NO175472B - Fremgangsmåte for fremstilling av en matte av glass- eller andre mineralfibre - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av en matte av glass- eller andre mineralfibre, hvor matten har forbedret motstand mot vann og lengre virksom levetid, hvor glass eller andre mineraler blir smeltet, det smeltede glasset eller mineralet blir presset gjennom mange åpninger for å frembringe fibre, de varme fibrene blir påsprøytet en vandig dispersjon av et bindemiddel omfattende et gelatinisert stivelsesulfamatprodukt, hvoretter fibrene, i form av glassull, anbringes på et transportbånd og føres gjennom en tørkeanordning hvor fibrene blir tørket ved forhøyet temperatur, og ullen formes til en matte.

Matter av glass eller andre mineralfibre anvendes i stor utstrekning i bygningsindustrien på grunn av sine varme-og lydisolerende egenskaper.

I en typisk fremgangsmåte for fremstilling av en glassfibermatte, blir glasset i partikkelform matet fra lageret til en ovn, hvor det blir smeltet, og det smeltede glasset ved en temperatur på omlag 1000°C blir presset gjennom sikt-lignende åpninger, vanligvis under påvirkning av strømmer av høytrykksluft som har en fortynnende virkning på de fremstilte fibrene. Glasstrådene som forlater åpningene, størkner som et stort antall fine fibre som plasseres på et transportbånd som glassull, som deretter passerer gjennom en tørker, hvor ullen formes til matter som blir skåret til ønsket størrelse når de forlater tørkeren.

For å få de enkelte glassfibrene til å hefte sammen for å danne matten, behandles fibrene med et bindemiddel. Vanlige bindemidler omfatter spesielt fenolformaldehydharpikser, mel-aminformaldehydharpikser og ureaformaldehydharpikser. Bindemidlene blir vanligvis lagt på fibrene ved påsprøyting av sistnevnte med en vandig dispersjon av bindemiddelet straks etter at fibrene er dannet, slik at vannet i bindemiddel-blandingen gir en kjølevirkning på fibrene. Restvannet fjernes i tørkeren.

Et problem som man støter på ved anvendelse av de formaldehydbaserte harpiksene som er beskrevet ovenfor, er frigjøring av formaidehyd til atmosfæren når harpiksen blir fremstilt på stedet, og under beleggings- og tørketrinnene i prosessen. I en stadig mer miljøbevisst tidsalder blir dette problemet mer og mer alvorlig, og man har derfor all grunn til å finne en egnet og mer miljømessig akseptabel binde-middelerstatning.

I europeisk patent nr. 129 227 er det beskrevet et flammebestandig stivelseprodukt som fremstilles ved omsetning av en forgelatinisert stivelse med et spesielt sulfamatsalt ved 40-2 50°C i nærvær av minst 30 vektprosent vann, basert på den totale vekten av reaksjonsblandingen. Dette produktet sies i patentet å ha et bredt anvendelsesområde, dvs. som komponent i klebemidler og bindemidler for papir, papp, bygningsmaterialer, isolasjonsmaterialer, kompositt-materialer, maling, bestrykningsmidler, beleggmedier, plast, tekstiler, glass- og mineralfibre og formede legemer av pulver- eller granulert materiale. Vi har bekreftet at stivelseproduktene beskrevet i 129 227 er egnet som erstatning for i det minste en del av formaldehydharpiksbindemiddelet som for tiden anvendes i en prosess for fremstilling av en glass- eller mineralfibermatte til tross for de aggressive temperaturbetingelsene som eksisterer i denne prosessen. Vi har funnet at stivelsesulfamatproduktene kan dannes på forhånd eller kan dannes in situ etter påføringen av bindemiddelet på fiberen. Vi har også funnet at for å være fullt effektive, bør bindemidlene som lages av stivelse-sulf amater, enten de fordannes eller dannes in situ på fiberen, også omfatte et hydrofobt middel. Under visse om-stendigheter synes det som om sulfamater laget av nedbrutt stivelse har fordeler i slike bindemiddelblandinger.

Oppfinnelsen omfatter derfor en fremgangsmåte for fremstilling av en matte av glass- eller andre mineralfibre, som angitt innledningsvis, kjennetegnet ved at det anvendes en vandig dispersjon som også inneholder et hydrofobt middel.

