RS64444B1 - Proces proizvodnje mineralne vune - Google Patents

Description

Opis

Predmetna prijava se odnosi na proces proizvodnje proizvoda za toplotnu izolaciju na bazi mineralne vune, koristeći sredstva za zaštitu od prašine tipa emulzije ulja u vodi.

Proizvodnja proizvoda za izolaciju na bazi mineralne vune generalno obuhvata korak proizvodnje staklenih vlakana ili kamenih vlakana procesom centrifugiranja. Na njihovom putu između uređaja za centrifugiranje i trake za prikupljanje vlakana, vodena vezivna kompozicija, poznata i pod nazivom vezivno sredstvo, prska se na vlakna dok su još uvek vruća, a zatim kompozicija prolazi termoreaktivnu reakciju na temperaturama od oko 200 °C.

Fenolne smole koje se već nekoliko decenija koriste kao vezivna sredstva se sve više zamenjuju proizvodima dobijenim iz obnovljivih izvora i koji emituju vrlo malo ili nimalo formaldehida, koji je jedinjenje za koje se smatra da je potencijalno štetno po zdravlje ljudi.

Stoga je poznata praksa, na primer iz US 8197587 i US 2011/0223364, da se mineralna vlakna vezuju sa vodenim vezivnim kompozicijama bez formaldehida koji sadrže, kao termički umrežljive reagense, ugljene hidrate i polikarboksilne kiseline.

Osim toga, poznato je da se u vodenu vezivnu kompoziciju mineralnih vlakana ugrađuje sredstvo za smanjenje prašine. Sredstvo za zaštitu od prašine koje se najčešće koristi je mineralno ulje. Da bi se garantovalo homogeno mešanje mineralnog ulja sa vodenom vezivnom kompozicijom i primenjenom količinom sredstva za zaštitu od prašine koje je stabilno tokom vremena, predloženo je da se mineralno ulje pakuje u obliku emulzije ulja u vodi koja je stabilizovana surfaktantima i/ili sredstvima za zgušnjavanje vodene faze.

WO2015/132518 i WO2015/181458 otkrivaju proces proizvodnje proizvoda za izolaciju na bazi mineralne vune koji se sastoji od primene na mineralnim vlaknima vodenog sastava vezivnog sredstva na bazi šećera i toplotnog stvrdnjavanja sastava. Emulzija ulja u vodi jednog minerala dodaje se u vodenu kompoziciju vezivnog sredstva u cilju smanjenja stvaranja prašine u proizvodu za izolaciju. Upotrebljena emulzija za zaštitu od prašine (Hydrowax<®>88) sadrži kapljice mineralnog ulja prečnika oko 1,8 µm.

WO2012/118939 takođe otkriva proces proizvodnje proizvoda za izolaciju na bazi mineralnih vlakana koristeći vodenu kompoziciju vezivnog sredstva na bazi dekstrina (oligomernih šećera). Emulzija za zaštitu od prašine (emulzija ulja) se dodaje u kompoziciju vezivnog sredstva. Ova prijava ne sadrži informacije o veličini kapljica emulzije ulja.

Uglavnom se traže emulzije koje su što je moguće finije i stabilnije. Predmetni pronalazak je zasnovan na otkriću da velika stabilnost i finoća emulzija ulja u vodi koje su se do sada koristile mogu da ograniče efikasnost sredstava za zaštitu od prašine.

Konkretno, generalno se pretpostavlja da deo mineralnog ulja efikasan u zadržavanju prašine je deo koji se širi po površini sloja vezivnog sredstva (to je na međupovršini vezivnog sredstva/vazduha) koji se stvrdnjava na kraju koraka stvrdnjavanja. Mineralno ulje se stoga mora odvojiti – tokom koraka primene na vlaknima ili odmah nakon toga – od ostalih sastojaka vezivne kompozicije kako bi se formirao površinski sloj koji prekriva sloj vezivnog sredstva. Konkretno, kapljice mineralnog ulja zarobljene u stvrdnutom vezivnom sredstvu ne bi bile efikasne za zadržavanje čestica prašine.

Tehnički problem iza predmetnog pronalaska stoga proizilazi iz dvostrukog ograničenja, odnosno

− iz potrebe da se obezbedi emulzija ulja u vodi sredstva za zaštitu od prašine koja je stabilna do trenutka kada se primenjuje vezivna kompozicija, i

− iz potrebe da se, prilikom prskanja vezivne kompozicije, brzo destabilizuje emulzija kako bi se formirao sloj ulja na površini sloja vezivnog sredstva.

Podnosilac prijave je, u kontekstu svojih istraživanja usmerenih na optimizaciju emulzija za zaštitu od prašine za mineralnu vunu koja se veže vezivnim sredstvima na biološkoj bazi, otkrio da je važan parametar koji treba uzeti u obzir veličina kapljica ulja. Emulzije koje sadrže relativno velike kapljice, reda veličine od nekoliko mikrona do nekoliko desetina mikrona, bile su efikasnije od finijih emulzija sa kapljicama reda veličine mikrona ili submikronskim kapljicama.

