WO2019050439A2 - Тепло- и звукоизоляционный материал из минерального волокна на основе нефенолформальдегидного связующего - Google Patents

Тепло- и звукоизоляционный материал из минерального волокна на основе нефенолформальдегидного связующего Download PDF

Info

Publication number
WO2019050439A2
WO2019050439A2 PCT/RU2018/050133 RU2018050133W WO2019050439A2 WO 2019050439 A2 WO2019050439 A2 WO 2019050439A2 RU 2018050133 W RU2018050133 W RU 2018050133W WO 2019050439 A2 WO2019050439 A2 WO 2019050439A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
binder
dehydrating agent
material according
dehydrating
salts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2018/050133
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2019050439A3 (ru
Inventor
Полина Викторовна АССОРОВА
Сергей Петрович ИВАНОВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nicol LLC
Original Assignee
Nicol LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nicol LLC filed Critical Nicol LLC
Priority to EP18854731.9A priority Critical patent/EP3680292A4/en
Publication of WO2019050439A2 publication Critical patent/WO2019050439A2/ru
Publication of WO2019050439A3 publication Critical patent/WO2019050439A3/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L29/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal or ketal radical; Compositions of hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L29/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
    • C08L29/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J129/00—Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal, or ketal radical; Adhesives based on hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J129/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
    • C09J129/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/10—Coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L3/00—Compositions of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
    • C08L3/04—Starch derivatives, e.g. crosslinked derivatives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J103/00—Adhesives based on starch, amylose or amylopectin or on their derivatives or degradation products
    • C09J103/04—Starch derivatives
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/58—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties by applying, incorporating or activating chemical or thermoplastic bonding agents, e.g. adhesives
    • D04H1/64—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties by applying, incorporating or activating chemical or thermoplastic bonding agents, e.g. adhesives the bonding agent being applied in wet state, e.g. chemical agents in dispersions or solutions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/30—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
    • C08K2003/3045—Sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/38—Boron-containing compounds
    • C08K2003/387—Borates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/24—Acids; Salts thereof
    • C08K3/26—Carbonates; Bicarbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/14—Glass
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B1/88—Insulating elements for both heat and sound