Stivelsen kan være en naturlig stivelse eller en nedbrutt stivelse, f.eks. maisstivelse, hvetestivelse eller eventuell annen kommersiell tilgjengelig stivelse. Det er også mulig, og i noen tilfeller fordelaktig, å anvende en stivelse som er substituert med en monofunksjonell substi-tuent, f.eks. med en ester eller etergruppe.

Med "nedbrutt stivelse" mener vi en stivelse som har fått sin molekylvekt redusert ved kjente fysikalske eller kjemiske midler. F.eks. kan stivelsen behandles med en syre eller med et enzym, eller fortrinnsvis kan den oksyderes. Nedbrytning ved fysikalske midler kan utføres ved å under-kaste stivelsen forhøyet temperatur og trykk, f.eks. ved 110-180°C og 2-12 bar trykk, enten i en konverter eller ekstruder. Kombinasjoner av to eller flere av disse metodene for nedbrytning kan også anvendes.

En passende oksydert stivelse kan lages ved bruk av et hypokloritt-oksydasjonsmiddel, f.eks. natriumhypokloritt, og produktet har fortrinnsvis et karboksylinnhold på 0,30% til 0,80%.

Stivelsen blir fortrinnsvis nedbrutt i en slik utstrekning at den gir et produkt med en Brookfield-viskositet mellom 10 mPa og 400 mPa, fortrinnsvis mellom 20 mPa og 120 mPa for en 10 vektprosent løsning ved 20°C. Nedbrutte stivelsesulfamater har lavere viskositet ved samme tørr-stoffinnhold enn naturlige stivelsesulfamater og er av denne grunn lettere å håndtere.

Kommersielle stivelseestere avledes av de lavere fett-syrene, f.eks. acetyl eller propionylestere, mens kommersielt tilgjengelige stivelseetere kan fremstilles ved omsetning av stivelse med et olefinoksyd, spesielt med propylenoksyd. Den substituerte stivelsen bør ikke kryssbindes med substitu-sjonsreagenset, derfor bør reagenset være monofunksjonelt med hensyn til stivelsen. Acetylstivelseproduktet er teknisk effektivt, og fordi den er den billigste substituerte stivelsen å fremstille, blir den foretrukket dersom en substituert stivelse blir anvendt i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Virkningen av substituenten i stivelsemolekylet er å frembringe et produkt som har en viskositet som er mindre følsom for temperaturforandringer enn den usubsti-tuerte stivelsen. Graden av substitusjonen er fortrinnsvis slik at den gir et produkt som har en Brookfield-viskositet på 10-400 mPa for en 10 vektprosent løsning ved 20°C.

Det gelatiniserte stivelsesulfamatet kan fremstilles ved den fremgangsmåten som er beskrevet i europeisk patent 129 227, dvs. 3-40 vektprosent sulfamatsalt basert på stivelse, blir anvendt i nærvær av minst omlag 30 vektprosent vann, og temperaturen på omsetningen er 4 0-250°C. Som et alternativ til danningen av stivelsesulfamatet på forhånd, kan forgelatinisert stivelse eller en blanding av forgelatinisert og naturlig stivelse blandes med et sulfamatsalt for å fremskaffe en blanding som kan oppslemmes i vann for anvendelse i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. På denne måten kan omsetningen med sulfamatet, eller gelatiniseringen og omsetningen med sulfamatet, foregå in situ på de varme glassfibrene og spesielt når fibrene blir tørket.

Det anvendte sulfamatsaltet kan være et alkalimetall-salt, et jordalkalimetallsalt eller ammoniumsaltet av sulfaminsyre. Fortrinnsvis er saltet kalsium- eller ammoniumsulfamat. Mengden av anvendt sulfamat er passende 5-35, fortrinnsvis 7,5-3 0, mer foretrukket 10-25 vektprosent, basert på stivelsen.

Bindemiddelet omfatter også et hydrofobt middel som har til formål å gjøre glassfibrene som er sammenbundet med stivelsen, vannavstøtende. Selv om hvilket som helst hydrofobt middel kan anvendes som er forlikelig med bestanddelene i bindemiddelet og som ikke har en dårlig virkning på prosessen eller på mineralfiberproduktet, har vi funnet at silikonene vanligvis er den beste gruppen av hydrofobe midler for anvendelse i prosessen. Mer spesielt er de mest effektive silikonene de som omfatter funksjonelle grupper som er reaktive med stivelsehydroksylgrupper, spesielt ved temperaturer hvorved glassfibermatten blir tørket, dvs. ved 150-250°C. Typiske silikongrupper er hydroksyl-, amino- og alkoksy-grupper. Mengden av hydrofobt middel som anvendes i bindemiddelet er passende 0,1-20, fortrinnsvis 0,1-10 vektprosent basert på stivelsen, mer foretrukket 0,3-5,0 vektprosent. Det hydrofobe middelet kan innbefattes i sulfamatstivelse/vann-blandingen som forstøves på fibrene, men det er også mulig at det hydrofobe middelet kan forstøves på fibrene separat, slik at det først kommer i kontakt med stivelsen og sulfamatet på glassfiberen.