Ne želeći da budu vezani bilo kojom teorijom, pronalazači pretpostavljaju da je ovaj efekat posledica ubrzane destabilizacije emulzije. U procesu proizvodnje mineralne vune, kinetički aspekti su posebno važni: emulzija za zaštitu od prašine, poželjno stabilna tokom skladištenja, ubrizgava se u liniju koja snabdeva prsten za lepljenje vodenim vezivnim sredstvom. Nekoliko sekundi kasnije, smeša vezivne kompozicije/emulzije za zaštitu od prašine se raspršuje u vazduhu mlaznicama za prskanje i dolazi u kontakt sa mineralnim vlaknima koja su još uvek vruća. Viskoznost primenjenog vezivnog sredstva se veoma brzo povećava nakon isparavanja vodene faze i vezivno sredstvo se trajno stvrdnjava grejanjem u peći za sušenje nekoliko desetina sekundi kasnije. Stoga, u prvim sekundama nakon primene na vlaknima, kapljice mineralnog ulja za zaštitu od prašine moraju da se spoje i formiraju film na površini sloja vezivnog sredstva. Ako su kapljice ulja premale, destabilizacija emulzije je prespora i postoji rizik da preveliki deo ulja ostane zarobljen u obliku sitnih kapljica u masi stvrdnutog vezivnog sredstva.

Emulzije ulja u vodi koje se koriste u predmetnom pronalasku su stoga efikasnije od onih iz prethodnog stanja tehnike, jer sadrže veće kapljice ulja koje se lakše spajaju i brže migriraju na međupovršinu vezivnog sredstva/vazduha. Olakšana ruptura emulzije ubrzava migraciju ulja na međupovršinu vezivnog sredstva/vazduha i smanjuje, pa čak i eliminiše, količinu ulja zarobljenog u masi stvrdnutog vezivnog sredstva. Rezultat toga je povećanje efikasnosti zaštite od prašine.

Predmetni pronalazak se stoga odnosi na proces proizvodnje proizvoda za izolaciju na bazi mineralne vune, kao što je definisano u patentnom zahtevu 1. Pod izrazom „sredstvo za umrežavanje za umrežavanje ugljenih hidrata” se u predmetnoj prijavi podrazumeva jedinjenje koje je sposobno da reaguje, opciono u prisustvu katalizatora, sa ugljenim hidratima i da sa ovim poslednjim formira trodimenzionalnu mrežu koja je barem delimično nerastvorljiva.

Proces prema ovom pronalasku stoga obuhvata sledeća četiri koraka:

(1) mešanje vezivne kompozicije sa emulzijom ulja u vodi, koja se u daljem tekstu naziva emulzija za zaštitu od prašine,

(2) primena dobijene smeše na vlaknima mineralne vune, poželjno prskanjem (raspršivanjem vezivne kompozicije u vazduh),

(3) isparavanje isparljive faze smeše vezivne kompozicije i emulzije za zaštitu od prašine, i

(4) toplotno stvrdnjavanje neisparljivog dela na visokim temperaturama, generalno najmanje na 200 °C.

Emulzija ulja u vodi koja se koristi u predmetnom pronalasku je po mogućstvu stabilna emulzija. To znači da se može čuvati, u odsustvu mešanja, nekoliko nedelja na temperaturi između 20 °C i 50 °C bez značajnog povećanja srednjeg prečnika kapljica ulja koje sadrži.

Sadržaj ulja u emulzijama za zaštitu od prašine predmetnog pronalaska je između 30% i 70% masenog udela, poželjno između 40% i 65% masenog udela, a posebno između 45% i 60% masenog udela.

Emulzije za zaštitu od prašine koje se koriste u predmetnom pronalasku sadrže, kao sredstvo za zaštitu od prašine, mineralno ulje poznato i pod nazivom tečni parafin. Povoljno ima kinematičku viskoznost na 20 °C između 100 i 6000 mm<2>/s.

Podnosilac prijave je dobio posebno povoljne rezultate sa mineralnim uljem „velike viskoznosti” koje ima kinetičku viskoznost na 20 °C (ISO 3104) između 1000 i 5000 mm<2>/s. Posebno je poželjan ovaj opseg kinetičke viskoznosti mineralnog ulja.

Mineralna ulja su dostupna na tržištu, na primer, pod nazivima Novadex C304 ili Catenex S579 (ulje velike viskoznosti) ili Novadex B110 (ulje male viskoznosti).

Emulzija ulja u vodi za zaštitu od prašine je stabilizovana kombinacijom dve komponente, odnosno:

− nejonski surfaktant ili smeša nejonskih surfaktanata, i

− polimer za zgušnjavanje za zgušnjavanje vodene faze.

Upotreba se u principu može napraviti od bilo kojeg nejonskog surfaktanta poznatog po svojim emulgujućim svojstvima. Generalno ima HLB (hidrofilno-lipofilni balans) veći od 10.

Kao primeri nejonskih surfaktanata koji se mogu koristiti za predmetni pronalazak, mogu se navesti:

− estri masnih kiselina, posebno polialkoksilovani derivati masnih kiselina,

− etri masnih alkohola, posebno polialkoksilovani derivati masnih alkohola,

− polialkoksilovani derivati poliola, kao što su polialkoksilovani derivati glicerola ili trimetilopropana,

− blok kopolimeri poli(etilen oksida) i poli(propilen oksida), posebno poloksameri koji su triblok kopolimeri koji sadrže jedan centralni poli(propilen oksid) blok i dva poli(etilen oksid) bloka.

Ukupna količina nejonskog (nejonskih) surfaktanta (surfaktanata) je između 0,5 i 5 masenih delova, poželjno između 1,2 i 3 masenih delova, a posebno između 1,5 i 2,8 masenih delova na 100 masenih delova mineralnog ulja.

