CZ24198A3

CZ24198A3 - Pojivo pro minerální vlnu a jím pojený produkt z minerální vlny

Info

Publication number: CZ24198A3
Application number: CZ98241A
Authority: CZ
Inventors: Hans Kummermehr; Lothar Bihy
Original assignee: Isover Saint-Gobain
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1998-01-27
Publication date: 1998-09-16
Also published as: SI0856494T2; EP0856494B2; ES2158624T3; EP0856494B1; DK0856494T3; ES2158624T5; ATE201192T1; EP0856494A2; EP0856494A3; DK0856494T4; CZ293298B6; SI0856494T1

Description

Oblast techniky

Předložený vynález se týká pojivá pro minerální vlnu podle nároků 1 a 13, jakož i pojeného produktu minerální vlny podle nároku 18.

Dosavadní stav techniky

Pro pojení minerální vlny, zejména nerostné a skleněné, je již dlouho známo nanášení pojivého prostředku na basi fenolformaldehydové pryskyřice na vlákna, zejména ve spádové šachtě navazuj ící na rozvlákňovací agregát.

Podle současného stavu techniky se při tom poj ivo na vlákna nastříkává zejména jako vodný roztok případně jako disperse, přičemž na základě ještě relativně vysokých teplot vláken, fenolformaldehydová pryskyřice na povrchu vláken dále polymerisuje a jednotlivá vlákna jsou polymerisačnim procesem spolu spojována, zvláště v bodech, kde se kříží, protože vlákna, která přes sebe leží, jsou v bodě křížení tam ztuhlými kapkami pryskyřice jakoby zalévána a tím se omezuje resp. zabraňuje posunováni jednotlivých vláken mezi sebou.

Jak známo, produkty z minerální vlny se uplatňují jako ochrana proti teplotě, chladu, zvuku nebo požáru a z převážné části jsou podle DIN 4102 klasifikovány jako nehořlavé. Z tohoto důvodu musí proto být udržován na minimu podíl organického, tudíž hořlavého a dýmavého materiálu.

Jiným kriteriem vedle nehořlavosti je odolnost produktů z minerální vlny vůči působení ohně, což má význam zejména při nasazování těchto produktů jako protipožárního ochranného prvku.

Jak známo, odolnost proti ohni se zjišťuje dobou, po ···· kterou při určitém vzrůstu teploty na jedné straně protipožárního ochranného prvku, příkladně dveří s protipožární ochranou, druhá strana protipožárního ochranného prvku zůstává pod definovanou hranicí teploty, například 180C. Výdrž protipožárního prvku do dosažení teplotní hranice na studené straně v minutách udává třídu odolnosti proti ohni, při čemž podle DIN 4102, část 5, zařazení do třídy T 30 protipožární odolnosti znamená například výdrž 30ti minut, T 60 výdrž 60ti minut atd.

V minulosti byly pro docílení vysokých hodnot protipožární ochrany používány laminované struktury, jako například v DE-A 38 24 598, kde se jako protipožární ochranná vrstva používá směs hydroxidu odštěpujícího vodu, třeba hydroxidu hlinitého a vodního skla, nebo sólu silikagelu, která je jako spojující vrstva umístěna mezi dvěma tělesy z pojené minerální vlny.

Ještě dále jdoucí poučení publikuje německý průmyslový vzor DE-U 295 07 498, který zveřejňuje protipožární ochranný prvek s laminovanou strukturu, která obklopuje střední vrstvu z anorganického materiálu, který působením teploty odštěpuje vodu a zachovává tvar a jako předem připravený polotovar je umístěn mezi vrstvami z pojené minerální vlny.

Tento stav techniky se zcela osvědčil, avšak pro dosažení uspokoj ivých hodnot odolnosti proti ohni se přirozeně vyžadují větší tlouštky vrstev.