Definitions

  • the technical field to which the invention relates The invention relates.
  • the invention relates to the field of materials from mineral fibers using phenol and formaldehyde-free binder, which can be used in the manufacture of fibrous heat and sound insulation products used in various sectors of the national economy.
  • Mineral and stone wool is a fibrous material that is obtained from rock melts of the gabbro-basalt group, as well as metallurgical slags and their mixtures.
  • mineral wool is a highly effective heat and sound insulating material.
  • the melting point of the fibers exceeds 1000 ° C, which allows the use of mineral wool products in a wide range of operating temperatures.
  • the huge number of positive properties of the material makes it one of the most popular insulation and soundproof materials.
  • mineral wool has such unique properties as fire resistance, biological and chemical resistance to various aggressive substances, immunity to fungi and the effects of rodents. At the same time mineral wool meets the current sanitary and hygienic norms and quality standards. Also mineral wool characterizes the stability of volume and shape in any conditions, low thermal conductivity, high thermal resistance and high strength.
  • Mineral fiber products include: mats, slabs and rolls of glass wool, mineral wool and stone wool, which fibers are bonded together by a cured thermosetting polymeric binder.
  • the melt fibers formed in the centrifuge are blown into the fiber deposition chamber, and when they are airborne and still hot, a binder solution is applied to them, and they are deposited randomly as a primary carpet on the moving conveyor. Then, a carpet blank (mat) of the desired thickness is mechanically formed from the primary carpet, which is continuously fed into the polymerization chamber by a conveyor belt. In the polymerization chamber, heated air is blown through a layer of mat fiber to cure the binder and the joint together of individual mineral fibers.
  • the resulting carpet blanks (mat) are cooled by blowing through cold air through it, and cut into finished products (plates) or rolled into rolled material.
  • phenol-formaldehyde resins are used as binders for mineral fibers, because they are inexpensive, have a low viscosity and are able to cure to form a rigid polymer, thereby obtaining a final product with good physical and mechanical properties.
  • phenol-formaldehyde binders is becoming increasingly undesirable because of the use of toxic chemicals (phenol and formaldehyde) that pollute the environment during their production and release during their use.
  • the actual is the task of manufacturing products from mineral fibers, in which the fibers are bonded with a binder that does not contain phenol and formaldehyde (as well as other toxic substances).
  • non-phenol formaldehyde binders A variety of formaldehyde-free compositions (so-called non-phenol formaldehyde binders) have been developed for use as binders in the manufacture of fiber products.
  • the main disadvantage of these solutions is poor workability in their application, due to the incompatibility of the non-phenol-formaldehyde binders offered in them with traditional phenol-formaldehyde resin. This circumstance necessitates long stoppages of the process equipment for cleaning and washing the lines when switching from the production of non-phenol-formaldehyde brands of heat-insulating products to traditional phenolic ones, which occurs in practice when using polyacrylic acid binders (which have a strongly acidic pH and are therefore poorly compatible with low-alkaline phenol formaldehyde pitch).
  • a curable aqueous composition for a binder for a nonwoven fabric obtained by a method comprising combining the following components:
  • a polymer containing hydroxyl groups which is a combination of polyvinyl alcohol and at least one component selected from the group consisting of starch, modified starch and sugar;
  • composition additionally comprises (c) a catalyst.
  • While the mass ratio of components (a): (b) is in the range from 95: 5 to about 35:65, and the pH of the curable composition is increased to at least 1.25 by adding a nitrogen-containing base.
  • Non-polymeric polyaldehyde in the solution of patent RU2430124 is a blocked glyoxal or a blocked glutaraldehyde, which is blocked by a blocking agent, which is at least one agent selected from the group consisting of urea, ethylene urea, sorbitol and ethylene glycol.
  • This method is applicable for non-woven fabric, but has insufficient water resistance for mineral oat products.
  • a multifunctional cross-linking chemical agent for example, maleic anhydride, glyoxal or glutaraldehyde
  • a multifunctional cross-linking chemical agent does not allow us to state the complete environmental safety of such production and fibrous insulation products obtained from this fiber.
  • a fibrous insulation product in which the binder contains a polyol and a phosphorous crosslinking agent derived from phosphoric or phosphoric acid, a salt, ester or anhydride to form crosslinked phosphodiester bonds.
  • the polyol and the crosslinking agent form a polyester thermosetting resin, more specifically a phosphodiester crosslinked resin.
  • the thermal insulation material contains mineral fibers, a binder, and nano- or microparticles.
  • the binder is obtained by curing an aqueous composition containing polyvinyl alcohol, modified starch, a crosslinking agent, a catalyst, a silane, an oil dedusting agent and a water repellent.
  • Nano- or microparticles consist of a material selected from the group including graphite, fullerenes, carbon nanotubes, clays, particles of metals and their alloys, carbides and oxides, silicon dioxide microparticles (microspheres), or any combination of the above objects, or any combination thereof. Nano- or microparticles are used to create a more dense network of cross-links, resulting from the interaction of polycondensation or polymerization centers, different reactive functional groups of the binder, which provides better curing of the components of the binder.
  • This method has its advantages and allows you to get a fairly good product, but nevertheless it is characterized by certain disadvantages: the preparation of the binder in the described technology is complicated due to the need for continuous thorough mixing of the powder of insoluble micro- and nanoparticles in the mass of liquid binder and ensuring a stable distribution of suspended solids particles in an aqueous solution of its components. Also, due to the low bulk density, the introduction into the composition of the binder of some nanoparticles can be a technological difficulty.
  • a heat and sound insulating material was developed that contains mineral fibers with a diameter of 0.5 to 10.0 microns and a binder containing a non-toxic polymer component that binds these fibers, capable of transition to a non-meltable and insoluble state due to the process of its independent catalytic thermodehydration, intermolecular and intramolecular crosslinking.
  • the polymer component contains polyvinyl alcohol and modified starch as the main constituents and is cured from the aqueous composition.
  • the binder also contains technological additives, which are common in the production of such heat and sound insulating fibrous materials, such as silane, oil dedusting agent, water repellent agent.
  • the binder contains a catalytic system, which is a combination of two different dehydrating agents. This contributes to the dehydration process for a time sufficient for the carpet blanks (mat) to pass through the polymerization chamber (for 4-10 minutes, at curing temperatures of up to 225 ° C).
  • a catalytic system which is a combination of two different dehydrating agents. This contributes to the dehydration process for a time sufficient for the carpet blanks (mat) to pass through the polymerization chamber (for 4-10 minutes, at curing temperatures of up to 225 ° C).
  • no other special chemical cross-linking substances (which are involved in the intermolecular chemical reaction with hydroxyl-containing components of the binder) are used in the process, which ensures a substantially greater degree of environmental safety of the products obtained.
  • composition of the catalytic system consists of two dehydrating agent - the main (contained in large quantities) and additional (contained in smaller quantities).
  • this dehydrating agents for mixing is chosen from the following substances:
  • organic titanium compounds preferably tetrabutoxytitanium
  • - organic nickel compounds preferably nickel formate
  • - boron compounds preferably sodium tetraborate
  • silver salts preferably: silver oxalate and / or silver nitrate
  • cerium sulfate preferably cerium sulfate
  • the mass ratio of the main and additional dehydrating agent is approximately from 7 to 29. With a larger ratio, there is an unjustified overrun of the dehydrating agent, and with a larger proportion of the additional dehydrating agent, the cost of the composition increases significantly without significant gain in the properties of the finished product and technological conditions.
  • the combined dehydrating system which is present in the obtained products in very small quantities (no more than 0.022% by weight of the finished product) and does not pose a threat to environmental safety when used, nevertheless provides the effect of crosslinking, working in a binder as an amplifier for the dehydration of polyvinyl alcohol macromolecules and modified starch.
  • intramolecular and intermolecular cross-linking of polyvinyl alcohol macromolecules and modified starch occurs due to the interaction of OH groups of polymeric matrices with each other with the release of low molecular weight reaction products (primarily water).
  • the binder film which binds together the individual fibers of the heat-insulating material, becomes durable and water-insoluble, which provides the necessary set of consumer properties of the resulting products with respect to strength, compressibility and water resistance.
  • the use of a dehydrating agent system makes it possible to reduce the temperature of such a process while keeping the polymerization chamber at a constant time from 260 ° C (without additional dehydrating agents) or 245 ° C (using only one of the main dehydrating agents) to a range from 207 ° C to 225 ° C (when using a combination of primary and secondary dehydrating agents), which is technologically very advantageous from the point of view of energy consumption.
  • the finished material contains: mineral fibers - from 92.0 to 98.0 May. %; binder - from 0.95 to 7.00 May.
  • % (including - polyvinyl alcohol - from 0.72 to 4.00 wt.%, modified starch from 0.01 to 3.00 wt.%, in addition - technological additives: silane, oil dedusting agent, water-repellent agent) and combined system of dehydrating agents from 0,007 to 0,022 May. %
  • the binder contains up to 7.0 wt.% Cured polymer in the material, more preferably from 0.95 to 4.3 wt.% Cured polymer.
  • a method for producing a heat and sound insulating material wherein a mineral or glass fiber formed from a melt is fed to the centrifuge simultaneously with a binder composition containing polyvinyl alcohol, modified starch, and other additives that do not contain phenol and formaldehyde a combination of two dehydrating agents, with at least one substance selected from the organic compound of titanium, organic th compound of nickel and boron compounds as well as additional dehydrating agent is selected from at least one substance of the silver salt, rhenium salt, zirconium salt and a cerium salt; after which the resulting carpet blanks are molded to the desired thickness and subjected to heat treatment.
  • Technological additives include silane, oil dedusting and water-repellent emulsion.
  • composition of the binder is mixed in the production of mineral wool products immediately before it is applied to the fiber, by successively mixing all the components. To do this, first mix aqueous solutions of polyvinyl alcohol and modified starch, then make technological additives, then add a combination of dehydrating agents. At the same time dehydrating agents can be introduced into the composition of the binder in solid form, or in the form of a solution or suspension in a suitable solvent.
  • Heat treatment of carpet blanks of fibrous material is carried out at a temperature of 220 - 230 ° C for a time sufficient to dry it and go through the process of curing the binder, preferably within 4-10 minutes.
  • the number of components of the binder is chosen taking into account the loss of mineral fibers during fiber formation and serves it to the centrifuge with an excess of 18%.
  • the resulting carpet blank is cut into plates, or wound into rolls, getting finished products.
  • the proposed method does not require a change in the existing technology for the production of mineral fiber products, since ordinary mineral fibers with a diameter in the range from 0.5 to 10.0 ⁇ m are used, any chemical composition - basalt, glass or slag.
  • the density of the resulting fibrous material can be from 10 to 185 kg / m 3 (preferably from 25 to 120 kg / m 3 ), which also meets the requirements for such products.
  • Heat and sound insulating fibrous products according to the invention were made by applying a phenol and formaldehyde-free binder to a melt-based mineral or glass (slag) fiber.
  • the obtained primary carpet was further molded to the desired thickness of the carpet blank (mat) of the fibrous material and subjected to heat treatment, as a result of which the binder composition was cured to obtain non-melting and insoluble polymer, tying together individual fibers and forming a strong fibrous product.
  • Heat treatment of carpet blanks (mat) of fibrous material is carried out at an average temperature of 225 ° C for a time sufficient to dry it and go through the process of curing the binder (within 4-10 minutes).
  • the final product contained up to 7.0 wt.% Cured polymer, more preferably from 0.95 to 4.3 wt.% Cured polymer, while the mass percentages are calculated based on the amount of fiber and cured polymer.
  • the resulting carpet blanks (mat) were cooled by suction through it with cold air and cut into finished products (plates), or wound into roll products.
  • a solution of modified starch (component A) was obtained by dissolving 30 kg of starch or modified starch in 70 liters of demineralized water.
  • a solution of polyvinyl alcohol (component B) was obtained by dissolving 30 kg of polyvinyl alcohol in 70 l of demineralized water.
  • the components were mixed, added technological additives in the recipe, and before applying to the centrifuge, the resulting binder was diluted with water to a concentration of 9%.
  • Example 1 Obtaining insulation products with an average density (35-45 kg / m 3 ).
  • the resulting binder was continuously applied to the centrifuge simultaneously with the flow of the melt.
  • This composition was applied to the fiber.
  • a primary carpet was formed from the fibers with the applied binder, then it was dried and cured in a polymerization chamber at a temperature of 220–230 ° C, and hot air was circulated through the mineral wool carpet. Then the carpet was cooled by sucking through it with cold air, and cut into finished products.
  • the number of components is based on 1 ton of finished products, taking into account the loss of mineral fiber during fiber formation in the amount of 17%; therefore, 18% more of the binder composition was applied to the centrifuge.
  • binder dry component in the amount of residue per 1 kg of finished kg per 1 ton of finished finished products
  • Example 2 Obtaining insulation products with low density (25-35 kg / m 3 ).
  • Ingredients% supply according to dry binder% dry residue amount of residue per component kg per tonne per tonne of finished finished finished products with
  • Example 3 Production of heat-insulating products with high density (more than 100 kg / m 3 ), using a combination of two dehydrating agents from compounds of group 2.
  • Ingredients% supply according to dry binder% dry residue amount of residue per component kg per tonne per tonne of finished finished finished products with
  • Example 4 Obtaining insulation products with an average density (80-90 kg / m 3 ).
  • Composition Content Binder content on the dry component, the amount of residue per 1 to 1 ton of finished kg per 1 ton of finished product, finished product from% of product given
  • Example 5 Production of heat-insulating products with high density (more than 100 kg / m 3 ) using only dehydrating agent from Group 1, without using additional dehydrating agent from Group 2.
  • Composition Content Binder content on the dry component, the amount of residue per 1 to 1 ton of finished kg per 1 ton of finished product, finished product from% of product given
  • Example 6 Obtaining insulation products from fiberglass density (11-46 kg / m 3 ).
  • Ingredients% supply according to dry binder% dry residue amount of kg residue per component per 1 ton of ton in 1 ton of finished finished finished products with
  • Component A (content 37.5 3.54 3 of the main substance - 30%)
  • Component B (content 50 4.72 4 of the main substance - 30%)
  • Example 7 Getting insulation products from slag wool with a density of more than 100 kg / m 3 ).
  • Example 3 It differs from Example 3 by reduced loading of component A to ensure the tactile softness of the heat-insulating plates.
  • Curing products with the formulation of examples 1-4 in the polymerization chamber required a temperature of 210 to 230 ° C to ensure water absorption of no more than 1 kg / m 2 , and according to the formulation of example 5 without the use of an additional dehydrating agent of group 2, it required to provide the same water absorption temperature 245 ° C.
  • the resulting product is not inferior to the material produced on traditional phenol-formaldehyde resins, and according to the methods of producing fibrous products using non-phenol-formaldehyde binders known from the prior art both by production, and at application.
  • the present invention allows to significantly improve the manufacturability of the process of obtaining products from fibrous material on non-formaldehyde binder, eliminating the disadvantages of the methods used and previously proposed, in particular, to refuse from the process of nano - and microparticles and the need for careful distribution in the mass of liquid binder.
  • the proposed technology retains their main advantages - good compatibility with phenol-formaldehyde binders (which simplifies the transition from one brand of fiber insulation products to another) and low toxicity of the main chemical components used (polyvinyl alcohol and modified starch), which makes it possible to produce more safe for human heat and sound insulation products.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)