Polimeri za zgušnjavanje za zgušnjavanje vodene faze su poznati. Oni su polisaharidi koji su rastvorljivi u vodi na ambijentalnoj temperaturi. Kao primeri takvih polisaharida, mogu se navesti derivati celuloze, posebno hidrofilni celulozni etri, kao što su hidroksialkil celuloze i karboksialkil celuloze, maltodekstrini, prirodna guma, kao što su ksantan guma, guar guma i skleroglukani. Naravno, moguće je koristiti kombinaciju ovih sredstava za zgušnjavanje.

Kada se izrazi u odnosu na količinu mineralnog ulja, količina polisaharida rastvorljivog u vodi je između 0,1 i 2 masena dela, poželjno između 0,5 i 1 masenog dela na 100 masenih delova mineralnog ulja.

Da bi se pripremala emulzija ulja u vodi predmetnog pronalaska, povoljno se prvo priprema vodeni rastvor surfaktanta ili surfaktanata i polimera za zgušnjavanje za zgušnjavanje vodene faze. Rastvaranje ove dve komponente rastvorljive u vodi može zahtevati umereno grejanje vodene faze, na primer, na temperaturi između 30 i 80 °C, a relativno dugo vreme mešanja od oko 1 sata do 20 sati. Međutim, poželjno je da nakon povratka na ambijentalnu temperaturu dve komponente ostanu rastvorljive u vodi.

Zatim se mineralno ulje dodaje u vodenu fazu koja sadrži surfaktant i polisaharid rastvorljiv u vodi u rastvorenom stanju. Smeša se zatim podvrgava silama smicanja ili ultrazvučnim talasima dok se ne dobije stabilna emulzija.

Podnosilac prijave je koristio, za dobijanje emulzija ulja u vodi sa kapljicama srednje veličine većim od 5 µm, raspršivač Ultra-Turrax IKA T50 sa alatom za raspršivanje S50N - G45G, pri čemu je raspršivač radio pri maksimalnoj brzini (10.000 o/min) oko 1 do 5 min.

Veličina kapljica može da se prilagodi izmenom sile smicanja koja se koristi (odnosno brzine smicanja raspršivača) ili viskoznosti mineralnog ulja koje se koristi:

− za određeno mineralno ulje, što je veća sila smicanja, manje su kapljice; kada je potrebno da se poveća njihov prečnik, potrebno je da se smanji brzina rotacije alata za raspršivanje,

− za određenu silu smicanja, što je ulje viskoznije, veći je prečnik kapljica; kada je potrebno da se smanji prečnik, preporučuje se da izaberete manje viskozno ulje.

Količina nejonskih surfaktanata i/ili sredstva za zgušnjavanje ima mali uticaj na prečnik kapi, ali ima uticaj na stabilnost dobijenih emulzija.

Srednji prečnik po zapremini kapljica ulja dobijene emulzije se zatim određuje laserskom analizom veličine čestica pomoću analizatora veličine čestica laserskom difrakcijom (Metasizer 2000 ili Metasizer 3000) na temperaturi od 20 °C. Za ovo, potrebno je da se emulzija razredi u velikoj zapremini vode (razređivanje od oko 1/1000 do 1/100.000). Vrednost srednjeg prečnika je, međutim, nezavisna od izvršenog razređivanja.

Kao što je već objašnjeno u uvodu, podnosilac zahteva je uočio da, za određenu količinu ulja koja se primenjuje, emulzije ulja u vodi predmetnog pronalaska sa raspodelom veličine čestica srednjeg prečnika većeg od 5 µm su imale bolju efikasnost zaštite od prašine od emulzija iz prethodnog stanja tehnike koje sadrže kapljice manje veličine.

Ovaj srednji prečnik je između 5,1 i 150 µm, poželjno između 6,0 i 100 µm, poželjnije između 6,5 i 60 µm, i dalje poželjnije između 7 i 40 µm, poželjno između 8 i 35 µm, posebno između 10 i 30 µm.

Vezivna kompozicija zasnovana na ugljenim hidratima i sredstvu za umrežavanje, poželjno polikarboksilnim kiselinama, korišćena u predmetnom pronalasku je poznata i opisana na primer u US 8197587, WO2010/029266, WO2013/014399, WO2015/181458, WO2012/168619, WO2012/168621, WO2012/072938.

U predmetnoj prijavi, izraz „ugljeni hidrati” ima šire značenje nego obično, s obzirom na to da ne obuhvata samo ugljene hidrate u užem smislu, to jest redukujuće šećere ili ugljene hidrate formule Cn(H2O)psa najmanje jednom aldehidnom ili ketonskom grupom (redukujuća grupa), već i proizvode hidrogenizacije ovih ugljenih hidrata gde je aldehidna ili ketonska grupa redukovana na alkohol. Ovaj izraz obuhvata i neredukujuće šećere koji se sastoje od nekoliko jedinica ugljenih hidrata, od kojih su karboni koji sadrže hemiacetal hidroksil uključeni u glikozidne veze koje povezuju jedinice.

Komponenta ugljenih hidrata (komponenta (a)) vezivne kompozicije prema pronalasku može se sastojati isključivo od hidrogenizovanih šećera i biti bez redukujućih ili neredukujućih šećera. Ova realizacija je korisna jer dovodi do proizvoda za izolaciju koji su konkretno relativno bezbojni.

Proizvodi za izolaciju na bazi mineralne vune dobijeni sa vezivnom kompozicijom sa određenim sadržajem redukujućih šećera su relativno više obojeni, ali mogu imati stvarnu ekonomsku prednost povezanu sa niskom cenom redukujućih šećera ili mešavina nepotpuno hidrogenizovanih šećera.