Pokud by se podle současného stavu techniky vynechaly protipožární ochranné vrstvy, pak hrozí nebezpečí, že při možných vysokých teplotách při požáru minerální vlna v použitém protipožárním ochranném prvku zesintruje a protipožární ochranný element poměrně rychle ztratí svoji účinnost. Při jakých teplotách sintrování minerální vlny nastupuje, záleží opět na povaze použité minerální vlny.

Veliký zájem je při tom zvláště o minerální vlnu, která • · · · • · vykazuje velmi malou biostálost. Oceňování minerálních vln tohoto druhu je definováno v předpisech TRGS 905, které jsou vydávány Spolkovým ministerstvem práce. Minerální vlákna tohoto druhu mohou zesintrovat například od cca 700 °C.

Podstata vynálezu

Proto si předkládaný vynález klade za prostředky zpracovat níže tající minerální srovnání s čedičovou minerální vlnou, se daly vyrobit přehradové prvky, jejichž ohnivzdorná DIN 4102, část 5.

Shora uvedený úkol se úkol jednoduchými vlnu, zej ména ve takovým způsobem, aby materiály, popřípadě protipožární schopnost vyhoví požadavkům podle řeší poj ivem podle nároku 1 stejně jako produktem z minerální vlny podle nároku 18. podle předkládaného vynálezu thermoplastlcký homopolymer s fenolovou pryskyřicí, a 13 jsou nebo fenolová zesíťovatelný jakož i ochranný prostředek proti ohni, získávají hodnoty ohnivzdornosti, které odpovídají nejméně získávají u ochranných protipožárních elementů

Tím, že v pojivu obsaženy nej méně j eden kopolymer pryskyřice se vysoké těm, jež se vytvořených z čedičové vlny.

Při tom se zcela překvapivě ukázalo, že přes to, že se do pojivá přidávají organické látky, totiž thermoplastické homopolymery a kopolymery síťovatelné s fenolovou pryskyřicí, a odborník by očekával spíše zhoršení protipožárního chování, bylo například možné u desek z minerální vlny o teplotě < 1000’C, pojené pojivém podle vynálezu, jako skleněné nerostné vlny s KI ž 40 podle TRGS 605, dosáhnout teplot

1000’C, aniž by vlákna zesintrovala nebo se roztavila, jak by se dalo očekávat.

Mechanismus toho není ještě dosud objasněn, avšak, aniž by se to však omezovalo jen na ni, existuje domněnka, že tání nebo přes • · · · rozkladné produkty thermoplastu zesilovaného fenolovou pryskyřicí a ochranných prostředků proti ohni, tak zvané produkty krakování, reagují při vysokých teplotách nad 500 °C s vlákny, přičemž lze uvažovat, že na vláknech nebo ve vláknech je usazen uhlík a vlákna tak doznala chemické přeměny.

Pokud se zhotoví desky z minerální vlny, která je pojena pojivém podle předkládaného vynálezu, v sériích pokusů o klasifikaci doby odolnosti proti ohni podle DIN 4102, část 5, ukazuje se, že se překvapivě dosahuje vysoké výdrže až do 90 minut.

Při tom je důležité, že se používá thermoplastický homopolymer nebo kopolymer, síťovatelný s fenolovou pryskyřicí, které potom, nastříkáním na vlákna ve spádové šachtě navazující na rozvlákňování, na ještě horkých vláknech spolu zesíťovávají tak, že se tvoří kvasí směsná pryskyřice z fenolové pryskyřice a thermoplastického polymeru.

Při tom směs z fenolové pryskyřice a thermoplastického homopolymeru či kopolymeru síťovatelného fenolovou pryskyřicí, tedy poj ivo podle nároku 13, má také ten jedinečný význam, že pojivo tohoto druhu vykazuje zvýšenou odolnost vůči teplotě i bez ochranného prostředku proti ohni a i j inak vede ke zlepšeným vlastnostem minerální vlny, protože se snižuje křehkost celkového produktu z minerální vlny a tím je dána zlepšená pevnost z hlediska lámavosti vláken u jednotlivých produktů z minerální vlny.

