NO176045B

NO176045B - Fremgangsmåte for fremstilling av en vandig emulsjon, den fremstilte emulsjon samt dens anvendelse

Info

Publication number: NO176045B
Application number: NO872018A
Authority: NO
Inventors: Hartmut Tiesler; Joseph Schirmeisen
Original assignee: Saint Gobain Isover
Priority date: 1986-05-15
Filing date: 1987-05-14
Publication date: 1994-10-17
Also published as: DE3616454A1; DE3785604T3; CN1011031B; DE3785604D1; DE3616454C3; NO872018D0; FI872127A; PT84877B; ATE88686T1; DE3785604T2; BR8702448A; NO872018L; FI91040C; PT84877A; US4957559A; CA1312256C; JP2641860B2; ES2043676T5; NO176045C; FI872127A0

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av en vandig emulsjon av et additiv som er uopp-løselig i vann, for isolasjonsprodukter av syntetiske mineralf ibre.

Oppfinnelsen angår også en vandig emulsjon for isolasjonsprodukter av syntetiske mineralfibre av et i vann uoppløselig additiv som er et antistøvende og/eller hydrofobt middel.

Oppfinnelsen angår også anvendelsen av denne vandige emulsjon.

For å forbedre behandlingsegenskapene blir isolasjonsmaterialer som består av syntetiske mineralfibre impregnert med additiver som for eksempel støvbindere, vannavstøtende midler, utjevnings- og smøremidler såvel som andre additiver. Videre blir syntetiske plaster i form av termoherdbare duromerer som for eksempel fenolformaldehyd harpiks, tilsatt for å gi mineralfibrene en viss formstabilitet i det bundne materiale.

For å oppnå en jevn fordeling av disse additiver i mineralfibrene som ytterligere behandles i form av et fiberbånd, er det nødvendig at additivene innarbeides på et trinn i fremstillingsprosessen der fibrene fremdeles kan impregneres som individuelle fibre, med andre ord før den filtede fiberbane er dannet. Dette trinn i fremstillingsprosessen ligger i umiddelbar nærhet av disaggregeringsenheten der, på grunn av nærheten av smeltet glass foreligger høy temperatur, intensiv strålingsvarme og latent brannrisiko.

Derfor må additivene oppfylle et antall betingelser:

de må ha lav inherent flyktighet;

det må være mulig å fortynne dem med vann;

det må være mulig å bearbeide dem ved besprøytning, og de må ikke brenne ved behandling.

I den kjente teknikk oppfylles disse betingelser ved vandige emulsjoner eller dispersjoner av additiver som har den nødvendige stabilitet og som kan fortynnes til den ønskede lave arbeidskonsentrasjon ved tilsetning av vann. Isolasjonsmaterialer bestående av mineralfibre og impregnert med disse additiver er imidlertid kun leilighetsvis egnet for praktisk bruk.

Fremstillingen av en vandig emulsjon av mineraloljer som kan benyttes som et støvbindingsmiddel, silikoner som kan benyttes som vannavstøtende middel og tilsvarende vannuopp-løselige stoffer er mulig kun ved bruk av emulgeringsmidler. Emulgeringsmidler er overflateaktive stoffer med god oppløse-lighet både i vandig og ikke-vandig fase. Med slike mineralolje-emulsjoner som beskrives i isolasjonsindustrien som "oljende stoffer", oppnås fremragende verdier for støvbind-ing.

Virkningen kan skyldes to grunner:

1. Den oljende substans bestående av mineralolje virker som smøremiddel under de relative bevegelser av de kompakt-erende fibre. Således reduseres glassfriksjonen og dette reduserer også risikoen for sprekking og knusing av glass (glassfibre). 2. Hvis det på tross av alle disse forholdsregler dannes støv som forblir vedheftet til intakte fibre og ikke kan kastes av til den omgivende luft, er denne virkning en konsekvens av de viskøse mineraloljers klebrighet. Derfor er impregnering med støvbindere en vesentlig betingelse for salgbarheten av et isolasjonsmateriale som består av syntetiske mineralfibre.