U predmetnom pronalasku, pojam „hidrogenizovani šećer” podrazumeva sve proizvode koji nastaju redukcijom saharida izabranog od monosaharida, disaharida, oligosaharida i polisaharida i smeša ovih proizvoda.

Hidrogenizovani šećer je poželjno proizvod hidrogenizacije skrobnog hidrolizata.

Skrobni hidrolizati su proizvodi dobijeni enzimskom i/ili kiselinskom hidrolizom skroba. Stepen hidrolize se generalno karakteriše dekstroznim ekvivalentom (DE), definisan sledećim odnosom:

broj prekinutih glikozidnih veza

DE = 100 x ( )

broj glikozidnih veza u početnom skrobu

Povoljni skrobni hidrolizati imaju, pre koraka hidrogenizacije, DE od 5 do 99, a najpovoljnije između 10 i 80.

Hidrogenizacija saharida se može vršiti poznatim metodama koje deluju pod visokim pritiskom vodonika i temperaturnim uslovima, u prisustvu katalizatora izabranog od elemenata grupa IB, IIB, IVB, VI, VII i VIII periodnog sistema elemenata, po mogućstvu iz grupe koja sadrži nikl, platinu, paladijum, kobalt, molibden i njihove mešavine. Poželjni katalizator je Raney nikl. Hidrogenizacija pretvara šećer ili smešu šećera (skrobni hidrolizat) u poliole ili šećerne alkohole.

Primeri hidrogenizovanih šećera koji se mogu navesti uključuju eritritol, arabitol, ksilitol, sorbitol, manitol, iditol, maltitol, izomaltitol, laktitol, celobitol, palatinitol, maltotritol i proizvode hidrogenizacije skrobnih hidrolizata.

Poželjno će se koristiti proizvodi hidrogenizacije hidrolizata skroba.

Poželjno, hidrogenizovani šećer ili smeša hidrogenizovanih šećera se pretežno sastoji, tj. više od 50% masenog udela, od maltitola (proizvod hidrogenizacije maltoze, dimera glukoze koji nastaje enzimskom hidrolizom skroba).

Komponenta ugljenih hidrata (komponenta (a)) može se sastojati isključivo od redukujućih šećera. Međutim, iz gore navedenih razloga, poželjno sadrži značajni deo hidrogenizovanih šećera. Udeo hidrogenizovanih šećera u ugljenim hidratima je poželjno između 25% i 100% težinskih, a komponenta (a) tada sadrži do 75% masenog udela jednog ili više redukujućih ili neredukujućih šećera, pored hidrogenizovanog/-ih šećera.

Sadržaj hidrogenizovanih šećera u ugljenim hidratima (komponenta (a)) je poželjno najmanje jednak 30% masenog udela, posebno najmanje jednak 50% masenog udela, a idealno najmanje jednak 70% masenog udela.

Redukujući šećeri uključuju oze (monosaharide) i ozide (disaharide, oligosaharide i polisaharide).

Primeri monosaharida koji se mogu navesti uključuju one koji sadrže od 3 do 8 atoma ugljenika, poželjno aldoze i povoljno aldoze koje sadrže 5 do 7 atoma ugljenika. Aldoze koje su posebno poželjne su prirodne aldoze (koje pripadaju D-seriji), posebno heksoze kao što su glukoza, manoza i galaktoza.

Primeri disaharida koji se mogu koristiti kao redukujući šećeri su laktoza ili maltoza.

Polisaharidi koji se mogu koristiti za predmetni pronalazak poželjno imaju prosečnu molekulsku masu manju od 100.000, poželjno manju od 50.000, povoljno manju od 10.000.

Poželjno, polisaharid sadrži najmanje jednu jedinicu izabranu iz gore navedenih aldoza, povoljno glukozu. Posebno su poželjni redukujući polisaharidi koji se pretežno sastoje (više od 50% masenog udela) od jedinica glukoze.

1

Redukujući šećer može posebno biti smeša monosaharida, oligosaharida i polisaharida, posebno dekstrina.

Dekstrini su jedinjenja na koja se odnosi opšta formula (C6H10O5)n. Dobijaju se delimičnom hidrolizom skroba. Njihov dekstrozni ekvivalent (DE) je povoljno između 5 i 99, poželjno između 10 i 80.

Neredukujući šećer je poželjno neredukujući oligosaharid koji sadrži najviše deset jedinica ugljenih hidrata.

Primeri takvih neredukujućih šećera su disaharidi, kao što su trehaloza, izotrehaloze, saharoza i izosaharoze, trisaharidi kao što su melezitoza, gentianoza, rafinoza, erloza i umbeliferoza, tetrasaharidi kao što je stahioza i pentasaharidi kao što je verbaskoza.

Saharoza i trehaloza su poželjne, a saharoza je još bolja.

Komponenta (a), odnosno ugljeni hidrat koji se sastoji od hidrogenizovanih šećera i/ili redukujućih i/ili neredukujućih šećera, pogodno predstavlja od 30% do 70% masenog udela i poželjno od 40% do 60% masenog udela čvrstih materija vezivne kompozicije. Ove vrednosti su pre dodavanja emulzije za zaštitu od prašine.

Sredstvo za umrežavanje koje se koristi u predmetnom pronalasku je poželjno izabrano od polikarboksilnih kiselina, soli i anhidrida polikarboksilnih kiselina, metalnih soli mineralnih kiselina i soli amina i amonijaka mineralnih kiselina.