Abstract

Представлен тепло- и звукоизоляционный материал, содержащий минеральные волокна диаметром от 0,5 до 10,0 мкм и связующее, полученное отверждением водной композиции, содержащей поливиниловый спирт, модифицированный крахмал и технологические добавки, а также комбинацию двух дегидратирующих агентов, причем основной дегидратирующий агент представляет собой по меньшей мере одно вещество, выбранное из органического соединения титана, органического соединения никеля и борофосфорного соединения, а дополнительный дегидратирующий агент представляет собой по меньшей мере одно вещество, выбранное из солей серебра, солей рения, солей циркония и солей церия. Также изобретение относится к способу получения такого материала. Изобретение позволяет существенно повысить технологичность и экологическую безопасность процесса изготовления изделий из волокнистого материала на нефеноформальдегидном связующем, а также улучшить характеристики готового продукта.

Description

ТЕПЛО- И ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ИЗ
МИНЕРАЛЬНОГО ВОЛОКНА НА ОСНОВЕ НЕФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНОГО СВЯЗУЮЩЕГО
Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к области материалов из минерального волокна с использованием не содержащего фенола и формальдегида связующего, которые могут быть использованы при изготовлении волокнистых тепло- и звукоизоляционных изделий, применяемых в различных отраслях народного хозяйства.
Уровень техники
Минеральная и каменная вата - это волокнистый материал, который получают из расплавов горных пород габбро-базальтовой группы, а также металлургических шлаков и их смесей.
Известно, что минеральная вата является высокоэффективным тепло- и звукоизоляционным материалом. Температура плавления волокон превышает 1000°С, что позволяет применять продукцию из минеральной ваты в широких пределах рабочих температур. Огромное количество положительных свойств материала делает его одним из наиболее популярных утеплителей и звукоизолирующих материалов.
В частности, минеральная вата обладает такими уникальными свойствами, как огнестойкость, биологическая и химическая стойкость к различным агрессивным веществам, невосприимчивость к грибкам и воздействию грызунов. При этом минеральная вата соответствует действующим санитарно-гигиеническим нормам и стандартам качества. Также минеральную вату характеризует стабильность объема и формы в любых условиях, низкая теплопроводность, высокое термическое сопротивление и высокая прочность.
Изделия из минерального волокна включают в себя: маты, плиты и рулонные изделия из стекловаты, минеральной ваты и каменной ваты, в которых волокна связаны вместе отвержденным термореактивным полимерным связующим.
Исходные заготовки (ковры, маты) из волокнистого материала, используемые для последующего изготовления из них путем механической обработки различных видов тепло- и звукоизолирующих изделий, обычно производят превращением расплава подходящего сырья в волокно общепринятым способом, например, на центрифуге.
Волокна расплава, сформированные на центрифуге, вдувают в камеру волокноосаждения, и, когда они находятся в воздухе и все еще горячие, на них наносится раствор связующего, и они осаждаются случайным образом в виде первичного ковра на движущийся конвейер. Затем из первичного ковра механически формируется ковровая заготовка (мат) нужной толщины, который конвейером непрерывно подается в камеру полимеризации. В камере полимеризации через слой волокна мата продувают нагретый воздух для отверждения связующего и соединения вместе отдельных минеральных волокон.
Полученная ковровая заготовка (мат) охлаждается прососом через нее холодного воздуха, и режется на готовые изделия (плиты) или сматывается в рулонный материал.
Чаще всего в качестве связующих веществ для минеральных волокон используют фенолформальдегидные смолы, потому что они недороги, имеют низкую вязкость и способны отверждаться с образованием жесткого полимера, за счет чего получают конечный продукт с хорошими физико- механическими свойствами. Однако использование фенолформальдегидных связующих становится все более нежелательным из-за использования при их производстве и выделения в процессе их использования токсичных химических веществ (фенола и формальдегида), загрязняющих окружающую среду. В связи с этим актуальной является задача производства изделий из минерального волокна, в которых волокна скреплены связующим, не содержащим фенол и формальдегид (а также другие токсичные вещества).
Для использования в качестве связующих при производстве волокнистых изделий было разработано множество композиций, не содержащих формальдегида (т.н. нефенолформальдегидные связующие). Основным недостатком этих решений является плохая технологичность при их применении, связанная с несовместимостью предлагаемых в них нефенолформальдегидных связующих с традиционной фенол- формальдегидной смолой. Это обстоятельство вызывает необходимость длительных остановок технологического оборудования на чистку и промывку линий при переходе с производства нефенолформальдегидных марок теплоизоляционных изделий на традиционные фенольные, что происходит на практике при применении связующих на основе полиакриловой кислоты (имеющих сильнокислую реакцию рН и поэтому плохо совместимых с слабо- щелочной фенолформальдегидной смолой).
Этот недостаток частично преодолен в решении согласно патенту RU2430124 (опубл. 27.09.2011), где раскрыта композиция для производства нетканого материала, получаемого из волокна (в частности, синтетического волокна - полиэфирного, акрилового, нейлонового, полиамидного, керамического либо стекловолокна) и способ пропитывания рыхлой массы волокон раствором связующего. Отверждаемая водная композиция для связующего для нетканого материала получена способом, включающим объединение следующих компонентов:
(а) полимера, содержащего гидроксильные группы, который является комбинацией поливинилового спирта и, по меньшей мере, одного компонента, выбранного из группы, состоящей из крахмала, модифицированного крахмала и сахара;
(б) по меньшей мере одного многофункционального сшивающего агента, выбранного из группы, состоящей из неполимерной поликислоты, ее солей, ангидрида и неполимерного полиальдегида, причем если многофункциональный сшивающий агент представляет собой неполимерный полиальдегид, то композиция дополнительно включает (в) катализатор.
При этом массовое соотношение компонентов (а): (б) лежит в диапазоне от 95:5 до примерно 35:65, а рН отверждаемой композиции повышают до по меньшей мере 1,25 путем добавления азотсодержащего основания.
Неполимерный полиальдегид в решении по патенту RU2430124 представляет собой блокированный глиоксаль или блокированный глутаральдегид, который блокирован блокирующим агентом, представляющим собой по меньшей мере один агент, выбранный из группы, состоящей из мочевины, этиленмочевины, сорбитола и этиленгликоля.
Указанный способ применим для нетканого полотна, но имеет недостаточную водостойкость для минерал оватных изделий. Кроме того, применение при производстве волокна в значительных количествах многофункционального сшивающего химического агента (например, малеинового ангидрида, глиоксаля или глутаральдегида) не позволяет утверждать о полной экологической безопасности подобного производства и полученных из этого волокна волокнистых теплоизоляционных изделий.
В публикации патентной заявки US 2013/0023174 А1 (опубл. 24.01.2013) на изобретение BINDER COMPOSITIONS WITH POLYVALENT PHOSPHORUS CROSSLINKING AGENTS описан волокнистый изоляционный продукт, в котором связующее вещество содержит полиол и фосфористый сшивающий агент, полученный из фосфоновой или фосфорной кислоты, соли, сложного эфира или ангидрида с образованием сшитых фосфодиэфирных связей. Полиол и сшивающий агент образуют полиэфирную термореактивную смолу, более конкретно фосфодиэфирную сшитую смолу.