Bindemiddelet kan også inneholde andre bestanddeler, f.eks. et overflateaktivt middel eller et mykningsmiddel, og spesielt et konserveringsmiddel for å forhindre mikrobiologisk angrep på stivelsebindemiddelet når mineralfiber-mattene er i bruk. Ditiokarbamater er konserveringsmidler som kan anvendes for dette formålet og som kan brukes i mengder på 0,5-3,0 vektprosent, basert på stivelsen.

Av den foregående beskrivelsen vil man se at ved fremstilling av stivelsesulfamatproduktet for anvendelse i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, blir stivelsen underkastet to, muligens tre, operasjoner, nemlig omsetning med et sulfamatsalt, gelatinisering og eventuelt nedbrytning. De to essensielle omsetningene kan utføres etter hverandre eller samtidig, f.eks. kan stivelsen gelatiniseres, og deretter omsettes med sulfamatsaltet for å tilveiebringe en kolloidal løsning, eller naturlig stivelse og sulfamatsaltet kan til-føres en konverter og der oppvarmes under trykk, hvorunder samtidig gelatinisering, omsetning med sulfamatsaltet og sannsynligvis nedbrytning foregår for å danne en kolloidal løsning. Vanligvis vil omsetningen av sulfamatsaltet med den forgelatiniserte stivelsen eller den samtidige gelatiniseringen og omsetningen med sulfamatsaltet, resultere i dannelse av en kolloidal løsning som er den ønskede formen av produktet for anvendelse i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Den fleksibiliteten som følger med fremstillingen av stivelsesulfamatet, kan fordelaktig anvendes når man velger hvor man vil fremstille stivelsesulfamatet for anvendelse ved fremstilling av mineralfiberblandingen. Stivelseprodusenten kan således lage den kolloidale løsningen av stivelsesulfamatet, og levere den som sådan til produsenten av mineralfiberblandingen. Stivelseprodusenten kan imidlertid levere en velling av naturlig stivelse, eventuelt inneholdende et sulfamatsalt, og produsenten av mineral-fibrene kan fremstille den kolloidale løsningen f.eks. i en høytemperatur, høytrykks konverter etter tilsetning av sulfamatsalt om nødvendig.

Den vandige dispersjonen som forstøves på fibrene kan være en løsning og/eller en suspensjon, men er fortrinnsvis en kolloidal løsning.

Den vandige dispersjonen kan inneholde 1-2 0 vektprosent bindemiddel, fortrinnsvis 4-12 vektprosent, og denne kan bestå av mer enn 30%, mer foretrukket mer enn 60%, spesielt 100% av stivelsesulfamatprodukt og hydrofobt middel. Dersom bindemiddelet ikke består av 100% av sistnevnte kombinasjon, kan det også omfatte et konvensjonelt bindemiddel, spesielt en fenolformaldehyd, melaminformaldehyd eller ureaformalde-hydharpiks. Vandige dispersjoner som kan påføres på glassfibrene for å danne bindemiddelet omfatter fortrinnsvis (a) naturlig stivelsesulfamat med et hydrofobt middel og

mikrobiologisk konserveringsmiddel;

(b) forgelatinisert naturlig stivelse, et salt av sulfaminsyre og et hydrofobt middel og mikrobiologisk konserveringsmiddel; (c) naturlig stivelse, forgelatinisert stivelse, et salt av sulfaminsyre og et hydrofobt middel og mikrobiologisk konserveringsmiddel, eller (d) blandingen (a), (b) eller (c), hvori en del av eller all stivelsen er nedbrutt.

Bortsett fra karakteren av bindemiddelet, er be-tingelsene for fremstillingsprosessen for fiberblandingen de som er i vanlig bruk, f.eks. kan temperaturen på det smeltede glasset være 1000-1400°C og temperaturen i tørkeren 150-250°C. Anvendelse av vanlige betingelser er én av fordelene ved den foreliggende oppfinnelse, siden den gjør det mulig å foreta en forandring i bindemiddelet med minimalt avbrudd i den eksisterende fremgangsmåten.