Det er imidlertid påvist at isolasjonsmaterialer som er impregnert med støvbindere lett absorberer vann. Hvis for eksempel en isolasjonsmatte som er impregnert med støvbindere anbringes på vann, sveller den hurtig opp og synker. Vann som for eksempel regnvann som spres på en slik matte, absorberes og gjennomfukter matten. Dette representerer en betydelig mangel på grunn av at isolasjonsmaterialer bestående av mineralfibre som er fuktet ved bruk, for eksempel på grunn av regn, må tørkes til betydelige om-kostninger og det er en latent risiko for korrosjon fra isolasjonsmaterialer som ikke er skikkelig tørket. Videre kan mange emulgerende mineraloljer eller andre vannopp-løselige additiver vaskes ut på grunn av virkning av vedheftende emulgeringsmiddel.

Sogar silikoner som kan benyttes som additiver for vannav-støtnings-sluttbehandling av isolerende materialer bestående av mineralfibre, kan som en regel kun behandles til å gi stabile vandige emulsjoner ved tilsetning av oppløsnings-midler og hvis de har meget høye andeler emulgeringsmiddel. Derfor blir den hydrofobe virkning av silikonet ofte svekket og enkelte ganger sogar opphevet helt ved den hydrofile påvirkning av emulgeringsmidlet slik at tilsetningen av silikon blir nyttesløs. Kun med et spesielt teknisk oppbud kan emulgeringsmidlet, når emulsjonen er påført på mineralfibrene, endres slik at den mister sin emulgerende virkning.

Innenfor den kjente teknikk er det derfor gjort tallrike forsøk på å unngå eller å snu de ovenfor nevnte mangler ved behandling av emulgeringsmiddelholdige emulsjoner for å tilveiebringe additiver for bruk med mineralfiberholdige isolasjonsmaterialer. I et forsøk på å redusere mengden av tilsatt emulgeringsmiddel ble imidlertid emulsjonen så ustabil at det tilsiktede mål, nemlig en vannavstøtende finish, ikke kunne oppnås.

Videre inkluderer den kjente teknikk bruken av alkali- eller ammoniumsåper med fett- eller harpikssyrer som emulgeringsmidler. Slike stoffer kan benyttes som effektive emulgeringsmidler for sterkt viskøse mineraloljer selv om den benyttde mengde kun er 5% av mineraloljen. Den emulgerende virkning til såpene kan gjøres ineffektiv ved kjemisk utfelling med kalkmelk, for eksempel ved samtidig sprøyting av såpeholdig emulsjon og saltmelk. Ammoniumsåper kan også ødelegges ved termiske avspalting når det impregnerte produktet passerer gjennom en kontinuerlig tørker. Det er klart at den ytterligere sprøyting av kalkmelk eller det ytterligere prosedyre-trinn med oppvarming i en kontinuerlig tørker, representerer en ufordelaktig teknikk og en økonomisk komplikasjon.

Videre finner man i den kjente teknikk en prosess der den sterkt viskøse mineralolje som benyttes som et additiv for å isolere stoffer som består av syntetiske mineralfibre, fortynnes på en slik måte ved tilsetning av et organisk oppløsningsmiddel at viskositeten blir tilsvarende den til vann. I denne form blir mineraloljeoppløsningen bearbeidet til syntetisk harpiksoppløsning ved hjelp av statiske blandere og sprøytes samtidig ut. Denne metode krever en høy andel oppløsningsmiddel, opptil 25 til 4056 i forhold til mineraloljen som benyttes som støvbinder, og øker hydro-karbonemisjonen i anlegget til to til tre ganger det opprinnelige nivå.

