensmineralull eller når der anvendes en blanding av glassull og mineralull, er det å foretrekke å innføre et vokslim. Andre vanlige lim-materialer som f. eks. såkalte «alkaliske limsorter» kan anvendes.

For at oppfinnelsen lett kan utføres i praksis, skal anføres de følgende eksempler, som viser forskjellige sammensetninger:

Bemerkning: Alle deler er etter vekt på basis av tørre laste stoffer. Kraftmassen i hvert av eksemplene var bleket, bløt tre-kraftmasse, som. hadde et permanganat-tall av 16 eller mindre og var hydratisert til en kanadisk 3-grams freeness av 10 eller mindre.

De fysikalske egenskaper av de foran-stående eksempler fremgår av følgende tabell:

Fysikalke egenskaper.

Det vil sees fra tabellen ovenfor at meget høye bruddmoduler og strekkstyrker oppnåes selv med produkter av rimelig lav egenvekt. Produktet ifølge eksempel V, som kan fremstilles til en gjennomhullet akustisk veggflis, har f. eks. en egenvekt av mindre enn 0.336 kg. pr. liter, men en bruddmodul av 23.9 kg. pr. cm-.

Det materiale som fremstilles ifølge eksempel V har vist seg å tilfredstille kra-vene i Federal Specification SSkA-118a, datert 12. februar 1948, punkt E-3-a, for et ikke brennbart akustisk materiale, når dette prøves i overensstemmelse med prøve-metoden F-3-c. En offisiell brannprøve med dette materiale er blitt utført av River-bank Laboratories of the Armour Research Foundation, Geneva, Illinois.

Hvor det er av viktighet å fremstille et ikke brennbart materiale, som på enkelte områder, hvor materialer skal an-bringes som kan klassifiseres som ildforsinkende, kan der anvendes større mengder av bindemiddeldelene som nyfremstillet kraftmasse og mel, og der fåes produkter av større strukturell styrke, skjønt for de fleste byggematerial-øyemed, hvor der kreves isolering, vil et produkt med en bruddmodul av over 17.5 kg. pr. cm<2> være tilfredsstillende, og alle materialene i de ovenfor anførte eksempler er av en slik klasse.

Ved fremstillingen av materiale i hen-hold til den foretrukne fremgangsmåte

ifølge oppfinnelsen under anvendelse av en sammensetning av eksempel V som typisk, tilføres den ønskete mengde vann, fortrinnsvis opphetet til ca. 38° C til et blandekar, og til dette tilsettes den hydra-tiserte friske kraftmasse i slamform fra Jordan-møllen. Ved tilsetning av kraft-massebestanddelene til vannet før tilsetningen av glassfibrene eller andre mineral-fiberkomponenter forenkles fordelingen eller dispersjonen av en slik komponent i slammet. Det er å foretrekke at vannet er på den sure side med en pH av 4—5, og der kan tilsettes alun til vannet for å regu-lere pH til en slik verdi. Når det hvite vann fra platefremstillingsprosessen resirkuleres fra formningsmaskinen til blandingskaret, vil det naturligvis oppvise en pH innenfor denne grense eller meget nær den.

Glassfibrene kan være Owens-Corning Fiberglass Corporation's T.W.F. grad av glassull med en middels fiberdiameter av 0.012 mm til 0.15 mm og med en overveiende mengde av fibre lenger enn 1.2 cm og opp til 5 cm eller en betydelig større lengde. Glassfibrene skal innføres i slammet på en omhyggelig måte for å undgå en for sterk oppbrytning av fibrene, men tilstedeværelsen av enkelte fine, korte fibre i massen er ønskelig. Etter at mineralfiberkompo-nenten er blitt innført i slammet, kan de andre bestanddeler tilsettes, innbefattet bentonitten, diatomé-jord og mel. Den fortrinnsvis anvendte prosess er å fremstille et slam av bentonitt og diatomé-jord eller andre fyllstoffkomponenter. Dette kan oppnåes ved å irøre disse bestanddeler i koldt vann og tilsette betonitten langsomt for å få en god dispersjon. Der kan fremstilles en 378 liters dispersjon ved å tilsette 22.7 kg. bentonittog 22.7 kg.diatomé-jord til 3511iter vann ved 21° C. Melslammet kan fremstilles på en lignende måte, og en tilfredsstillende avmåling er ca. 0.9 kg. mel til 3.78 liter av slammet. Etter at der er oppnådd en jevn dispersjon av disse forskjellige komponenter med kraftmassen og mineralfibrene, avmåles harpikset eller vokslim-materialet og alunutfelningsmidlet i blandingskaret. Vanlig praksis kan anvendes ved fremstillingen og tilsetningen av lim-bestanddelene. Det ferdige slam, som dannes på denne måte, vil ha en pH av ca. 4.7—4.8, og kan reguleres ved tilsetning av vann til en konsistens av ca. 2.5 %. Det tilføres derpå til maskinkassen for platefremstillingen.

Der kan fremstilles et tilfredsstillende produkt ved å anvende en vanlig fiberplate Fourdrinier-maskin, men andre maskin-typer kan anvendes, innbefattet en våt-formningsenhet, slik som beskrevet i U.S.

patent nr. 2.481.486.

Det er viktig, i tilfelle der i binde-midlet anvendes mel eller annen stivelse

å holde produktet ved en temperatur av

ca. 76° C og under relativt høyt fuktighets-forhold for først å gelatinere stivelsen.

Etter at gelatineringen er bevirket, kan

platen tørkes omtrent på samme måte som

andre fiberholdige isoleringsmaterialer.

Den fortrinnsvis anvendte prosess er å

undgå opphetning av selve produktet til

en temperatur over ca. 104° C for der vil

da bli et styrketap, hvis temperaturer over

denne verdi overskrides sterkt. Det er et

meget kjent faktum naturligvis at opp-hetningsovnen vil anta en temperatur, som

er langt høyere enn denne verdi. Det ve-sentlige poeng er at der skal undgåes høy-ere temperatur i selve platen.

Uttrykket «kunstig fremstillete mineralfibre», som her er anvendt, skal tjene

til å omfatte fibre av glassull, slaggull,

kalkstensull og lignende, såvel som blan-dinger herav, og omfatter ikke naturlige

mineralfibre, som asbest-fibre, som ikke

tilveiebringer tilfredsstillende resultater,

når de kombineres med de andre bestanddeler i overensstemmelse med oppfinnelsen.

Claims (5)

1. Ild-motstandsdyktig mineralfiberprodukt inneholdende en hoved-vekt-

mengde av kunstig fremstilte mineralfibre og som bindemiddel for denne kraftmasse, karakterisert ved at kraftmassen er frisk kraftmasse med et middels permanganat-tall av 24 eller mindre.

2. Produkt som angitt i påstand 1, karakterisert ved at kraftmassen er hydratisert til en middels freeness av under 10, fortrinnsvis under 5, særlig omtrent 0 efter kanadisk standard.

3. Produkt som angitt i påstand 1 eller 2, karakterisert ved at kraftmassen har et middels permanganat-tall under 16.

4. Produkt som angitt i en av de fore-gående påstander, karakterisert ved at kraftmassen er tilsatt et mineralsk fyllstoff som inneholder bentonitt, fortrinnsvis 10—13 kg bentonitt i en total-charge av bestanddeler som har en tørrvekt av 100 kg.

5. Produkt som angitt i en av de fore-gående påstander, karakterisert ved at kraftmassen utgjør fra 6 til 16 % beregnet på total tørrstoffbasis.