CZ320096A3

CZ320096A3 - Method of enhancing mechanical properties of a mat made of glass fibers

Info

Publication number: CZ320096A3
Application number: CZ963200A
Authority: CZ
Inventors: Jacky Joachim; Bernard Lerique
Original assignee: Saint Gobain Isover
Priority date: 1995-03-06
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 1997-05-14
Also published as: US5869142A; HUP9603079A3; ES2132897T3; ATE181311T1; SK142296A3; KR970702828A; JPH10500182A; CN1148373A; AU5002296A; PL317102A1; CA2188302A1; DE69602897T2; DE19507787C2; EP0758307B1; FI964434L; DE19507787C1; TR199600885T1; NO964681L; NZ303653A; FI964434A0

Description

Vynález se týká způsobu zdokonalení mechanických vlastností rohože ze skleněných vláken získané aplikováním pojivá obsahujícího vodnou fenolovou kondenzovanou pryskyřici na rohož a vytvrzením pojivá.

Dosavadní stav techniky

Rohože ze skleněných vláken jsou používány hlavně jako tepelně izolační materiál. Pojivo má vázat vlákna pevně k sobě, aby se získala soudržná struktura. Pojivo by současně mělo zajistit dostatečnou pružnost izolačního materiálu a vysokou schopnost zotavení po stlačení, aby mohl být izolační materiál skladován, dopravován a deformován pro použití na místě uplatnění.

US-A 4 663 419 popisuje pro rohož ze skleněných vláken použití pojivá obsahujícího kondenzační produkt z fenolu, formaldehydu a močoviny, kondenzovaný za přítomnosti bazických katalyzátorů, a přídavné močoviny a dalších aditiv, zejména sílánu, minerálního oleje, amoniaku a síranu amonného. Pojivo se rozpráší jako vodný roztok na surovou rohož, která se pak stlačí a uvede do požadovaného tvaru pro izolační materiál, například do tvaru tabule nebo trubky, načež se vede do vytvrzovací pece, kde se pojivo vytvrdí.

US-A 4 176 105 popisuje pojivo pro rohož ze skleněných vláken, které se získává reakcí fenolformaldehydové močovínové kondenzované pryskyřice s kyselinou boritou a močovinou. Na 100 hmotnostních dílů fenolformaldehydové močovinové kondenzované pryskyřice se přidává 12 až 16 hmotnostních dílů kyseliny borité. Když je pryskyřice vytvrzena, vytvoří se komplex kyseliny borité. To je zamýšleno pro zvýšení odolnosti pojivá vůči rozkladu při vysokých teplotách.

Známá pojivá však nesplňují všechny požadavky na mechanickou pevnost rohože ze skleněných vláken, zejména na pevnost v tahu a schopnost zotavení po stlačení rohože, zejména poté, co byla nějaký čas skladována.

Vynález tedy vychází z problému zdokonalení mechanických vlastností rohože ze skleněných vláken.

Podstata vynálezu

Zdokonalení mechanických vlastností rohože se získá podle vynálezu přidáním slabé kyseliny s hodnotou pK větší než 4, zejména větší než 5, k rohoži ze skleněných vláken před vytvrzením pojivá.

Hodnota pK je definována jako záporný dekadický logaritmus disociační konstanty kyseliny při 25°C.

Slabá kyselina se s výhodou přidává v množství 0,5 až 10 hmotnostních procent, výhodně 1 až 5 hmotnostních procent, z hmotnosti pevné fáze fenolové kondenzované pryskyřice pojivá. Když se kyselina přidá v množství menším než 0,5 hmotnostních procent, není znát žádně zlepšení mechanických vlastností. Na druhou stranu nedochází k žádnému dalšímu zlepšení, ale vlastně k poklesu mechanických vlastností, když množství slabé kyseliny přesáhne 10 hmotnostních procent.

Množství pojivá včetně aditiv a slabé kyseliny je po vytvrzení 3 až 7, s výhodou 4 až 6, hmotnostních procent z celkové hmotnosti rohože. Množství slabé kyseliny po vytvrzení pojivá je 0,05 až l, s výhodou 0,08 až 0,6, hmotnostních procent z celkové hmotnosti rohože.

Vhodnými slabými kyselinami jsou zejména kyselina boritá nebo karbonové kyseliny s hodnotou pK větší než 4, zejména větší než 5.