Jako zvlášť vhodné thermoplastické homopolymery a kopolymery síťovatelné fenolovou pryskyřicí se osvěčily ty, které jsou uvedeny podle nároku 2. Pro účely předloženého vynálezu se výborně hodí zvláště akrylové pryskyřice, pólyvinylacetáty, polyurethany právě tak jako jejich homopolymery a kopolymery, zejména však kopolymery na basi esterů akrylové kyseliny s akrylonitrily.

• ·

Podle nároků 3 a 4 mohou být pro účely předkládaného vynálezu použity jako vhodné fenolové pryskyřice jak klasicky známé kondenzační produkty fenolu a formaldehydu, tak kondenzáty fenolu a močoviny nebo kondenzační produkty fenolu, formaldehydu a močoviny.

Jako ochranné prostředky proti ohni se podle nároku 5 přednostně používají podle současného stavu techniky známé běžné ochranné prostředky proti ohni. Ty se v praxi nejlépe osvědčily.

K tomu navíc lze samozřejmě podle účelu použití zhotovovaného produktu z minerální vlny dodávat podle nároku 6 ještě aditiva.

Jako zvlášť účinná aditiva ke zvýšení teplotní odolnosti pojených vláken, která jsou bez podezření na kancerogenitu podle TRGS 905, např. & KI 40, se ukázaly tak zvané stabilizátory vláken.

Známé stabilizátory jako kaolin a silikasol sice stabilizují vlákna z minerální vlny a zabraňují nadměrnému smršťování při vysokých teplotách, avšak v souvislosti s předkládaným vynálezem se překvapivě zjistilo, že dochází ke zřetelně stoupající stabilizaci vláken, když se k pojivu přidají nanogely kovových oxidů a/nebo keramický resp. skelný prášek.

Vzájemným působením organických substancí obsažených v pojivu podle vynálezu, zejména thermoplastických polymerů, krystalují např. vlákna nerostné vlny při teplotách nad asi 700 °C. Vlákna v podstatě zachovávají svůj tvar, jejich povrch trochu zdrsni a v polarisačním mikroskopu se jeví jako krystalinická.

Toto by mohlo být mechanistické skutečnost, že minerální vlna KI 40, obsahujícím stabilizátor, vydrží teploty až aniž by zesintrovala nebo se tavila.

vysvětlení pro poj ená poj ivem do asi 1000 °C

Jako zvlášť výhodné se projevily stabilizátory z koloidnich kovových oxidů, zejména nanogely a/nebo do pojivá přidávané keramické a/nebo skleněné částice podle nároků 7 až

9.

Další výhodou použití stabilizátorů vláken podle nároků 7 až 9 je to, že čím je větší podíl stabilizátorů, tím je u pojených produktů z minerální vlny zapotřebí méně ochranných prostředků proti ohni k dosažení teplotní stálosti a ohnivzdornosti.

Upřednostňované provedení předkládaného vynálezu používá nejméně asi 10 % fenolové pryskyřice podle nároku 10, vztaženo na sušinu pojivá.

Vedlejší nároky 11 a 12 udávají preferované kvantitativní složení pojivá podle předkládaného vynálezu.

Vedlejší nároky 14 až 16 se týkají preferovaných provedení pojivá podle nároku 13, také bez ochranného prostředku proti ohni.

Vedlejší nárok 17 se týká preferovaného provedení pojivá bez ochranného prostředku proti ohni, avšak se stabilizátory vláken, při čemž nanogely kovových oxidů a/nebo keramický prášek, např. skleněný prášek, zajišťují ochranu jednotlivých vlákem před zesintrováním při teplotách nad cca 700 °C.

Vedlejší nároky 19 až 21 představují preferovaná provedení produktu z minerální vlny podle nároku 18.