В данном решении при сшивке полиолов используются довольно значительные количества фосфористых сшивающих агентов. Недостатками такого метода являются: 1. Недостаточная влагостойкость полученного связующего, так как фосфодиэфирные соединения образуют гели при увлажнении.
2. При переработке отходов производства волокнистых материалов возможны выбросы оксида фосфора сверх нормируемых количеств.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) был выбран теплоизоляционный и звукоизоляционный материал на нефенолформальдегидном связующем, раскрытый в патенте RU2588239 (опубл/ 27.06.2016г.).
Согласно данному патенту теплоизоляционный материал содержит минеральные волокна, связующее и нано- или микрочастицы. Связующее получают отверждением водной композиции, содержащей поливиниловый спирт, модифицированный крахмал, сшивающий агент, катализатор, силан, масляный обеспыливатель и гидрофобизатор. Нано- или микрочастицы состоят из материала, выбранного из группы, включающей графит, фуллерены, углеродные нанотрубки, глины, частицы металлов и их сплавов, карбидов и окислов, микрочастицы (микросферы) диоксида кремния или любые комбинации вышеперечисленных объектов, или любые их комбинации. Нано- или микрочастицы используют для создания более плотной сетки сшивок, получающейся при взаимодействии центров поликонденсации или полимеризации, различных реакционноспособных функциональных групп связующего, что обеспечивает лучшее отверждение компонентов связующего.
Этот способ имеет свои преимущества и позволяет получить достаточно хороший продукт, но тем не менее, характеризуется определенными недостатками: приготовление связующего в описанной технологии усложняется из-за необходимости постоянного тщательного перемешивания порошка нерастворимых микро- и наночастиц в массе жидкого связующего и обеспечения устойчивого распределения взвеси твердых частиц в водном растворе его компонентов. Кроме того, в связи с низкой насыпной массой, введение в композицию связующего некоторых наночастиц может представлять собой технологическую трудность.
Стремление нано- и микрочастиц к самопроизвольной агломерации и седиментации вызывает неравномерность их распределения в связующем, соответственно возникает опасность неоднородности свойств получаемого теплоизоляционного материала. Кроме того, некоторые виды частиц вызывают быстрое, в течение 4-6 часов истирание сопел центрифуги за счет трения, в связи с чем подача связующего на волокна становится неустойчивой. При этом ухудшается равномерность распыления связующего, оно неравномерно распределяется на волокне. В связи с этим устранения неравномерного скрепления волокна в изделиях приходится увеличивать расход связующего, что приводит к увеличению горючести готового продукта. Поэтому через 4 часа работы необходимо останавливать выпуск изделий и менять сопла центрифуг.
Дегидратация поливинилового спирта является трудной задачей, поэтому используемое в патенте RU2588239 связующее требует высоких температур сушки и отверждения - не менее 260°С. Такая температура вызывает потери связующего в камере полимеризации порядка 30-40% по сухому веществу вследствие частичной деструкции исходных компонентов.
Таким образом, задача повышения технологичности способа получения минерального волокна на нефенолформальдегидном связующем и изделий из него имеет большую актуальность. Кроме того, существует потребность в повышении экологической безопасности технологического процесса, и повышения качества производимых изделий, в первую очередь, обеспечения водостойкости не ниже, чем на фенолформальдегидном связующем.
Раскрытие изобретения
Поставленная задача решается путем снижения температур отверждения компонентов связующего, а также за счет облегчения дегидратации и снижения температуры поликонденсации. Был разработан тепло- и звукоизоляционный материал, который содержит минеральные волокна диаметром от 0,5 до 10,0 мкм и связующее, содержащее связывающий эти волокна нетоксичный полимерный компонент, способный к переходу в неплавкое и нерастворимое состояние за счет процесса его самостоятельной каталитической термодегидратации, межмолекулярной и внутримолекулярной сшивки. Полимерный компонент содержит в качестве основных составляющих поливиниловый спирт и модифицированный крахмал и отверждается из водной композиции. Связующее также содержит обычные при производстве подобных тепло- и звукоизоляционных волокнистых материалов технологические добавки, такие как силан, масляный обеспыливатель, гидрофобизатор.
Кроме того, для облегчения дегидратации и снижения температур отверждения связующее содержит каталитическую систему, представляющую собой комбинацию двух различных дегидратирующих агентов. Это способствует протеканию процесса дегидратации за время, достаточное для прохождения ковровой заготовкой (матом) камеры полимеризации (в течение 4-10 минут, при температурах отверждения до 225 °С). При этом никаких иных специальных химических сшивающих веществ (которые участвуют в межмолекулярной химической реакции с гидроксилсодержащими компонентами связующего) в процессе не применяется, что обеспечивает существенно большую степень экологической безопасности получаемой продукции.
В состав каталитической системы входят два дегидратирующих агента - основной (содержится в больших количествах) и дополнительный (содержится в меньших количествах). При этом дегидратирующие агенты для смешивания выбирают из следующих веществ:
Группа 1 (основной дегидратирующий агент):
органические соединения титана (предпочтительно тетрабутоксититан) ;
- органические соединения никеля (предпочтительно формиат никеля); - соединения бора (предпочтительно тетраборат натрия).
Группа 2 (дополнительный агент):
- соли серебра (предпочтительно: оксалат серебра и/или нитрат серебра);
- соли рения (предпочтительно хлорид рения);
- соли циркония (предпочтительно карбонат циркония);
- соли церия (предпочтительно сульфат церия);
Возможно одновременное применение в каталитической системе нескольких разных дегидратирующих агентов, представленных в вышеприведенных группах, в любом их сочетании внутри каждой из групп.
Разделение дегидратирующих агентов на группы основано на том, что основной дегидратирующий агент используется в процессе в существенно больших количествах (от 0,005 масс.% до 0,02 масс.% в пересчете на готовую продукцию), чем дополнительный дегидратирующий агент (от 0,0007 масс.% до 0,0017 масс.% в пересчете на готовую продукцию). Таким образом, массовое соотношение основного и дополнительного дегидратирующего агента составляет примерно от 7 до 29. При большем соотношении возникает необоснованный перерасход дегидратирующего агента, а при большей доле дополнительного дегидратирующего агента значительно возрастает стоимость композиции без существенного выигрыша в свойствах готового продукта и технологических условиях.
Комбинированная дегидратирующая система, присутствующая в получаемой продукции в весьма малых количествах (не более 0,022% от массы готовой продукции) и не создающая угрозы экологической безопасности при ее применении, тем не менее обеспечивает эффект сшивки, работая в связующем как усилитель дегидратации макромолекул поливинилового спирта и модифицированного крахмала. В результате инициированного этой системой процесса каталитической термодегидратации происходит внутри- и межмолекулярная сшивка макромолекул поливинилового спирта и модифицированного крахмала за счет взаимодействия ОН- групп полимерной матрицы между собой с выделением при этом низкомолекулярных продуктов реакции (прежде всего - воды).
В результате такого химического превращения пленка связующего, скрепляющая между собой отдельные волокна теплоизоляционного материала, становится прочной и водонерастворимой, что обеспечивает необходимый комплекс потребительских свойств получаемых изделий по прочности, сжимаемости и водостойкости.