Oppfinnelsen skal nå beskrives med referanse til følgende eksempler. Eksemplene beskriver fremstilling av flere forskjellige bindemiddelblandinger som ble evaluert i et kommersielt anlegg for fremstilling av fiberglassmatter. Det smeltede glasset ble holdt ved en temperatur på 12 00°C, og ved ekstruderingen ble fibrene avkjølt med luft og deretter påsprøytet det bindemiddelet som ble testet. Den glass-ullen som ble dannet ut i fra fibrene ble formet til matter og tørket ved 14 0°C.

Eksempel 1

Fremstilling av den oksyderte, acetylerte stivelsen

Maisstivelse ble omsatt med natriumhypokloritt for å gi et oksydert produkt som hadde en viskositet ved 20°C på 3 0-50 mPa ved en konsentrasjon på 10 vektprosent løste faste stoffer.

Det oksyderte produktet ble acetylert med eddiksyre-anhydrid til en acetylverdi på omlag 1% acetyl basert på den oksyderte acetylstivelsen. Brookfield-viskositeten for den 10 vektprosent vandige løsningen av faste stoffer var 20 mPa.

Den oksyderte acetylstivelsen ble deretter blandet med 10 vektprosent, basert på stivelsetørrstoff, ammoniumsulfamat, og stivelsegelatinisering og omsetning med sulfamat utført ved 70-90°C og oppvarmede valser.

Omsetningsproduktet ble blandet med vann for å danne en kolloidal løsning som hadde 27,5 vektprosent tørrstoff, pH-verdi 5,7 og en viskositet på 140 mPa ved 50°C og 360 mPa ved 20°C.

Den kolloidale løsningen ble videre fortynnet med vann til en konsentrasjon på 8 vektprosent tørrstoff og følgende ble tilsatt: 1,5 vektprosent (basert på stivelse) ditiokarbamat

(konserveringsmiddel)

3,0 vektprosent (basert på stivelse) silikonharpiks 0,4 vektprosent (basert på stivelse) overflateaktivt

middel

6,0 vektprosent (basert på stivelse) urea-mykningsmiddel

Denne blandingen ble evaluert i den kommersielle prosessen for produksjon av glassfibermatter og viste seg effektiv som fullstendig erstatning av det vanlige formaldehydharpiksbindemiddelet, idet glassfibermattene hadde den nødvendige tetthet og elastisitet.

Eksempel 2

Den kolloidale løsningen av det oksyderte acetyl-stivelsesulfamatproduktet fremstilt som i eksempel 1 ovenfor, ble blandet med en vandig velling inneholdende 45 vektprosent tørrstoff av maisstivelse (100 deler), ammoniumsulfamat (16 deler), silikonharpiks (3 deler) og ditiokarbamat (1,5 deler). To blandinger som inneholdt henholdsvis 70 og 50 vektprosent oksydert acetylstivelsesulfamat basert på totalt stivelseinnhold ble laget og testet i den kommersielle prosessen referert til i eksempel 1. Begge viste seg tilfredsstillende som fullstendig erstatning for det vanlige formaldehydharpiksbindemiddelet.

Eksempel 3

Naturlig maisstivelse ble blandet med 10 vektprosent ammoniumsulfamat basert på stivelsetørrstoff og 60 vektprosent vann og oppvarmet på valser ved 70-90°C.

Reaksjonsproduktet ble blandet med vann for å gi en kolloidal løsning som hadde 2 0 vektprosent tørrstoff og en viskositet på 140 mPa ved 50°C og 360 mPa ved 20°C.

Den kolloidale løsningen ble fortynnet med vann til en konsentrasjon på 8 vektprosent tørrstoff, og 3 vektprosent (basert på stivelse) av et silikon, SITREN 534, tilsatt ("SITREN" er et varemerke og SITREN 534 er en 50% vandig emulsjon av et silikon avledet av dimetyldiklorsilan som inneholder NH2 og OC2H5 funksjonelle grupper). Et ditiokarbamat, 1,5 vektprosent (basert på stivelse), ble også tilsatt, og den resulterende blandingen ble evaluert som det eneste bindemiddelet i den fremstillingsprosessen som er beskrevet ovenfor. Den fremstilte glassfibermatten var svært tilfredsstillende med hensyn til de relevante egenskapene som tetthet og elastisitet.