Další přednosti a charakteristické rysy vyplývají z popisu příkladů provedení předkládaného vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Pro přípravu pojivá podle vynálezu byly spolu smíseny následující komponenty:

999 · ·

9 · • · • 9

165 dílů vody dílů amonium polyfosfátu jako ochranného prostředku proti ohni dílů hydroxidu hlinitého jako ochranného prostředku proti ohni dílů melaminu jako ochranného prostředku proti ohni, j akož i dílů polyvinylacetátu

Hodnota pH byla cca 7,4 a obsah pevných látek ve směsi této tak zvané ochranné sloučeniny proti ohni obnášel cca 51 %.

Tato směs byla na pojivo dále míšena takto:

100 dílů fenolové pryskyřice (50 %ní)

201 dílů shora uvedené ochranné směsi proti ohni dílů sólu silikagelu (40 %ního)

Takto získané pojivo podle předkládaného vynálezu bylo podle potřeby ještě dále ředěno a známým způsobem ve spádové šachtě nastříkáno na vlákna KI 40, při čemž v produktu z minerální vlny byla dodržena koncentrace asi od 0,1 % do 10 % pojivá vztaženo na hmotnost vláken.

Když byla tímto způsobem pojená minerální vlákna zpracována na desku z minerální vlny a tato deska testována na odolnost proti ohni podle DIN 4102, část 5, byly dosaženy výdrže od 60 do 90 minut. Při tom se zjistilo, že se s pojivém podle podle vynálezu v provedení ve shora uvedeném příkladě získaly produkty z minerální vlny, které vydržely 1000 °C, aniž zesintrovaly. Získaný produkt z minerální vlny byl po ochlazení pouze černě zbarven, což se dá přičítat již zmíněnénu účinku uhlíku.

·<·· • *

Příklad 2

Pro přípravu dalšího pojivá podle předloženého vynálezu byly na ochranný prostředek proti ohni smíseny následující komponemty:

dílů vody dílů amonium polyfosfátu jako ochranného prostředku proti ohni dílů kopolymeru na basi esteru akrylové kyseliny s použitím akrylonitrilu jako thermoplastického polymeru zesíťovatelného fenolovou pryskyřicí a potom bylo smíseno

175 dílů tohoto ochranného prostředku proti ohni s 50 díly fenolové pryskyřice, takže obsah pevných látek představoval asi 40 %.

Tato směs byla potom známým způsobem ve spádové šachtě nastříkána na KI 40 vlákna.

U desek z minerální vlny, které měly být použity jako prvky protipožární ochrany, se při testu na ohnivzdornost podle DIN 4102, část 5, rovněž ukázala výdrž nejméně 90 minut.

Příklad 3

Byly připraveny dvě disperse pojivá A a B, jejichž kvantitativní složení udává Tabulka 1.

• 9 · ·

Tabulka 1

Složka -xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Fosforečnan amonný	Poj ivo A % vztaženo na sušinu xxxxxxxxxxxxxxx 26,8	Pojivo B % vztaženo na sušinu xxxxxxxxxxxxxxx 16,8
Močovina	12,8	7,7
Dikyandiamid	6,9	5,7
Pentaerythrit	2,1	1,7
Polvinylacetát	22,9	22,9
Fenolová pryskyřice	28,5	28,5
Sklo, velikost zrna cca 5 pm		16,7

Třebaže ve snížené podíly fosforečnanu a pentaerythritu, maj í být ohnivzdorné DIN 4102,

Sklo v oxidy, tak poj ivo B vykazuj e proti ohni tj.

d i kyand i am i du j ím poj ené, které srovnání s ochranných amonného, desky z použity jako dveře, vykazuj i část 5, výdrž nejméně poj ivu B může být zvanými nanogely poj ivem A, prostředků močoviny, minerální vlny prvky protipožární ochrany na při testu ohnivzdornosti podle 90 minut.

nahrazeno koloidními kovovými kovových oxidů, například acetátem stabilizovaným Zr0₂, CeO₂, Al₂0₃, Y₂O₃, Sn0₂, B₂0₃, BeO, MgO, ZnO, Si0₂ nebo TiO₂.