Mineralne kiseline su, na primer, sumporna kiselina, fosforna kiselina, azotna kiselina i hlorovodonična kiselina. Metalne soli mogu da budu soli alkalnih metala, zemnoalkalnih metala i prelaznih metala.

Mineralne kiseline i njihove soli koje se mogu koristiti kao sredstvo za umrežavanje u predmetnom pronalasku su opisane, na primer, u prijavama WO2012/168619, WO2012/168621 i WO2012/072938.

U jednoj poželjnoj realizaciji, sredstvo za umrežavanje se sastoji od polikarboksilne kiseline ili je polikarboksilna kiselina. Polikarboksilna kiselina može biti polimerna kiselina (odnosno dobijena polimerizacijom karboksilovanih monomera) ili monomerna kiselina.

Da bi se ograničila viskoznost vezivne kompozicije, ova polikarboksilna kiselina povoljno ima prosečnu molarnu masu manju ili jednaku 50.000, poželjno manju ili jednaku 10.000 i povoljno manju ili jednaku 5000.

Mogu se navesti, kao primer polimernih polikarboksilnih kiselina, homopolimeri i kopolimeri dobijeni od monomera koji sadrže najmanje jednu grupu karboksilne kiseline, kao što su (met)akrilna kiselina, krotonska kiselina, izokrotonska kiselina, maleinska kiselina, dinalna kiselina, cimetna kiselina, 2-metilmaleinska kiselina, fumarna kiselina, itakonska kiselina, 2-metilitakonska kiselina, α,β-metilenglutarna kiselina i nezasićeni monoestri dikarboksilne kiseline, kao što su C1-C10 alkil maleati i fumarati. Kopolimeri mogu dalje da sadrže jedan ili više vinilnih ili akrilnih monomera, kao što su vinil acetat, stiren, koji je nesupstituisan ili supstituisan sa alkil, hidroksil ili sulfonil grupom Ili sa halogenim atomom, (met)akrilonitrilom, (met)akrilamidom, C1-C10 alkil (met)akrilatom, posebno metil (met)akrilatom, etil (met)akrilatom, n-butil (met)akrilatom i izobutil (met)akrilatom.

U jednoj posebno poželjnoj realizaciji, komponenta (b) je monomerna polikarboksilna kiselina ili se sastoji od nje. Monomerna polikarboksilna kiselina znači polikarboksilna kiselina koja nije rezultat polimerizacije karboksilovanih monomera. Stoga monomerna polikarboksilna kiselina ne sadrži lanac jedinica koje se ponavljaju.

Može biti dikarboksilna, trikarboksilna ili tetrakarboksilna kiselina.

Dikarboksilne kiseline obuhvataju, na primer, oksalnu kiselinu, malonsku kiselinu, sukcinsku kiselinu, glutarnu kiselinu, adipinsku kiselinu, pimelinsku kiselinu, suberinsku kiselinu, azelainsku kiselinu, sebacinsku kiselinu, jabučnu kiselinu, vinsku kiselinu, tartronsku kiselinu, asparaginsku kiselinu, glutaminsku kiselinu, fumarnu kiselinu, itakonsku kiselinu, maleinsku kiselinu, traumatinsku kiselinu, kamfornu kiselinu, ftalnu kiselinu i njihove derivate, posebno koje sadrže najmanje jedan atom bora ili hlora, tetrahidroftalnu kiselinu i njene derivate, posebno koje sadrže najmanje jedan atom hlora, kao što su hlorendinska kiselina, izoftalna kiselina, teraftalna kiselina, mezakoniska kiselina i citrakonska kiselina.

Trikarboksilne kiseline obuhvataju, na primer, limunsku kiselinu, trikarboksilnu kiselinu, 1,2,4-butanetrikarboksilnu kiselinu, akonitinsku kiselinu, hemimelitsku kiselinu, trimelitsku kiselinu i trimezinsku kiselinu.

Kao tetrakarboksilna kiselina, može se, na primer, navesti 1,2,3,4-butantetrakarboksilna kiselina i piromelitska kiselina.

Limunska kiselina će poželjno biti korišćena.

Komponenta (b) povoljno predstavlja od 30% do 70% masenog udela i poželjno od 40% do 60% masenog udela čvrstih materija vezivne kompozicije predmetnog pronalaska. Ove vrednosti su pre dodavanja emulzije za zaštitu od prašine.

Maseni odnos komponente (a) prema komponenti (b) je poželjno između 70/30 i 30/70, posebno između 60/40 i 40/60.

Vezivna kompozicija se poželjno sastoji od katalizatora za esterifikaciju koji se može izabrati, na primer, od Luisovih kiselina i baza, kao što su gline, koloidni ili nekoloidni silicijum dioksid, metalni oksidi, urea sulfati, urea hloridi i katalizatori na bazi silikata.

Katalizator može da bude i jedinjenje koje sadrži fosfor, na primer, hipofosfit alkalnog metala, fosfit alkalnog metala, polifosfat alkalnog metala, hidrogen fosfat alkalnog metala, fosforna kiselina ili alkilfosfonska kiselina.

Poželjno, alkalni metal je natrijum ili kalijum.

Katalizator može da bude i jedinjenje koje sadrži fluor i bor, na primer, tetrafluoroborna kiselina ili so ove kiseline, posebno tetrafluoroborat alkalnog metala kao što su natrijum ili kalijum, tetrafluoroborat alkalnog metala kao što su kalcijum ili magnezijum, tetrafluoroborat cinka ili tetrafluoroborat amonijaka.