Процессы каталитической дегидратации поливинилового спирта с использованием различных дегидратирующих агентов были известны в уровне техники и ранее, однако было неожиданно обнаружено, что применение комбинации двух дегидратирующих агентов по изобретению в выбранном количественном соотношении (основного больше, а дополнительного значительно меньше) позволяет существенно снизить температуру и время прохождения процесса отверждения. За счет этого каталитическую дегидратацию стало возможным применить для связующего, содержащего поливиниловый спирт и модифицированный крахмал в качестве экологически безопасного связующего для минерального волокна.
При попытках использования только одного каталитического агента (из группы «основных») в приемлемых по технологическим условиям диапазонах температур отверждения не достигается достаточная степень отверждения, которая обеспечивает необходимые свойства готовой продукции, прежде всего - нужную степень ее водостойкости.
Применение системы дегидратирующих агентов позволяет снизить температуру такого процесса при неизменном времени прохождения камеры полимеризации с 260 °С (без дополнительных дегидратирующих агентов) или 245°С (при использовании только одного из основных дегидратирующих агентов) до диапазона с 207°С до 225°С (при использовании комбинации основного и дополнительного дегидратирующего агентов), что технологически очень выгодно с точки зрения энергозатрат. В готовом материале содержится: минеральные волокна - от 92,0 до 98,0 мае. %; связующее - от 0,95 до 7,00 мае. % (в том числе - поливиниловый спирт - от 0,72 до 4,00 мас.%, модифицированный крахмал от 0,01 до 3,00 мас.%, кроме того - технологические добавки: силан, масляный обеспыливатель, гидрофобизатор) и комбинированная система дегидратирующих агентов от 0,007 до 0,022 мае. %.
После отверждения связующего в материале содержится до 7,0 мас.% отвержденного полимера, более предпочтительно - от 0,95 до 4,3 мас.% отвержденного полимера.
В другом аспекте изобретения также предложен способ получения тепло- и звукоизоляционного материала по п. 1, в котором на центрифугу подают образующееся из расплава минеральное или стеклянное волокно одновременно с не содержащей фенола и формальдегида связующей композицией, содержащей поливиниловый спирт, модифицированный крахмал, технологические добавки и комбинацию двух дегидратирующих агентов, причем в качестве основного дегидратирующего агента выбирают по меньшей мере одно вещество из органического соединения титана, органического соединения никеля и соединения бора, а в качестве дополнительного дегидратирующего агента выбирают по меньшей мере одно вещество из солей серебра, солей рения, солей циркония и солей церия; после чего полученную ковровую заготовку формуют до нужной толщины и подвергают термообработке.
Технологические добавки включают в себя силан, масляный обеспыливатель и гидрофобизирующую эмульсию.
Композицию связующего смешивают на производстве минераловатных изделий непосредственно перед ее нанесением на волокно, путем последовательного смешения всех компонентов. Для этого сначала смешивают водные растворы поливинилового спирта и модифицированного крахмала, затем вносят технологические добавки, после чего добавляют комбинацию дегидратирующих агентов. При этом дегидратирующие агенты могут вводиться в состав связующего как в твердом виде, так и в виде раствора или суспензии в подходящем растворителе.
Термообработку ковровой заготовки волокнистого материала производят при температуре 220 - 230°С в течение времени, достаточного для его высушивания и прохождения процесса отверждения связующего, предпочтительно в течение 4-10 минут.
В ходе термообработки через ковровую заготовку пропускают горячий воздух, а после термообработки ковровую заготовку охлаждают прососом через нее холодного воздуха.
Количество компонентов связующего выбирают с учетом потерь минерального волокна при волокнообразовании и подают его на центрифугу с избытком 18%.
Полученную ковровую заготовку нарезают на плиты, либо сматывают в рулоны, получая готовые изделия.
Предлагаемый способ не требует изменения существующей технологии производства изделий из минерального волокна, поскольку используются обычные минеральные волокна с диаметром в диапазоне от 0,5 до 10,0 мкм, любого химического состава - базальтовые, стеклянные или шлаковые. Плотность получаемого волокнистого материала может составлять от 10 до 185 кг/м3 (предпочтительно - от 25 до 120 кг/м3) ,что также соответствует требованиям к подобной продукции.
Осуществление изобретения
Тепло- и звукоизоляционные волокнистые изделия по изобретению изготавливали путем нанесения не содержащей фенола и формальдегида связующей композиции на образующееся из расплава минеральное или стеклянное (шлаковое) волокно. Полученный первичный ковер далее формовали до нужной толщины ковровой заготовки (мата) волокнистого материала и подвергали термообработке, в результате которых связующая композиция отверждалась с получением неплавкого и нерастворимого полимера, связывая между собой отдельные волокна и образуя прочное волокнистое изделие.
Термообработка ковровой заготовки (мата) волокнистого материала производится при температуре в среднем 225 °С в течение времени, достаточного для его высушивания и прохождения процесса отверждения связующего (в течение 4-10 минут).
После отверждения связующего конечный продукт содержал до 7,0 масс.% отвержденного полимера, более предпочтительно - от 0,95 до 4,3 масс.% отвержденного полимера, при этом массовые проценты рассчитаны исходя из количества волокна и отвержденного полимера.
Полученную ковровую заготовку (мат) охлаждали прососом через нее холодного воздуха и нарезали на готовые изделия (плиты), либо сматывали в рулонные изделия.
Далее приведены примеры осуществления данного изобретения. Не являясь единственно возможными, они наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата в различных вариантах осуществления изобретения.
ПРИМЕРЫ
Раствор модифицированного крахмала (компонент А) получали путем растворения 30 кг крахмала или модифицированного крахмала в 70 л деминерализованной воды.
Раствор поливинилового спирта (компонент В) получали путем растворения 30 кг поливинилового спирта в 70 л деминерализованной воды.
Затем компоненты смешивали, добавляли технологические добавки по рецептуре, и перед подачей на центрифугу полученное связующее разбавляли водой до концентрации 9%.
Пример 1. Получение теплоизоляционных изделий со средней плотностью (35-45 кг/м3).
Компоненты (из расчета на одну тонну готовой продукции), перечисленные в таблице 1 , смешивают в следующем порядке: - компонент A - 47 кг,
- компонент В - 47 кг,
- вода - 331 л,
- обеспыливатель Пентамикс 842 - 10,7 кг,
- гидрофобизатор Silres BS 5136 - 10,2 кг,
- силан Silquest А 1524 - 0,63 кг
- дегидратирующий агент соединений Группы 1 - 0,1 кг.
и
- дегидратирующий агент соединений Группы 2 - 0,02 кг.
Полученное связующее непрерывно подавали на центрифугу одновременно с подачей расплава. При этом композиция наносилась на волокно. Из волокна с нанесенным связующим формировали первичный ковер, затем выполняли его сушку и отверждение в камере полимеризации при температуре 220 - 230°С, а через минераловатный ковер циркулировали горячий воздух. Затем ковер охлаждали прососом через него холодного воздуха, и нарезали на готовые изделия.
Количество компонентов указано из расчета на 1 тонну готовой продукции с учетом потерь минерального волокна при волокнообразовании в размере 17%; поэтому на центрифугу подавали на 18% больше композиции связующего.
Таблица 1.
Состав % подачи по %
связующего: сухому компонента в количество остатку на 1 т готовой кг на 1 тонну тонну продукции готовой готовой
продукции продукции с
учетом
потерь 18%
Компонент А 47 1,42 1,2
Компонент В 47 1,42 1,2
Вода 219,4 — Обеспыливатель
10,7 0,535 0,454
Пентамикс 842
Гидрофобизатор Silres BS
10,2 0,51 0,435 5136
Силан Silquest А 1524 0,63 0,063 0,053
Дегидратирующий агент
соединений Группы 1
Формиат никеля ОД 0,011 0,01
Дегидратирующий агент
соединений Группы 2
Оксалат серебра 0,020 0,002 0,0017