Forliggende oppfinnelse er derfor basert på problemet med lett og effektivt og så langt mulig permanent å impregnere isolasjonsmaterialer som består av kunstige mineralfibre, med additiver som støvbindere, vannavstøtende sluttbehandlingsmidler, utjevnings- og smøremidler. Videre bør de syntetiske mineralfiberisolasjonsmaterialer som er impregnert på denne måte absorbere så lite vann som mulig.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at man ved hjelp av en høyytelsesdispergeringsapparatur dispergerer det i vann uoppløselige additiv i form av et antistøvende og/eller hydrofobt middel i en vandig oppløsning av celluloseeter der vekt-mengden av celluloseeteren er 0,1 til 2,5 % i forhold til vekten av det i vann uoppløselige additiv hvorved den vandige emulsjon i det vesentlige er fri for andre emul-ger ingsmidler og/eller overflateaktive midler.

Som nevnt angår oppfinnelsen også en vandig emulsjon av den innledningsvis nevnte art og denne emulsjon karakteriseres ved at den er oppnådd ved dispergering av det uoppløselige additiv ved hjelp av en høyytelsesdispergeringsapparatur i den vandige oppløsning av en celluloseeter og i det vesentlige er fri for ethvert annet emulgeringsmiddel og/eller overflateaktivt middel, hvorved vektmengden cellulloseeter er 0,1 til 2,5 % og fortrinnsvis 0,2 til 1,0 %, beregnet på vekten av i vann uoppløselige additiv.

Til slutt angår oppfinnelsen anvendelsen av den ovenfor beskrevne vandige emulsjon for impregnering eller belegning av syntetiske mineralfibre for isolasjonsprodukter.

I henhold til oppfinnelsens fremgangsmåte kan vannuoppløse-lige additiver som for eksempel meget viskøse mineraloljer, uten bruk av emulgeringsmiddel eller andre overflateaktive midler, dannes i en viskøs oppløsning av vannoppløselige celluloseeter og, mens man benytter dispergeringsenheter med høy effektivitet, i vann danner fint dispergerte emulsjoner som er tilstrekkelig motstandsdyktig til å kunne behandles under fremstillingsbetingelser. Disse emulsjoner kan fortynnes med konvensjonelle omrøringsmidler (anker-, blad-eller stolpeblandere) til påføringskonsentrasjoner med 1% eller mindre aktiv hovedbestanddel, og er blandbare med konvensjonelle syntetiske harpiksbindemidler og gir en tilstrekkelig motstandsevne. Celluloseetrene er alkyl-, aralkyl-, hydroksyalkyl- og karboksyalkyletere av cellulose og disse behøver ikke ha men kan også ha kun svakt markerte egenskaper med redusert overflatespenning. Bruken av celluloseetere som emulgeringshjelpemidler er kjent og de virker som et beskyttende kolloid for å motvirke koalescensen av blandede emulsjoner. De kan omhylle de dannede dråper av olje 1 vann uten, som emulgeringsmidlene, direkte å penetrere inn til det indre av oljefasen, det vil si uten oppløsning i den. På grunn av uoppløsel igheten i olje blir celluloseetrene i den ytre fase tilsatt til vannet hvori de lett er oppløselige og holder de en gang dannede emulsjonsdråper i suspensjon. Imidlertid var det ikke kjent at celluloseetere gjør det mulig å fremstille vandige emulsjoner av additiver for å isolere stoffer som består av kunstige mineralfibre og har virkningen av en permanent belegning av additivene på de kunstige mineralfibre.

Av celluloseetrene som kan benyttes ifølge oppfinnelsen er hydroksyetylcellulose, metylhydroksyetylcellulose og natrium-karboksymetylcellulose spesielt foretrukket fordi de er ikke-ioniske og oppviser en god kompatibilitet med fenolharpiks. De benyttes fortrinnsvis i mengder fra 0-1 til 2,#, spesielt 0,2 til 1,0$, i forhold til vannuoppløselig additiv. Hyppigst benyttet som et vannuoppløselig additiv er en støvbinder og/eller et vannavstøtende sluttbehandlingsmiddel av kjent og konvensjonell type idet det foretrukne støv-bindingsmiddel er en mineralolje der det foretrukne vann-avstøtende finishmiddel er silikon.