1

Poželjno, katalizator je natrijum hipofosfit, natrijum fosfit ili smeša ovih jedinjenja.

Količina katalizatora koja se uvodi u vezivno sredstvo generalno predstavlja najviše 20% masenog udela, povoljno od 1% do 10% masenog udela, u odnosu na ukupnu masu komponenti (a) i (b).

Vezivna kompozicija prema pronalasku može dalje da sadrži konvencionalne aditive navedene u nastavku u sledećim proporcijama izračunatim na osnovu 100 masenih delova komponenata (a) (b):

od 0 do 2 masena dela silana, posebno aminosilana,

od 0,1 do 3 masena dela poliorganosiloksana, poželjno polidimetilsiloksana (PDMS),

od 0 do 20 masena dela poliola koji se razlikuje od hidrogenizovanih šećera,

od 0 do 30 masena dela, poželjno 0 do 20 masena dela uree,

od 0 do 30 masenih delova ekstenzionog punjenja (ekstendera) izabranog od derivata lignina kao što su amonijak lignosulfonat (ALS) ili natrijum lignosulfonat, i životinjskih ili biljnih proteina.

Uloga ovih aditiva je poznata, kratko podsećanje:

Silan je sredstvo za spajanje koje može da reaguje i sa površinom vlakana i sa komponentama vezivnog sredstva.

Poliorganosiloksan je poželjno polidiorganosiloksan koji sadrži funkcije sposobne da reaguju sa sastojcima (a) ili (b) vezivne kompozicije i/ili sa silanol grupama na površini stakla. Ove funkcije su, na primer, silanol, karboksil, anhidrid, amin, epoksi ili vinil funkcije, posebno silanol i karboksil funkcije.

Uloga ovog poliorganosiloksana je da smanji hidrofilnu prirodu stvrdnutog vezivnog sredstva i konačnog proizvoda koji se dobija.

Reaktivni silikon je poželjno tečnost na ambijentalnoj temperaturi.

Prosečna molarna masa je generalno manja ili jednaka 50.000, poželjno manja ili jednaka 10.000.

Poželjno, reaktivni silikon se sastoji od reaktivne funkcije, povoljno silanol funkcije, na svakom kraju lanca.

Reaktivna funkcija reaktivnog silikona može da bude blokirana zaštitnom grupom koja otpušta navedenu reaktivnu funkciju pod dejstvom toplote. Procenat reaktivnog silikona u vezivnoj kompoziciji generalno varira od 0,1 do 3 masena dela, poželjno od 0,3 do 2,5 masenih delova, povoljno od 0,5 do 2,0 masena dela i još bolje od 0,7 do 1,8 masenih delova, na 100 masenih delova zbira komponenti (a) i (b).

Priprema vezivne kompozicije se vrši jednostavnim mešanjem gore navedenih sastojaka sa vodom.

U procesu predmetnog pronalaska, aditiv za zaštitu od prašine, odnosno emulzija ulja u vodi, dodaje se u vezivnu kompoziciju poželjno neposredno pre primene na mineralnim vlaknima. Primena vezivne kompozicije na mineralna vlakna poželjno se vrši prstenom za prskanje koji sadrži mnoštvo mlaznica.

U jednoj realizaciji, emulzija ulja u vodi se dodaje u rezervoar vezivne kompozicije i dobijena smeša može da se meša konvencionalnim sistemom za mešanje dok se ne postigne ujednačena raspodela kapljica ulja u kompoziciji koja se prska.

U drugoj realizaciji, stabilna emulzija ulja u vodi se uvodi u vezivnu kompoziciju ubrizgavanjem protoka emulzije ulja u vodi u protok vezivne kompozicije kojim se snabdeva prsten za prskanje. Mešanje dva tečna sastava se zatim vrši turbulentnim protokom smeše u linijama opreme.

U ovoj drugoj realizaciji, uvođenje emulzije ulja u vodi u vezivnu kompoziciju izvršiće se najviše nekoliko desetina sekundi pre prskanja smeše kroz mlaznice prstena za prskanje.

1

Razređenje kroz koje prolazi emulzija za zaštitu od prašine kada se uvede u vezivnu kompoziciju je između oko 1/10 i 1/500, posebno između 1/20 i 1/200.

Vezivna kompozicija koja sadrži emulziju za zaštitu od prašine se poželjno primenjuje na mineralnim vlaknima u količini koja je konačni sadržaj organskog vezivnog sredstva, nakon isparavanja faze rastvarača i stvrdnjavanja u peći za sušenje, iznosi oko 3% do 7%, posebno između 3,5% i 6,5% i posebno poželjno između 4% i 6% masenog udela, u odnosu na masu mineralnih vlakana.

Količina mineralnog ulja koja se primenjuje na vlaknima mineralne vune i prisutna je u konačnom proizvodu između 0,1% i 2,0%, poželjno između 0,2% i 1,0%, posebno između 0,3% i 0,8%, u odnosu na masu mineralnih vlakana.

Primeri

1) Priprema vezivne kompozicije (osnovno vezivno sredstvo)

Vezivne kompozicije koje sadrže 48 masenih delova Maltilite<®>5575 (maltitol sirupa), 52 masena dela limunske kiseline i 5 masenih delova natrijum hipofosfita. Vezivna kompozicija se priprema uvođenjem, u rezervoar, vode (oko 80% konačnog sastava), hidrogenizovanog šećera (maltitol sirupa), limunske kiseline i natrijum hipofosfita (katalizatora).