Karbonovou kyselinou může být monobazická nebo polybazická karbonová kyselina s hydroxylovými skupinami nebo bez nich, například kyselina citrónová nebo mastná kyselina. Jsou vhodné mastné kyseliny s větším počtem atomů uhlíku než osm, jako je například kyselina laurová, kyselina palmitová, kyselina stearová nebo olejová, zejména mastné kyseliny s jednou nebo více dvojnými vazbami C=C, jako například kyselina olejová.

Fenolová kondenzovaná pryskyřice pojivá je s výhodou vodou rozpustný kondenzační produkt z fenolu a formaldehydu nebo z fenolu, formaldehydu a močoviny, přičemž se kondenzace provádí za přítomnosti bazických katalyzátorů, zejména hydroxidu alkalických kovů nebo kovů alkalických zemin, například hydroxidu sodného, draselného, vápenatého nebo barnatého. Fenolová kondenzovaná pryskyřice může být vyráběna například podle US-A 4 663 419.

Kromě kondenzované pryskyřice může pojivo obsahovat močovinu a aditiva, zejména silan, minerální olej, amoniak a/nebo síran amonný.

Pojivo může mít například následující složení:

až 70 hmotnostních dílů vodou rozpustné fenolové pryskyřice (počítá se pevná fáze) až 30 hmotnostních dílů močoviny 0,1 až 0,5 hmotnostního dílu silanu 6 až 15 hmotnostních dílů minerálního oleje až 5 hmotnostních dílů síranu amonného až 10 hmotnostních dílů amoniaku (jako NH₃).

Použitý silan je s výhodou silan s aminovou skupinou, která může být zreagována s fenolovými skupinami kondenzované pryskyřice.

Z 6 až 15 hmotnostních dílů minerálního oleje zůstává však obecně v hotové rohoži jen 0,4 až 1,2 hmotnostních dílů. Amoniak se přidává jako vodný roztok, například asi 20% roztok.

Rohož se vyrábí spojitě, skleněná vlákna připravená spřádáním se ukládají jako rohož statisticky rozložená ve všech směrem na dopravní pás. Přitom, jak vlákna padají na dopravní pás, je na ně rozprašováno kapalné pojivo. Potom je rohož vedena do vytvrzovací pece, aby se pryskyřice vytvrdila.

Ke kapalnému pojivu se může přidat slabá kyselina, která se rozpráší na skleněná vlákna padající na dopravní pás ve směsi s pojivém. Je však také možné rozprášit pojivo a slabou kyselinu na padající skleněná vlákna odděleně, tj. uplatnit oddělené rozprašovací trysky jednak pro kapalné pojivo, jednak pro roztok slabé kyseliny. Slabá kyselina se aplikuje odděleně zejména když není kompatibilní se složkami pojivá, například s mastnými kyselinami s více než osmi atomy uhlíku.

Způsob podle vynálezu zdokonaluje zejména pevnost v tahu a schopnost zotavení rohože po stlačení, zejména když byla rohož po nějakou dobu skladována.

Jak se ukázalo, způsob podle vynálezu zdokonaluje zejména pevnost v tahu a schopnost zotavení rohoží obsahujících skleněná vlákna, která mají obsah alkalických oxidů 8 až 25 molárních procent, zejména skleněná vlákna, která mají vysoký obsah oxidu sodného - více než 16 molárních procent, například skleněná vlákna obsahující 16,5 až 19 molárních procent oxidu sodného, 0,2 až 0,5 molárních procent oxidu draselného a 8 až 18 molárních procent oxidu boritý. Rohože vyrobené z těchto skleněných vláken vykazují mimořádně velkou redukci svých mechanických vlastností při stárnutí, tj. zejména po dlouhém období skladování, zvláště vzhledem ke schopnosti zotavení.

příklady provedení vynálezu

Následující příklady jsou určeny k dalšímu vysvětlení vynálezu. Příklady používají skleněných vláken ve složení uvedeném v tabulce I.