Eksempel 4

Eksempel 3 ble gjentatt, idet SITREN 534 ble erstattet med SITREN 447 (en 50% vandig silikonemulsjon avledet av dimetyldiklorsilan og inneholdende OH-funksjonelle grupper). Den glassfibermatten som ble fremstilt var ekvivalent i egenskaper med den som ble fremstilt i eksempel 3.

Eksempel 5

Forgelatinisert stivelse ble blandet med vann for å gi en 10 vektprosent kolloidal løsning, hvortil ble tilsatt 12 vektprosent ammoniumsulfamat (basert på tørrstoff). Den kolloidale løsningen ble videre fortynnet med vann til en konsentrasjon på 6 vektprosent tørrstoff og 3 vektprosent (basert på stivelse) SITREN 534 og 1,5 vektprosent (basert på stivelse) ditiokarbamat tilsatt. Blandingen ble evaluert som beskrevet ovenfor, og den glassfibermatten som ble fremstilt tilfredsstilte de kritiske tetthets- og elastisitetskravene. Lignende tilfredsstillende resultater ble oppnådd når 3 0 vektprosent av den forgelatiniserte stivelsen ble erstattet i formuleringen av granulær naturlig stivelse.

Eksempel 6

Naturlig maisstivelse ble blandet med 10 vektprosent ammoniumsulfamat og den resulterende faste blandingen oppvarmet med 70 vektprosent vann i en koker ved 120°C for å fremstille en kolloidal løsning som deretter ble fortynnet til 80% tørrstoff, og etter tilsetning av 3 vektprosent (basert på stivelse) SITREN 447 og 1,5 vektprosent (basert på stivelse) ditiokarbamat, evaluert med hell i fremstillingsprosessen for glassfibermatte.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en matte av glass-eller andre mineralfibre, hvor matten har forbedret motstand mot vann og lengre virksom levetid, hvor glass eller andre mineraler blir smeltet, det smeltede glasset eller mineralet blir presset gjennom mange åpninger for å frembringe fibre, de varme fibrene blir påsprøytet en vandig dispersjon av et bindemiddel omfattende et gelatinisert stivelsesulfamatprodukt, hvoretter fibrene, i form av glassull, anbringes på et transportbånd og føres gjennom en tørkeanordning hvor fibrene blir tørket ved forhøyet temperatur, og ullen formes til en matte, karakterisert ved at det anvendes en vandig dispersjon som også inneholder et hydrofobt middel.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at stivelsen er en naturlig stivelse eller en nedbrutt stivelse.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at stivelsen er blitt nedbrutt av syre, av et enzym, ved oksydasjon eller ved oppvar-ming til forhøyet temperatur og trykk.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller krav 3, karakterisert ved at stivelsen blir nedbrutt for å gi et produkt som har en Brookfield-viskositet mellom 10 mPas og 400 mPas, fortrinnsvis 20 mPas og 12 0 mPas for en 10 vektprosent løsning ved 20°C.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående kravene, karakterisert ved at det hydrofobe middelet er et silikon.

6- Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at silikonet inneholder funksjonelle grupper som er reaktive med stivelsehydroksylgrupper ved den temperaturen hvor glassfibermatten tørkes.

7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående kravene, karakterisert ved at bindemiddelet omfatter et mikrobiologisk konserveringsmiddel.

8. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående kravene, karakterisert ved at bindemiddelet omfatter 0,1-10 vektprosent hydrofobt middel, og 0,5-3,0 vektprosent konserveringsmiddel basert på stivelse.

9. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående kravene, karakterisert ved at den vandige dispersjonen omfatter 1-20 vektprosent bindemiddel, fortrinnsvis 4-12 vektprosent.

10. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående kravene, karakterisert ved at det påføres en vandig dispersjon på glassfibrene for å danne bindemiddelet som omfatter (a) naturlig stivelsesulfamat med et hydrofobt middel og mikrobiologisk konserveringsmiddel; (b) forgelatinisert naturlig stivelse, et salt av sulfaminsyre og et hydrofobt middel og mikrobiologisk konserveringsmiddel; (c) naturlig stivelse, forgelatinisert stivelse, et salt av sulfaminsyre og et hydrofobt middel og mikrobiologisk konserveringsmiddel eller (d) blandingen (a), (b) eller (c), hvori en del av eller all stivelsen er nedbrutt.