Jako protianionty mohou být místo acetátu použity i jiné anionty, např. dusičnan.

Takto se dají s pojivém podle předkládaného vynálezu poprvé zpracovat na protipožární prvky sklovitá minerální vlákna, například KI 40 vlákna, která vydrží teploty až přes 1000 ’C, aniž změknou nebo zesintrují nebo tají.

Produkty tohoto druhu jsou tedy schopné nahradit protipožární elementy z klasické čedičové vlny.

ίο ···· w-qj?

^v·· ··

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Pojivo pro minerální vlnu, vyznačuj ící se tím, že obsahuje:

nejméně jeden homopolymer nebo kopolymer, zesífovatelný fenolovou pryskyřicí;

nejméně jednu fenolovou pryskyřici; jakož i nejméně jeden ochranný prostředek proti ohni.

2. Pojivo podle nároku 1, vyznačující se tím, že thermoplastické polymery jsou zvoleny ze skupiny sestávaj ící z:

akrylových pryskyřic, polyvinylacetátů, polyurethanů, jakož i jejich homopolymerů a kopolymerů, zvláště kopolymerů na basi esterů akrylové kyseliny s použitím akrylonitrilů.

3. Poj ivo podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že fenolové pryskyřice jsou kondenzační produkty fenolu a formaldehydu.

4. Pojivo podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že fenolové pryskyřice jsou kondenzační produkty fenolu a močoviny nebo kondenzační produkty fenolu, formaldehydu a močoviny.

5. Poj ivo podle nároku 1 až 4, vyznačující se tím, že ochranný prostředek proti ohni je zvolen ze skupiny sestávaj ící z:

hydroxidů odštěpujících při zvýšené teplotě vodu, zejména hydroxidu hlinitého, látek odštěpujících při zvýšené teplotě halogen, zejména halogenparafinů, substancí zabraňujících přístupu kyslíku, fosfinů, fosforečnanů, zejména fosforečnanů amonných, zvláště amoniumpolyfosfátů, ·♦ ···♦ esterů fosforečné kyseliny, oxidů antimonu a/nebo solí antimonu, melaminu, jakož i jejich směsí.

6. Pojivo podle nároku 1 až 5, vyznačující se tím, že obsahuje aditiva, která jsou zvolena ze skupiny sestávající ze:

stabilizátorů, zejména silikagelového sólu, jílů, zejména kaolinitu, montmorillonitu, kaolinu a/nebo bentonitu; prostředků působících thixotropně, zejména polysacharidů jako je škrob, bramborový škrob, deriváty polysacharidů jako je methylcelulosa; dispergátorů pigmentů; jakož i jejich směsí.

7. Pojivo podle nároku 6, vyznačující se tím, že stabilizátory jsou zvoleny ze skupiny sestávaj ící z:

oxidů, zejména koloidních oxidů, hliníku, ceru, křemíku, zinku, antimonu, cínu, yttria, zirkonu, titanu, beryllia, hořčíku, boru; zejména nanogelů vyjmenovaných oxidů, přednostně nanogelů kovových oxidů stabilizovaných acetátem; jakož i keramických prášků, zejména skleněného prášku, přednostně skleněného prášku, u něhož střední průměr částic leží rozsahu asi od 1 gm do 50 gm, obzvláště v rozsahu asi od 5 gm až 30 gm, zvlášť přednostně asi 5 gm; jakož i jejich směsí.

8. Poj ivo podle nároku 7, v y z tím, že kovové oxidy jsou zvoleny rr · načující se ze skupiny sestávaj ící Ce0₂, AI2O3» Y₂°3, ZrO₂, SnO₂, B2O3, BeO, MgO, ZnO, SÍO2 a T1O2. 9. Poj ivo podle j ednoho z nároků 7 nebo 8, vyznačuj í c í se tím, že průměrná hodnota

9 9

9 9 ·

9999

9

999 průměru částic nanogelu obnáší asi 1 nm až 150 pm, zejména asi 5 nm až 1 pm, přednostně asi 5 nm až 200 nm, zvlášť přednostně cca 5 nm až 100 nm, obzvláště pak cca 5 nm až 50 nm, výhodně cca 5 nm až 20 nm a zvlášť výhodně cca 5 nm až 10 nm.