Tabulka I

Složky	A mol. %	B mol. %
Si°₂	57,5	56,5
Fe₂O₃	0,3
ai₂o₃	0,5	1
CaO	8	8
MgO	3,5	3,5
Na₂0	17,7	17,5
K₂O	0,26	0,3
Ba₂0₃	12	13

Pro určení pevnosti v tahu, stárnutí pevnosti v tahu a schopnosti zotavení stlačené rohože se provádějí následující testy.

a) Určení pevnosti v tahu a stárnutí pevnosti v tahu

Dva stejně velké vzorky koblihovitého tvaru se vyříznou z konkrétní rohože a stanoví se jejich hmotnost. První koblihovitý vzorek se přetrhne a tržná síla v gramech na gram rohože (gf/g) indikuje pevnost v tahu (RT původní). Druhý koblihovítý vzorek se vloží do autoklávu s teplotou 105°C a vlhkosti 100% na 15 minut. Pak se určí pevnost v tahu (RT autokláv) v gf/g.

b) Určení schopnosti zotavení vzhledem k době skladování

Z rohože se vyřízne vzorek a stanoví se jeho tloušťka. Vzorek se lisem stlačí na jednu šestinu této tloušťky. Stlačený stav se udržuje jednu hodinu, 24 hodin, 12 dní a jeden

Ί měsíc. Po každém období se lis otevře a změří se nárůst tloušťky odlehčené rohože. Stlačené rohože jsou uloženy při pokojové teplotě.

Zotavení (RE) se stanovuje takto:

naměřená tloušťka % zotavení = - x 100 nominální tloušťka

Pro stanovení stárnutí zotavení se opakuje shora uvedený test s tou odlišností, že rohož se udržuje ve stlačeném stavu ve vlhké místnosti při 35°C a vlhkosti vzduchu 95% po dobu jednoho dne. Zbylý stlačený vzorek je uložen při pokojové teplotě po stejnou dobu. Stlačení obou vzorků se pak uvolní a nárůst tloušťky odlehčené rohože se změří po 7 dnech.

Zotavení po urychleném stárnutí (RE stárnutí) se stanoví ztrátou tloušťky mezi zbylým vzorkem a zestárlým vzorkem.

Příklad 1

Vyrobí se pojivo o následujícím složení:

hmotnostních dílů fenolformaldehydové kondenzované pryskyřice (počítá se pevná fáze) hmotnostních dílů močoviny

9,5 hmotnostních dílů minerálního oleje

0,3 hmotnostního dílu sílánu hmotnostních dílů hydroxidu amonného (jako 20% roztok) hmotnostní díly kyseliny borité

Pojivo zředěné vodou se rozpráší na skleněná vlákna A padající na dopravní pás. Rohož s pojivém zformovaná na dopravním pásu se pak vytvrzuje ve vytvrzovací peci. Množství rozprášeného pojivá je 5,0 hmotnostních % (po vytvrzení) z hmotnosti skleněných vláken. Množství kyseliny borité je 0,17 hmotnostních % z hmotnosti skleněných vláken.

Srovnávací příklad 1

Příklad 1 se opakuje s tím rozdílem, že na skleněné vlákna se rozprašuje pojivo následujícího složení:

9,5 hmotnostních dílů minerálního oleje 0,3 hmotnostního dílu silanu 3 hmotnostní díly síranu amonného hmotnostních dílů hydroxidu amonného (jako asi 20% roztok)

Příklad 2

Opakuje se příklad 1 s tím rozdílem, že kyselina boritá je rozprašována odděleně od pojivá.

Příklad 3

Opakuje se příklad 1 s tím rozdílem, že se použití skleněná vlákna B namísto skleněných vláken A.

Se získanými rohožemi byly provedeny testy a), b). Výsledky jsou shrnuty v tabulce II.

Tabulka II srovnávací příklad 1

a) Pevnost v tahu

RT původní gf/g 250

RT autokláv gf/g 144 ztráta 42

b) Zotavení RE

RE I h 145 h 139 dní 128 měsíc 129

RE stárnutí 39

příklad 1	příklad 2	příklad
250	229	219
193	174	164
23	24	25

147	-	143
140	-	138
132	-	128
126	-	126
24	21	29

Příklady 4 a 5 a srovnávací příklad 2

Test a) pro stanovení pevnosti v tahu byl proveden se dvěma dalšími rohožemi vyrobenými v podstatě podle příkladů 1 a 2 a s další rohoží vyrobenou v podstatě podle srovnávacího příkladu 1, přičemž byl test upraven tak, že třetí koblihovitý vzorek byl uložen v autoklávu při 105°C a 100% vlhkosti po dobu 45 minut. Výsledky jsou uvedeny v tabulce III.