2) Priprema stabilne emulzije ulja u vodi za zaštitu od prašine prema pronalasku

150 g Pluronic F-127 (triblok kopolimer propilen oksida i etilen oksida) i 65 g Rhodopol 23 (ksantan gume) rastvoreni su u 10 litara vode zagrevanjem na temperaturi od oko 50 °C i mešanjem oko 20 sati dok se surfaktant i sredstvo za zgušnjavanje u potpunosti ne rastvore. Dodato je pored 4,8 kg ovog vodenog rastvora 5,5 litara mineralnog ulja kinetičke viskoznosti na 20 °C od 2300 mm<2>/s (ISO 3104), kinetičke viskoznosti na 40 °C od 500 mm<2>/s (ISO 3104) i tačke paljenja od 300 °C (ISO 2592). Zatim, raspršivač Ultra-Turrax® T50 opremljen alatom za raspršivanje S50N-G45G uvodi se u smešu, a zatim se Ultra-Turrax koristi pri brzini od 10.000 o/min tokom 2 min.

1

Srednji prečnik kapljica ulja dobijene emulzije je 16 µm. Ovaj prečnik ne varira nakon čuvanja emulzije 1 nedelju na ambijentalnoj temperaturi.

3) Komparativna emulzija ulja u vodi

Emulzija HydroWax<®>88 koju prodaje kompanija SASOL koristi se kao komparativna emulzija za zaštitu od prašine. Ova emulzija sadrži oko 52–53% masenog udela mineralnog ulja velike viskoznosti koje ima kinetičku viskoznost na 40 °C od 500 mm<2>/s i tačku paljenja veću od 280 °C. Prema informacijama koje je dao proizvođač, ova emulzija je stabilizovana anjonskim surfaktantima. Srednji prečnik kapljica ulja, određen analizom veličine čestica laserskom difrakcijom na uređaju Metasizer 2000 je 1,8 µm.

4) Proizvodnja pokrivača od mineralne vune

Staklena vuna se proizvodi tehnikom unutrašnjeg centrifugiranja u kojoj se kompozicija rastopljenog stakla pretvara u vlakna pomoću alata poznatog kao „centrifugalni spiner”, koji se sastoji od korpe koja formira komoru za primanje rastopljenog sastava i perifernog pojasa sa mnoštvom otvora: spiner se okreće oko svoje vertikalne ose simetrije, sastav se izbacuje kroz otvore pod dejstvom centrifugalne sile, a materijal koji izlazi iz otvora se atenuira u vlakna, uz pomoć slabijeg protoka gasa.

Konvencionalno, prsten za prskanje po veličini postavljen je ispod diska za fiberizaciju da bi se ujednačeno raspodelio sastav po veličini preko staklene vune koja je upravo formirana.

Vezivna kompozicija se meša sa svakom od emulzija ulja u vodi za zaštitu od prašine (prema pronalasku i komparativu) pomoću statičke mešalice.

Mineralna vuna, tako određene veličine, sakuplja se na pokretnoj traci opremljenoj unutrašnjim kutijama za izvlačenje koje drže mineralnu vunu u obliku mreže ili filca na površini pokretne trake. Pokretna traka zatim ulazi u peć za sušenje koja se održava na 270 °C, gde se sastavni delovi sastava za pripremu veličine polimerišu da bi se formiralo vezivno sredstvo. Dobijeni proizvod za izolaciju ima nominalnu gustinu koja iznosi 17,5 kg/m<3>, nominalnu debljinu od oko 75 mm i gubitak pri paljenju reda veličine 5%.

1

5) Evaluacija efikasnosti zaštite od prašine

Efikasnost emulzija ulja u vodi za zaštitu od prašine, prema pronalasku, procenjuje se uz pomoć ugrađenog uređaja. Uzorak staklene vune od 20 cm x 30 cm je pričvršćen u okvir tako da je najmanje jedna od njegovih glavnih površina slobodna. Perforirana ploča sa dimenzijama nešto manjim od dimenzija uzorka, pričvršćena za zglobnu ruku, udara u slobodnu površinu uzorka. Optički uređaj izračunava broj ispuštenih čestica.

6) Rezultati

Tabela 1 – Broj detektovanih čestica prašine

Gornja tabela 1 prikazuje broj čestica prašine detektovanih za uzorke staklene vune vezane istom vezivnom kompozicijom na bazi maltitola i limunske kiseline i koji sadrže identične količine mineralnog ulja velike viskoznosti.

Ovi rezultati pokazuju da, za istu količinu ulja (odnosno u iznosu od 0,2%, 0,4% i 0,7% masenog udela u odnosu na masu mineralnih vlakana), emulzija shodno pronalasku koja sadrži kapljice srednjeg prečnika od 16 µm efikasnije smanjuje broj čestica od kompozicije prema prethodnom stanju tehnike (HydroWax<®>88) koji sadrži čestice srednjeg prečnika od 1,8 µm.

1

Tabela 2 – Broj detektovanih čestica (u prisustvu PDMS-a)

Rezultati iz gornje tabele 2 su dobijeni pod uslovima koji su identični onima u redu 2 tabele 1 (0,4% mineralnog ulja dodatog u obliku emulzije ulja u vodi), s jedinom razlikom da je reaktivno silikonsko ulje (SILRES<®>BS 5137, prodaje kompanija Wacker) bilo dodato u vezivnu kompoziciju. Ovaj silikon čini vezivno sredstvo i konačni proizvod hidrofobnijim.