Итого по связующему и 446,65 3,96 3,354
добавкам
Минеральное волокно 96,646
(базальтовое)
Итого 100
Пример 2. Получение теплоизоляционных изделий с малой плотностью (25-35 кг/м3 ).
Отличается от примера 1 уменьшенной загрузкой на смешение компонентов связующего, перечисленных в таблице 2, а именно:
- компонент А - 13,2 кг,
- компонент В - 56,4 кг,
- вода - 162,4 л,
Таблица 2.
Состав % подачи по % сухого связующего: сухому остатка количество остатку на компонента кг на 1 тонну тонну в 1 т готовой готовой готовой продукции продукции продукции с
учетом
потерь 18%
Компонент А 13,2 0,4 0,33
Компонент В 56,4 1 ,7 1,44 Вода 162,4 —
Обеспыливатель Пентамикс
2,35 0,34 0,1113 842
Гидрофобизатор Silres BS
2,35 0,23
5136 од
Силан Silquest А 1524 0,12 0,012 0,01
Дегидратирующий агент
соединений Группы 1
Тетраборат натрия 0,08 0,008 0,007
Дегидратирующий агент
соединений Группы 2
Хлорид рения 0,020 0,002 0,0017
Итого по связующему и 197,32 100 2
добавкам
Минеральное волокно 98
(базальтовое)
Итого 100
Пример 3. Получение теплоизоляционных изделий с высокой плотностью (более 100 кг/м3), с применением комбинации двух дегидратирующих агентов из соединений группы 2.
Отличается от примера 1 увеличенной загрузкой компонентов связующего, перечисленных в таблице 3, на смешение, а именно:
- компонент А - 70,2 кг,
- компонент В - 157,7 кг,
- вода - 551,8л,
Таблица 3.
Состав % подачи по % сухого связующего: сухому остатка количество остатку на компонента кг на 1 тонну тонну в 1 т готовой готовой готовой продукции продукции продукции с
учетом
потерь 18% Компонент A 70,2 2,12 1,8
Компонент В 157,7 4,73 4,0
Вода 551,8
Обеспыливатель Пентамикс
10,2 0,51 0,5
842
Гидрофобизатор Silres BS
10,2 0,51 0,5
5136
Силан Silquest А 1524 2,36 0,236 0,2
Дегидратирующий агент
соединений Группы 1
Тетрабуто сититан 0,24 0,024 0,02
Дегидратирующий агент
соединений Группы 2
Карбонат циркония 0,010 0,001 0,00085
Сульфат церия 0,010 0,001 0,00085
Итого по связующему и 802,72 7,0
добавкам
Минеральное волокно 93
(базальтовое)
Итого 100
Пример 4. Получение теплоизоляционных изделий со средней плотностью (80-90 кг/м3 ).
Таблица 4
Состав Содержание Содержание связующего: по сухому компонента количество остатку на 1 в 1 т готовой кг на 1 тонну т готовой продукции, готовой продукции с % продукции учетом
потерь 18%
Компонент А (содержание
47 1,42
основного вещества - 30%) 1,2
Компонент В (содержание
47 1,42 1,2 основного вещества - 30%)
Вода 219 — Обеспыливатель
10,7 0,535 0,454 Пентамикс 842
Гидрофобизатор Silres BS
10,2 0,51 0,435 5136
Силан Silquest А 1524 0,63 0,063 0,053
Дегидратирующий агент
Группы 1 ОД 0,01 ОД
Тетрабуто сититан
Дегидратирующий агент
Группы 2
О салат серебра 0,020 0,002 0,0017
Итого по связующему и 334,83 100 3,444
добавкам
Минеральное волокно 96,556
(базальтовое)
Итого 100
Пример 5. Получение теплоизоляционных изделий с высокой плотностью (более 100 кг/м3 ) с применением только дегидратирующего агента из Группы 1 , без использования дополнительного дегидратирующего агента из Группы 2.
Таблица 5
Состав Содержание Содержание связующего: по сухому компонента количество остатку на 1 в 1 т готовой кг на 1 тонну т готовой продукции, готовой продукции с % продукции учетом
потерь 18%
Компонент А (содержание
70,2 2,12 1,8 основного вещества - 30%)
Компонент В (содержание
157,7 4,73 4,0 основного вещества - 30%)
Вода 531,8 91,87 — Обеспыливатель Пентамикс
842 10,2 0,51 0,5
Гидрофобизатор Silres BS
10,2 0,51 0,5
5136
Силан Silquest А 1524 2,36 0,236 0,2
Дегидратирующий агент
Группы 1 0,26 0,024 0,0217
Формиат никеля
Итого по связующему и
782,72 100
добавкам 7,0
Минеральное волокно
93
(базальтовое)
Итого 100
Пример 6. Получение теплоизоляционных изделий из стекловолокна плотностью (11-46 кг/м3 ).
Отличается от примеров 1-5 для базальтового волокна повышенным содержанием связующего - до 7%.
Загрузка компонентов связующего:
- компонент А - 50 кг,
- компонент В - 37,5 кг,
- вода - 204 л,
Таблица 6.
Состав % подачи по % сухого связующего: сухому остатка количество кг остатку на компонента на 1 тонну тонну в 1 т готовой готовой готовой продукции продукции продукции с
учетом
потерь 18%
Компонент А (содержание 37,5 3,54 3 основного вещества - 30%)
Компонент В (содержание 50 4,72 4 основного вещества - 30%)
Вода 204 — Обеспыливатель 2,35 0,67 0,57
Пентамикс 842
Гидрофобизатор Silres BS 2,35 0,45 0,38
5136
Силан Silquest А 1524 0,32 0,032 0,03
Дегидратирующий агент
соединений Группы 1
0,08 0,024 0,0184
Тетраборат натрия
Дегидратирующий агент
соединений Группы 2
0,020 0,00187 0,0016
Хлорид рения
Итого по связующему и 296,62 9,44 8 добавкам
Стекл ов о л окно 92
Итого 100
Пример 7. Получение теплоизоляционных изделий из шлаковаты с плотностью более 100 кг/м3).
Отличается от примера 3 уменьшенной загрузкой компонента А для обеспечения тактильной мягкости теплоизоляционных плит.
- компонент А - 39,4 кг,
- компонент В - 157,7 кг,
- вода - 459, л
Таблица 7.
% подачи по
Состав
сухому % сухого связующего:
остатку на остатка количество
тонну готовой компонента кг на 1 тонну
продукции с в 1 т готовой готовой
учетом потерь продукции продукции
18%
39,4 1 ,18
Компонент А 1,0
157,7 4,73 4,0
Компонент В
459
Вода
Обеспыливатель 10,2 0,51 0,5
Пентамикс 842 Гидрофобизатор Silres BS 10,2 0,51 0,5
5136
Силан Silquest A 1524 2,36 0,236 0,2
Дегидратирующий агент
соединений Группы 1
0,24 0,024 0,02
Формиат никеля
Дегидратирующий агент
соединений Группы 2
0,010 0,001 0,00085
Хлорид рения
0,010 0,001 0,00085
Сульфат церия
Итого по связующему и 679,3 5,22 добавкам
Минеральное волокно 94,785 (шлаковое)
Итого 100
Отверждение изделий с рецептурой по примерам 1-4 в камере полимеризации потребовало температуру от 210 до 230°С для обеспечения водопоглощения не более 1 кг/м2, а по рецептуре примера 5 без применения дополнительного дегидратирующего агента группы 2 - потребовало для обеспечения такого же водопоглощения температуры 245°С.
Полученные изделия - тепло- и звукоизоляционные волокнистые плиты - имеют свойства, приведенные в таблице 6.
Таблица 6.
Figure imgf000021_0001
10%
деформации
не менее, кПа
Содержание
органических 2,5 1,0 7,0 2,5 7,0 8 5,22 веществ, масс.
%, не более
Водопогло- щение при
кратковре- менном и 1,0 1 ,0 1,0 1,0 1 ,0 2 1,5 частичном
погружении,
кг/м2, не более
Влажность,
масс %, не 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 более
Вышеприведенные экспериментальные данные демонстрируют, что при изготовлении волокнистых тепло- и звукоизоляционных изделий, в частности, плит, можно получить продукт, имеющий требуемые потребительские свойства и характеристики.
Указанные параметры обеспечивают удовлетворительную степень сшивки связующего, его водопоглощение, прочность и жесткость. Таким образом, по физико-механическим и теплотехническим характеристикам, а также по водопоглощению полученный продукт не уступает материалу, выпускаемому как на традиционных фенолформальдегидных смолах, так и по известным из уровня техники способам получения волокнистых изделий с применением нефенолформальдегидных связующих, но позволяет обеспечить большую экологическую безопасность как при производстве, так и при применении.
Настоящее изобретение позволяет существенно повысить технологичность процесса получения изделий из волокнистого материала на нефеноформальдегидном связующем, устранив недостатки используемых и предлагавшихся ранее способов, в частности - отказаться от использования в процессе нано- и микрочастиц и от необходимости тщательного их распределения в массе жидкого связующего. В то же время предлагаемая технология сохраняет их основные преимущества - хорошую совместимость с фенолформальдегидными связующими (что упрощает переход с одной марки волокнистых теплоизоляционных изделий на другую) и малую токсичность основных применяемых химических компонентов (поливинилового спирта и модифицированного крахмала), что позволяет выпускать более безопасную для человека тепло- и звукоизоляционную продукцию.