Tabulka III srovnávací příklad 2 příklad 4 příklad 5

Pevnost v tahu původní gf/g 225

Pevnost v tahu autokláv 15 min gf/g 135

Pevnost v tahu autokláv 45 min gf/g 118

249

161

167

234

164

155

Jak je patrné z tabulky III, pevnost v tahu rohože podle vzorků 4 a 5 klesá umělým stárnutím v autoklávu zřetelně pomaleji než rohož podle srovnávacího příkladu 2.

Příklady 6 až 9

Byl opakován příklad 1 při použití pojivá následujícího složení:

9,5 hmotnostních dílů minerálního oleje 3 hmotnostní díly síranu amonného 0,3 hmotnostního dílu silanu hmotnostních dílů hydroxidu amonného (jako asi 20% vodný roztok)

Na skleněná vlákna byly odděleně od pojivá rozprášeny následující karbonové kyseliny:

kyselina citrónová (příklad 6) , kyselina laurová (příklad 7) , a kyselina olejová (příklad 8).

Množství rozprášené karbonové kyseliny je asi 0,4 hmotnostních procent z hmotnosti skleněných vláken.

Shora popsané testy a) a b) byly provedeny s rohožemi podle příkladů 6 až 9. Výsledky testů jsou znázorněny v tabulce IV spolu s odpovídajícími výsledky textu pro srovnávací příklad 1.

Tabulka IV srovnávací

	příklad 1	příklad 6	příklad 7	příkl,
Pevnost v tahu
RT původní
gf/g	250	270	276	255
RT autokláv
gf/g	144	168	167	189
ztráta	45	38	39	26
Zotavení RE
RE 1 h	145	148	148	148
24 h	139	142	142	144
12 dní	128	123	134	139
1 měsíc	129	127	127	134
RE stárnutí	39	37	34	27

PATENTOVÉ

Claims

1. Způsob zdokonalení mechanických vlastností rohože ze skleněných vláken získané aplikováním pojivá obsahujícího vodnou fenolovou kondenzovanou pryskyřici na rohož a vytvrzením pojivá, vyznačující se tím, že před vytvrzováním pojivá se k rohoži přidává slabá kyselina s hodnotou pK větší než 4,0.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že slabá kyselina se přidává v množství 0,5 až 10 hmotnostních procent z hmotnosti pevné fáze fenolové kondenzované pryskyřice poj iva.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že slabá kyselina se aplikuje v množství 0,01 až 3 hmotnostní procenta z hmotnosti skleněných vláken v rohoži.

4. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že slabá kyselina je kyselina boritá nebo karbonová kyselina.

5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že karbonová kyselina je mastná kyselina s větším počtem uhlíkových atomů než osm.

6. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že karbonová kyselina je nenasycená karbonová kyselina.

7. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že fenolová kondenzovaná pryskyřice je produktem reakce fenolu a formaldehydu nebo fenolu, formaldehydu a močoviny za přítomnosti bazického katalyzátoru.

8. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že pojivo obsahuje nejen fenolovou kondenzovanou pryskyřici, ale také močovinu, silan, minerální olej, amoniak a/nebo síran amonný.

9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že silan má aminovou skupinu.

10. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pojivo se aplikuje na rohož rozprašováním.

11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že slabá kyselina se rozprašuje ve směsi s pojivém.

12. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že slabá kyselina se rozprašuje odděleně od pojivá.

13. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že rohož obsahuje skleněná vlákna, která mají obsah alkalických oxidů 8 až 25 molárních procent.

14. Způsob podle nároku 13, vyznačující se tím, že skleněná vlákna obsahují 16,5 až 19 molárních procent oxidu sodného, 0,2 až 0,5 molárních procent oxidu draselného a 8 až 18 molámích procent oxidu boritého.

15. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zdokonalené mechanické vlastnosti spočívají ve snížené degradaci pevnosti v tahu rohože vystavené stárnutí.

16. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zdokonalené mechanické vlastnosti spočívají ve snížené degradaci schopnosti zotavení stlačené vrohože vystavené stárnutí.