Uočeno je da je količina prašine ukupno veća nego u odsustvu silikonskog ulja. Smanjenje broja čestica prašine emulzijom u poređenju sa uljem prema prethodnom stanju tehnike je, međutim, jednako spektakularno kao i u odsustvu silikona.

1

Claims (15)

PATENTNI ZAHTEVI

1. Proces proizvodnje proizvoda za izolaciju na bazi mineralne vune, koji sadrži

- primenu, na vlaknima mineralne vune, kompozicije vezivnog sredstva koja sadrži

(a) najmanje jedan ugljeni hidrat izabran od redukujućih šećera, neredukujućih šećera, hidrogenizovanih šećera i njihove smeše,

(b) najmanje jedno sredstvo za umrežavanje ugljenih hidrata,

- isparavanje faze rastvarača kompozicije vezivnog sredstva i

- toplotno stvrdnjavanje neisparljivog dela kompozicije vezivnog sredstva, pri čemu je navedeni proces karakterisan time što se kompozicija vezivnog sredstva dodaje, poželjno neposredno pre njegove primene na vlaknima mineralne vune, emulzija ulja u vodi koja sadrži vodu, od 30 do 70% masenog udela mineralnog ulja, od 0,5 do 5,0 masenih delova na 100 masenih delova mineralnog ulja najmanje jednog nejonskog surfaktanta i od 0,1 do 2,0 masenih delova na 100 masenih delova mineralnog ulja poliozida rastvorljivog u vodi, pri čemu srednji prečnik kapljica ulja emulzije ulja u vodi, određen analizom veličine čestica laserskom difrakcijom, iznosi od 5,1 µm do 150 µm, a količina mineralnog ulja koje se primenjuje na vlaknima mineralne vune iznosi od 0,1 do 2,0% u odnosu na masu mineralnih vlakana.

2. Proces prema patentnom zahtevu 1, karakterisan time što je sredstvo za umrežavanje izabrano od polikarboksilnih kiselina, soli i anhidrida polikarboksilnih kiselina, metalnih soli mineralnih kiselina i soli amina i amonijaka mineralnih kiselina.

3. Proces prema patentnom zahtevu 2, karakterisan time što je sredstvo za umrežavanje izabrano od polikarboksilnih kiselina, poželjno od monomernih polikarboksilnih kiselina.

4. Proces prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva,

karakterisan time što udeo hidrogenizovanih šećera u ugljenom hidratu iznosi između 25% i 100% masenog udela, poželjno najmanje 30% masenog

2

udela, posebno najmanje 50% masenog udela, a poželjnije najmanje 70% masenog udela hidrogenizovanih šećera.

5. Proces prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva,

karakterisan time što kompozicija vezivnog sredstva dalje sadrži od 0,1 do 3 masena dela poliorganosiloksana, poželjno polidimetilsiloksana (PDMS), u odnosu na 100 masenih delova sastojaka (a) (b).

6. Proces prema patentnom zahtevu 5, karakterisan time što poliorganosiloksan sadrži funkcije sposobne da reaguju sa sastojcima (a) ili (b) vezivne kompozicije.

7. Proces prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva,

karakterisan time što mineralno ulje ima kinetičku viskoznost na 20 °C između 100 i 6000 mm<2>/s, poželjno između 1000 i 5000 mm<2>/s.

8. Proces prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva,

karakterisan time što srednji prečnik kapljica mineralnog ulja iznosi između 6,0 µm i 100 µm, poželjno između 6,5 i 60 µm, poželjnije između 7 i 40 µm, posebno između 8 i 35 µm, a idealno između 10 i 30 µm.

9. Proces prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva,

karakterisan time što emulzija ulja u vodi sadrži od 0,5 do 1 masenog dela poliozida rastvorljivih u vodi na 100 masenih delova mineralnog ulja.

10. Proces prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva,

karakterisan time što emulzija ulja u vodi sadrži od 1,2 do 3 masena dela nejonskog surfaktanta na 100 masenih delova mineralnog ulja.

11. Proces prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva,

karakterisan time što se primena vezivne kompozicije na mineralnim vlaknima vrši pomoću prstena za prskanje koji sadrži mnoštvo mlaznica, i time što se emulzija ulja u vodi uvodi u vezivnu kompoziciju ubrizgavanjem protoka emulzije ulja u vodi u protok vezivne kompozicije kojim se snabdeva prsten za prskanje.

12. Proces prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 10,

karakterisan time što se emulzija ulja u vodi dodaje u rezervoar koji sadrži kompoziciju vezivnog sredstva, a dobijena smeša se meša dok se ne postigne ujednačena raspodela kapljica ulja.

13. Proces prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva,

karakterisan time što količina mineralnog ulja koja se primenjuje na vlaknima mineralne vune iznosi između 0,2 i 1,0%, posebno između 0,3 i 0,8% u odnosu na masu mineralnih vlakana.

14. Proces prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva,

karakterisan time što je hidrogenizovani šećer izabran od proizvoda hidrogenizacije monosaharida, disaharida, oligosaharida i polisaharida i njihovih smeša.

15. Proces prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva,

karakterisan time što je hidrogenizovani šećer proizvod hidrogenizacije skrobnih hidrolizata.

Izdaje i štampa: Zavod za intelektualnu svojinu, Beograd, Kneginje Ljubice 5