Claims

Формула изобретения
1. Тепло- и звукоизоляционный материал, содержащий:
минеральные волокна диаметром от 0,5 до 10,0 мкм,
связующее, полученное отверждением водной композиции, содержащей поливиниловый спирт, модифицированный крахмал и технологические добавки, а также комбинацию основного и дополнительного дегидратирующих агентов, причем основной дегидратирующий агент представляет собой по меньшей мере одно вещество, выбранное из органического соединения титана, органического соединения никеля и соединения бора, а дополнительный дегидратирующий агент представляет собой по меньшей мере одно вещество, выбранное из солей серебра, солей рения, солей циркония и солей церия.
2. Материал по п. 1, в котором основной дегидратирующий агент представляет собой тетрабутоксититан.
3. Материал по п. 1, в котором основной дегидратирующий агент представляет собой формиат никеля.
4. Материал по п. 1, в котором основной дегидратирующий агент представляет собой тетраборат натрия.
5. Материал по любому из п.п. 2-4, в котором дополнительный дегидратирующий агент представляет собой оксалат серебра или нитрат серебра.
6. Материал по любому из п.п. 2-4, в котором дополнительный дегидратирующий агент представляет собой хлорид рения.
7. Материал по любому из п.п. 2-4, в котором дополнительный дегидратирующий агент представляет собой карбонат циркония.
8. Материал по любому из п.п. 2-4, в котором дополнительный дегидратирующий агент представляет собой сульфат церия.
9. Материал по п. 1, в котором технологические добавки включают в себя силан, масляный обеспыливатель и гидрофобизирующую эмульсию.
10. Материал по п. 1 , который содержит указанные компоненты в следующих количествах:
минеральные волокна - от 92,0 до 98,0 мае. %;
связующее - от 0,95 до 7,00 мае. %, в том числе
поливиниловый спирт - от 0,72 до 4,00 мас.%,
модифицированный крахмал от 0,01 до 3,00 мас.%;
комбинацию двух дегидратирующих агентов - от 0,007 до 0,022 мае. %.
11. Материал по п. 1 , в котором соотношение основного и дополнительного дегидратирующего агента составляет примерно от 7 до 29.
12. Материал по п. 10, в котором после отверждения связующего содержится до 7,0 мас.% отвержденного полимера, более предпочтительно - от 0,95 до 4,3 мас.% отвержденного полимера.
13. Материал по п. 10, в котором количество дегидратирующих агентов составляет не более 0,022% от массы готовой продукции.
14. Способ получения тепло- и звукоизоляционного материала по п. 1 , в котором на центрифугу подают образующееся из расплава минеральное или стеклянное волокно одновременно со связующей композицией, содержащей поливиниловый спирт, модифицированный крахмал, технологические добавки и комбинацию двух дегидратирующих агентов, причем в качестве основного дегидратирующего агента выбирают по меньшей мере одно вещество из органического соединения титана, органического соединения никеля и соединения бора, а в качестве дополнительного дегидратирующего каталитического агента выбирают по меньшей мере одно вещество из соли серебра, соли рения, соли циркония и соли церия; после чего полученную ковровую заготовку формуют до нужной толщины и подвергают термообработке.
15. Способ по п. 14, в котором технологические добавки включают в себя силан, масляный обеспыливатель и гидрофобизирующую эмульсию.
16. Способ по п. 14, в котором композицию связующего смешивают на производстве минераловатных изделий непосредственно перед ее нанесением на волокно, путем последовательного смешения всех компонентов.
17. Способ по п. 16, в котором для получения композиции связующего сначала смешивают водные растворы поливинилового спирта и модифицированного крахмала, затем вносят технологические добавки, после чего добавляют комбинацию дегидратирующих агентов.
18. Способ по п. 17, в котором дегидратирующие агенты вводят в состав связующего либо в твердом виде, либо в виде раствора или суспензии в подходящем растворителе.
19. Способ по п. 14, в котором термообработку ковровой заготовки волокнистого материала производят при температуре 220 - 230°С в течение времени, достаточного для его высушивания и прохождения процесса отверждения связующего, предпочтительно в течение 4-10 минут.
20. Способ по п. 19, в котором в ходе термообработки через ковровую заготовку пропускают горячий воздух.
21. Способ по п. 19, в котором после термообработки ковровую заготовку охлаждают прососом через нее холодного воздуха.
22. Способ по п. 14, в котором количество компонентов связующего выбирают с учетом потерь минерального волокна при волокнообразовании и подают его на центрифугу с избытком 18%.
23. Способ по п. 14, в котором полученную ковровую заготовку нарезают на плиты, либо сматывают в рулоны, получая готовые изделия.
PCT/RU2018/050133 2017-09-06 2018-10-30 Тепло- и звукоизоляционный материал из минерального волокна на основе нефенолформальдегидного связующего Ceased WO2019050439A2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18854731.9A EP3680292A4 (en) 2017-09-06 2018-10-30 THERMAL AND PHONIC INSULATION MATERIAL IN MINERAL FIBER BASED ON A NON-PHENOL-FORMALDEHYDE BINDER