Dispergeringsenheter med høy effektivitet som kan benyttes ved oppfinnelsen metode er de som mekanisk gir en fin dispersjon av det vannuoppløselige additiv, for eksempel olje eller silikon, ved pålegning av tilstrekkelig høy skjaerkraft. Slike enheter er for eksempel de som er kommersielt til-gjengelige under betegnelsen "Ultra-Turrax" eller "Dispax".

Oppfinnelsen skal nu forklares nærmere under henvisning til de følgende eksempler.

Eksempel 1.

Fremstilling av en oleo- ol. ieemuls. 1on av et vannavstøtende sluttbehandlingsmiddel ved en satsprosess .

Formulering i en 120-liters blandebeholder:

200 kg av den 75$ vandig oppløsning av hydroksyetylcellu lose, HEC, kommersielt tilgjengelig som "Tylose H" 100 000, 300 kg produksjonsolje, nemlig oppvarmet dampsylinderolje ZB

DIN 51 510 (en mineralolje),

500 kg helt avsaltet vann.

Oppvarmet til 50°C ble HEC oppløsningen og produksjonsoljen intenst blandet i 10 - 15 min. med en "Ultra-Turrax" enhet ved å legge høy skjærkraft på blandingen hvorved man oppnådde en tilstrekkelig fin dispergering av oljen på rent mekanisk måte inntil det ble oppnådd en blanding som var helt homogen i farge. Derefter ble helt saltfritt vann ved 20 - 25°C satt til blandingen, ledsaget av omrøring idet tilsetningen startet langsomt og så fortsatte med øket hastighet.

1000 kg av en 30$ basisk emulsjon oppnås og denne kan ytterligere behandles til en hvilken som helst konsentrasjon for bruk.

Eksempel 2

Fremstilling av en oleo- ol. ieemuls. ion av et vannavstøtende sluttbehandlingsmiddel på kontinuerlig måte.

Produksjonsresept for en 30$ basisk emulsjon:

200 kg av en 1% vandig oppløsning av natriumkarboksylmetyl-cellulose av kommersielt tilgjengelig type "CBE 10 000-np",

300 kg mineralolje "Fiona ZB" kvalitet, og

500 kg helt avsaltet vann.

Fra to lagringsbeholdere trekkes mineraloljen, oppvarmet til 50° C, og den 1% vandige oppløsning av natriumkarboksylmetyl-cellulose av ved hjelp av to stempelutmaterpumper og mates så til en kontinuerlig arbeidende dispergeringsinnretning av typen "Dispax" reaktor ved hjelp av tre i serie forbundne rotor-statorblader i et volumforhold mineraloljematriumkar-boksymetyl-celluloseoppløsning på 3:2. Efter den kun ene gjennomgang gjennom anlegget ble de to komponenter intensivt blandet i en oppholdstid på ca. 2 sekunder.

Derefter ble blandingen ført til en andre "Dispax" enhet av samme konstruksjon der emulsjonen fortynnes til 30% ved tilsetning av 5 deler av helt avsaltet vann.

Ved tilsetning av ytterligere mengder vann i en statisk blander kan den resulterende emulsjon fortynnes til den ønskede brukskonsentrasjon på 2 - 8%.

Det er også mulig ifølge oppfinnelsens fremgangsmåte å dispergere silikonoljer, reaktive silikonoljer og blandinger av disse stoffer med mineraloljer slik de følgende eksempler viser.

Eksempel 3.

Fremstilling av en oleo- ol. ie- emuls. jon av et vannavstøtende sluttbehandlingsmiddel ved satsmetoden.