10. Pojivo podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že obsahuje nejméně cca 10 % fenolové pryskyřice vztaženo na sušinu pojivá.

11. Pojivo podle jednoho z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že vztaženo na sušinu obsahuj e:

cca 2,5 až 70 % thermoplastického polymeru cca 10 až 95 % fenolové pryskyřice cca 2,5 až 70 % ochranného prostředku proti ohni a cca 1 až 50 % stabilizátorů, zejména nanogelů kovových oxidů a/nebo skleněných částic;

zvláště pak cca 2,5 až 60 % thermoplastického polymeru cca 10 až 80 % fenolové pryskyřice cca 2,5 až 50 % ochranného prostředku proti ohni a cca 5 až 30 % stabilizátorů, zejména nanogelů kovových oxidů a/nebo skleněných částic;

a přednostně cca 10 až 60 % thermoplastického polymeru cca 10 až 70 % fenolové pryskyřice cca 10 až 60 % ochranného prostředku proti ohni a toto·· •to ··♦·

cca 5 až 20 % stabilizátorů, zejména nanogelů kovových oxidů a/nebo skleněných částic. 12. Poj ivo podle jednoho z nároků 1 až 11, vyzná č u j í c í s e tím, že vztaženo na sušinu obsahuje:

cca 25 %, přednostně cca 23 % thermoplastického polymeru cca 30 %, přednostně 29 % fenolové pryskyřice a cca 45 %, přednostně 48 % ochranného prostředku proti ohni.

13. Pojivo pro minerální vlnu, vyznačuj ící se tím, že obsahuje:

nej méně j eden homopolymer nebo kopolymer, sífovatelný fenolovou pryskyřicí; jakož i nejméně 10 % fenolové pryskyřice.

14. Pojivo podle nároku 13, vyznačuj ící se tím, že thermoplastické polymery jsou zvoleny ze skupiny sestávaj ící z:

akrylových pryskyřic, pólyvinylacetátů, polyurethanů, jakož i jejich homopolymerů a kopolymerů, zvláště kopolymerů na basi esterů akrylové kyseliny s použitím akrylonitrilů.

15. Pojivo podle nároku 13 nebo 14, vyznačující se tím, tí m, že fenolové pryskyřice jsou kondenzační produkty fenolu a formaldehydu.

16. Pojivo podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že fenolové pryskyřice jsou kondenzační produkty fenolu a močoviny nebo kondenzační produkty fenolu, formaldehydu a močoviny.

«··· * ·< • • 4 9 4 • 4 • • « · • · • · • 4 «44 4 4

444* • 4 44 • • • 4 • • 4 • 4 44 • • · 4 4 4 4 • • 4 • · C • · 4 0 4

17. Pojivo podle vyznačuj ící stabilizátory, zejména keramické částice, zejména j ednoho s e nanogely . skleněné z nároků tím, kovových i částice.

ze oxidů až 16, obsahuje a/nebo

18. Produkt vyznačuj ící s

podle některého z nároků 1 e

v az poj ené tím, 16.

minerální že je pojen vlny, poj ivem

19.

Produkt z minerální vlny podle nároku 18, vyznačující se tím že obsahuje nerostnou nebo skleněnou vlnu, jejíž vlákna splňují kriteria KI 40.

20. Produkt z minerální vlny podle nároku 18 nebo 19, vyznačující se tím, že tvoří desku, rohož nebo nebo plst.

21. Produkt z minerální vlny podle jednoho z nároků 18 až 20, vyznačující se tím, že je k disposici jako deska z minerální vlny KI 40 a doba jeho odolnosti proti ohni obnáší podle DIN 4102, část 5, nejméně 60 minut, zejména pak 90 minut.