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017131349 2017-09-06
RU2017131349A RU2688549C2 (ru) 2017-09-06 2017-09-06 Тепло- и звукоизоляционный материал из минерального волокна на основе нефенолформальдегидного связующего

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2019050439A2 true WO2019050439A2 (ru) 2019-03-14
WO2019050439A3 WO2019050439A3 (ru) 2019-05-02

Family

ID=65634477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/050133 Ceased WO2019050439A2 (ru) 2017-09-06 2018-10-30 Тепло- и звукоизоляционный материал из минерального волокна на основе нефенолформальдегидного связующего

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3680292A4 (ru)
RU (1) RU2688549C2 (ru)
WO (1) WO2019050439A2 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021197999A1 (en) 2020-03-30 2021-10-07 Freudenberg Performance Materials Se & Co. Kg Bituminous membranes with biodegradable binder
US11813833B2 (en) 2019-12-09 2023-11-14 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Fiberglass insulation product
US12297342B2 (en) 2019-12-09 2025-05-13 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Fiberglass insulation product
US12578051B2 (en) 2021-06-04 2026-03-17 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Fine fiber insulation products with improved thermal properties

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2430124C2 (ru) 2005-05-06 2011-09-27 Дайнеа Ой Отверждаемая водная композиция на основе поливинилового спирта, не содержащая формальдегид
US20130023174A1 (en) 2011-07-21 2013-01-24 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Binder compositions with polyvalent phosphorus crosslinking agents

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2720468A (en) * 1954-05-28 1955-10-11 Du Pont Process for gelling
US5362573A (en) * 1993-01-28 1994-11-08 Pandian Vernon E Use of zirconium salts to improve the surface sizing efficiency in paper making
FR2966822B1 (fr) * 2010-11-02 2017-12-22 Saint-Gobain Technical Fabrics Europe Liant pour mat de fibres, notamment minerales, et produits obtenus
CA2837073C (en) * 2011-05-27 2020-04-07 Cargill, Incorporated Bio-based binder systems
RU2509064C1 (ru) * 2012-09-05 2014-03-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" Полимерный композиционный материал и способ его получения
WO2017098483A1 (en) * 2015-12-11 2017-06-15 Zetland Technologies Limited Aggregation of small particles

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2430124C2 (ru) 2005-05-06 2011-09-27 Дайнеа Ой Отверждаемая водная композиция на основе поливинилового спирта, не содержащая формальдегид
US20130023174A1 (en) 2011-07-21 2013-01-24 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Binder compositions with polyvalent phosphorus crosslinking agents

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3680292A4

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11813833B2 (en) 2019-12-09 2023-11-14 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Fiberglass insulation product
US12297342B2 (en) 2019-12-09 2025-05-13 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Fiberglass insulation product
US12343974B2 (en) 2019-12-09 2025-07-01 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Fiberglass insulation product
WO2021197999A1 (en) 2020-03-30 2021-10-07 Freudenberg Performance Materials Se & Co. Kg Bituminous membranes with biodegradable binder
US12578051B2 (en) 2021-06-04 2026-03-17 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Fine fiber insulation products with improved thermal properties

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017131349A3 (ru) 2019-03-12
EP3680292A2 (en) 2020-07-15
RU2017131349A (ru) 2019-03-12
EP3680292A4 (en) 2020-07-22
RU2688549C2 (ru) 2019-05-21
WO2019050439A3 (ru) 2019-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019050439A2 (ru) Тепло- и звукоизоляционный материал из минерального волокна на основе нефенолформальдегидного связующего
KR101655440B1 (ko) 내화 광물성 면 절연 제품, 그 제작 방법 및 적합한 결합 조성물
CN103857763B (zh) 基于麦芽糖醇的用于矿棉的胶料组合物和获得的隔绝性产品
DE69800927T2 (de) Modifiziertes harnstoff-formaldehyd-harz-bindemittel für die herstellung von faservliesen
US20040069020A1 (en) Filler extended fiberglass binder
US5389716A (en) Fire resistant cured binder for fibrous mats
JP7834759B2 (ja) 固体バインダ
RU2597620C2 (ru) Связующее вещество на основе полиизоцианата
JPS58120542A (ja) 水性サイズ剤組成物およびそれを用いて作製した熱硬化性ポリマ−補強材用ガラス繊維
DE102008059128A1 (de) Binderverfestigtes, textiles Flächengebilde, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung
EP1577436A1 (de) Dachbahnen
CN115698029A (zh) 矿物纤维产品
CN115667411A (zh) 水性黏结剂组合物
RS63289B1 (sr) Prostirke od mineralne vune koje sadrže vezivo na bazi lignosulfonata i karbonilnih jedinjenja
RU2636967C1 (ru) Субстрат минераловатный для выращивания растений на нефенолформальдегидном связующем
CN115697935A (zh) 声学产品
US3846225A (en) High temperature insulation-binder compositions
JP2002283372A (ja) 再使用可能な成形体の製造方法
EP2781635B1 (en) Aqueous dispersion used as needling aid for producing needle mineral fiber felts and use of an aqueous dispersion
JP7587596B2 (ja) ミネラルウール用バインダーおよび硬化性樹脂
RU2588239C2 (ru) Теплоизоляционный и звукоизоляционный материал на нефенолформальдегидном связующем
JPH0351354A (ja) 鉱物繊維複合物
NO127294B (ru)
US3331799A (en) Fibrous glass binder
JPH01139854A (ja) 成形フェルトの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18854731

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018854731

Country of ref document: EP

Effective date: 20200406