Fremstillingsresept for en 30% basisk emulsjon:

150 kg av en 1% vandig oppløsning av metylhydroksyetylcellulose av typen "Tylose C 10 000",

240 kg produksjonsolje, nemlig oppvarmet dampsylinderolje "ZB DIN 1 510" (kommersielt tilgjengelig som "Shell

Production Oil 303",

60 kg silikonolje av typen "DC 200/100 cST., fluid", og 550 kg helt avsaltet vann.

Prosedyren er den samme som i Eks. 1, mineralolje og silikonolje forblandes før tilsetning av oppløsningen av natrium-karboksymetylcellulose.

Eksempel 4

Fremstilling av et blandet vannavstøtende sluttbehandlingsmiddel i en satsprosess.

Fremstillingsresept for en 30% basisemulsjon:

200 kg av 0, 75% vandig oppløsning av hydroksyetylcellulose

"Tylose A 1000".

250 kg produksjonsolje, nemlig overhetet dampsylinderolje

"ZB DIN 51 510",

60 kg silikonolje med reaktive Si-H grupper, kommersielt

tilgjengelig som "DC 1107 Fluid", og

550 kg helt avsaltet vann.

Prosedyren er den samme som i Eks. 1. Mineraloljen forblandes med silikonoljen før hydroksyetylcelluloseoppløsningen tilsettes.

Eksempel 5

Fremstilling av en silikonoljeemuls. ion av et vannavstøtende sluttbehandlingsmiddel med en kontinuerlig eller en satsprosess .

Produksjonsresept for en 30% basisemulsjon:

300 kg av 0, 75% vandig oppløsning av hydroksyetylcellulose,

"Tylose A 1000" ,

300 kg silikonolje "Tego CK 500", og

400 kg helt avsaltet vann.

Prosedyren er den samme som i eksemplene 1 og 2.

Basisemulsjonene som fremstilles ifølge eksemplene 1-5 viderebehandles som følger:

Eksempel 6

Fremstilling av en mineralfiberisolasjonsmatte uten syntetisk harpiksbinding.

Når det gjelder fremstilling av glassfibre ved en stråle-prosess blir ca. 2$ oleo-oljeemulsjon fremstilt ifølge eksemplene 1-5, og i en mengde av 25 1/100 kg glassfibre, sprøytet på via et antall stråler på glassfiberstrømmen som har en temperatur på 600 - 700°C under fiberproduksjonsenheten, viftestrålen, før inngang til falltrakten. Efter gjennomløp i denne blir fibrene som er avkjølt til 100 til 120°C og som bærer et smøremiddel, samlet på en transportør og ført gjennom en 30 til 40 m lang kjølesone for tørking.

Som en funksjon av fastsettelsen av beltehastigheten under falltrakten fremstilles det mineralfibermatter i en tykkelse på 30 til 120 mm og med et oljeinnhold på 0,2 til 0,4$.

Eksempel 7.

Fremstilling av en mineralfiberisolasjonsplate eller - matte med en syntetisk harpiksbinding.

Når det gjelder fremstilling av glassfibre ved sentri-fugering, luftstråletrekking eller dysetrekking, blir en vandig oppløsning inneholdende 1 til 10 vekt-# faststoffer og med følgende sammensetning, sprøytet på mineralfibrene som fremstilles når de befinner seg under fiberproduksjonsenheten og kort før de trer inn i det som kalles oppsamlingskammeret eller falltrakten: 7a. 3 (1 til 10) vektdeler av et fenolformaldehyd forkondensat (Resolharpiks ) 1 (0,5 til 2) vektdeler oleo-olje som en 2 (1 til 3 )5é emulsjon, fremstilt ifølge oppfinnelsen som i Eks. 1 eller 2 (oleo-oljeemulsjon uten silikon). 7b. 2 (1 til 10) vektdeler av et fenolformaldehyd forkondensat (Resolharpiks) 2 (0,5 til 2) vektdeler oleo-olje som en 2 (1 til S)% emulsjon fremstilt ved oppfinnelsens fremgangsmåte som i Eks. 3 eller 4 (oleo-oljeemulsjon med silikon).

7c. 2,5 (0,4 til 5) vektdeler av et fenolf ormaldehyd forkondensat (Resolharpiks),

0,4 (0,2 til 0,8) vektdeler av en silikonolje i form av en (3 til 6 )% > vandig emulsjon fremstilt ved oppfinnelsens fremgangsmåte med 0,75 vekt-# karboksylmetyl

cellulose (Eks. 5) (silikonoljeemul-sjon uten oleo-olje).

7d. Det samme eksempel som 7b men uten resolharpiks.

Den fuktige bane av fibre som dannes under falltrakten komprimeres mellom to perforerte metallstrimler til en tykkelse på 15 til 150 mm for derved å gi en plate eller en filt samtidig som materialet tørkes med varmluft ved 200 til 220° C og herdes. Filten som oppnås på denne måte tørkes på en wireduk for å gi en opprullbar matte.

Matter og plater som fremstilles ifølge eksemplene 6 og 7 ble underkastet en "nedsenkningsprøve" for å fastslå den mengde vann de absorberte. Prøven omfattet følgende trinn: Kvadratiske prøvestykker med diameter 200 mm x 200 mm skjæres ut, senkes minst 30 mm dypt i vann i 10 min. hvorefter de tas ut, anbringes på høykant i 10 min. for å tillate avrenning av vann og vektøkningen fastslås (omregning til l/m<3>). Alt det er spørsmål om er at et produkt som beskrives som vannavstøt-ende skal absorbere mindre vann i kg/m<2> enn tykkelsen er i mm. Verdier opp til 40 kg/m<3> er aksepterbare uansett tykkelse.

Tabellen viser mengden vann som absorberes i kg/m<3> med forskjellige produkter fremstilt i henhold til kjent teknikk og i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Claims

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en vandig emulsjon av et additiv som ér uoppløselig i vann for isolasjonsprodukter av syntetiske mineralfibre, karakterisert ved at man ved hjelp av en høyytelsesdispergeringsapparatur dispergerer det i vann uoppløselige additiv i form av et antistøvende og/eller hydrofobt middel i en vandig oppløsning av celluloseeter der vekt-mengden av celluloseeteren er 0,1 til 2,5 % i forhold til vekten av det i vann uoppløselige additiv hvorved den vandige emulsjon i det vesentlige er fri for andre emulgeringsmidler og/eller overflateaktive midler.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man som celluloseeter benytter en hydroksyetylcellulose, metylhydroksyetylcellulose og/eller natrium-karboksyetylcellulose.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at mengden av celluloseeter er 0,2 til 1 vekt-#, beregnet på vekten av i vann uoppløselig additiv.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at man benytter en blanding av en mineralolje og en silikonolje.

5. Vandig emulsjon for isolasjonsprodukter av syntetiske mineralfibre av et i vann uoppløselig additiv som er et antistøvende og/eller hydrofobt middel, karakterisert ved at emulsjonen er oppnådd ved dispergering av det uoppløselige additiv ved hjelp av en høyytelsesdisper-geringsapparatur i den vandige oppløsning av en celluloseeter og i det vesentlige er fri for ethvert annet emulgeringsmiddel og/eller overflateaktivt middel, hvorved vektmengden cellulloseeter er 0,1 til 2,5 % og fortrinnsvis 0,2 til 1,0 %, beregnet på vekten av i vann uoppløselige additiv.

6. Emulsjon ifølge krav 5, karakterisert ved at man som celluloseeter benytter en hydroksyetylcellulose, metylhydroksyetylcellulose og/eller natriumkarboksyetyl-cellulose.

7. Emulsjon ifølge et av kravene 5 eller 6, karakterisert ved at man benytter en blanding av en mineralolje og en silikonolje.

8. Anvendelse av den vandige emulsjon ifølge et av kravene 5 til 7 for impregnering eller belegning av syntetiske mineralfibre for isolasjonsprodukter.