DE19709405B4

DE19709405B4 - Wärmeisoliermaterial und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19709405B4
Application number: DE19709405A
Authority: DE
Inventors: Gaetano Cucê; Daniel Burg; Jacky Joachim
Original assignee: Saint Gobain Isover SA France
Current assignee: Saint Gobain Isover SA France
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1997-03-07
Publication date: 2010-09-30
Anticipated expiration: 2017-03-08
Also published as: FR2745887B1; IT1283212B1; BR9701227A; DE19709405A1; ITMI960452A1; ITMI960452A0; FR2745887A1

Abstract

Wärmeisoliermaterial, das ein Vlies aus Mineralfasern umfaßt, die mit einem anorganischen Bindemittel imprägniert werden, wobei die anfängliche Bindemittel-Zusammensetzung Aluminiummono- und/oder -diphosphate mit einem molaren Verhältnis von Al₂O₃ zu P₂O₅ zwischen 0.4 und 0.6 umfaßt.

Description

Die Erfindung betrifft Wärmeisoliermaterialien, die ein Vlies aus Mineralfasern umfassen, und ein Verfahren zur Herstellung dieser Materialien. Die Erfindung ist auch auf Wärmeisolierungen für Öfen oder Herde gerichtet.
Für Wärmeisoliermaterialien, die aus Mineralfasern bestehen, werden gewöhnlich organische Bindemittel verwendet. Bei erhöhten Temperaturen werden sich organische Bindemittel jedoch unter der Bildung von geruchsintensiven organischen Stoffen zersetzen. Besonders die Bildung von Formaldehyd aus organischen Bindemitteln wird als problematisch angesehen. Dieses Problem ist besonders offensichtlich für Wärmeisoliermaterialien, die in Wärmeisolierungen für Öfen oder Herde verwendet werden, wo notwendigerweise hohe Temperaturen angewendet werden und geruchsintensive Gase in das menschliche Umfeld, z. B. eine Küche, abgegeben werden könnten.
GB 1 519 772 A offenbart eine neue Verbindung für die Produktion feuerbeständiger Artikel, vorzugsweise feuerbeständige Bretter zur Verwendung als Trennwände in Gebäuden oder Schiffen, um die Brandausbreitung zu vermeiden oder zu minimieren. Die feuerfeste Verbindung aus GB 1 519 772 A enthält ein nicht entflammbares faserartiges Material, Siliziumoxid als Füllstoff und eine Lösung von Aluminiumphosphat in Orthophosphorsäure als Bindemittel.
Vorschläge, anorganische Bindemittel statt organischer Bindemittel für Mineralfasern zu verwenden, um Wärmeisoliermaterialien herzustellen, sind bis jetzt nicht erfolgreich gewesen. Anorganische Bindemittel zeigen in vielen Fällen schlechte Bindeeigenschaften und andere anorganische Bindemittel sind sehr hygroskopisch mit begleitenden unerwünsch ten Wirkungen. Wegen der Wasseradsorption von hygroskopischen anorganischen Bindemitteln nimmt die Dicke des Wärmeisoliermaterials zu und eine genaue Anwendung ist nicht möglich. Ferner könnte die Wasseradsorption zu elektrischen Kurzschlüssen führen, z. B. wenn die Isoliermaterialien in Verbindung mit den Leitungen eines elektrischen Ofens bzw. Herdes stehen.
Die vorstehend genannten Probleme werden gelöst durch ein Wärmeisoliermaterial nach Anspruch 1, durch Wärmeisolierungen für Öfen oder Herde nach Anspruch 10 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Isoliermaterials nach Anspruch 8.
Es ist herausgefunden worden, daß die beschriebenen Probleme überraschenderweise gelöst werden können und ausgezeichnete anorganische Bindemittel für Glasfasern vorgeschlagen werden können, die spezifische Aluminiumphosphate umfassen.
Die Erfindung ist besonders gerichtet auf ein Wärmeisoliermaterial, das ein Vlies bzw. eine Matte aus Mineralfasern umfaßt, die mit einem anorganischen Bindemittel imprägniert werden, wobei die anfängliche Bindemittel-Zusammensetzung Aluminiummono- und/oder -diphosphate mit einem molaren Verhältnis von Al₂O₃ zu P₂O₅ zwischen 0.4 und 0.6 umfaßt.
Es ist überraschenderweise herausgefunden worden, daß solche anorganischen Bindemittel sehr gute Bindeeigenschaften haben und keine übermäßige Wasseradsorption aufweisen.
Der Ausdruck ”Mineralfasern”, der hier verwendet wird, ist in dem Sinne zu verstehen, daß alle Arten von anorganischen Fasern, besonders Glasfasern und Steinfasern, oft auch Glaswolle und Steinwolle genannt, umfaßt sind.
Das Vlies wird kontinuierlich hergestellt, die versponnenen Glasfasern werden als ein Vlies bzw. eine Matte statistisch verteilt in alle Richtungen auf einem Transportband abgelagert. Während die Fasern auf das Transportband fallen, werden sie mit dem flüssigen Bindemittel besprüht. Dann wird das Vlies einem Aushärteofen zugeführt, um das Bindemittel zu härten.
Normalerweise werden die Mineralfasern mit einer wässrigen Lösung des anorganischen Bindemittels imprägniert. Die Konzentration der wässrigen Lösung kann in dem Bereich von 6% bis 18% liegen und liegt vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr 8% bis 10%.
Nach dem Imprägnieren wird eine Wärmebehandlung vorzugsweise in dem Bereich von 100°C bis 350°C, besonders um 170°C bis 180°C herum, durchgeführt, während der die Bindung der Mineralfasern durch das Bindemittel vollendet wird.
Eine weitere sehr bedeutsame und überraschende Verbesserung des anorganischen Bindemittels im Hinblick auf die Reduzierung der Hygroskopizität ist es, Calciumoxid (CaO) in die anfängliche Bindemittel-Zusammensetzung einzubeziehen.
Der bevorzugte Bereich für den Calciumoxidzusatz in der Bindemittel-Zusammensetzung liegt zwischen 2 und 10 Gewichtsprozent.
In diesem Fall und überall in der Beschreibung und den Ansprüchen sollten Gewichtsprozentsätze immer verstanden werden als im trockenen Zustand berechnet, obwohl die Zugabe in Form einer wässrigen Lösung erfolgen kann.
Ein weiterer Zusatz zu der anfänglichen Bindemittel-Zusammensetzung mit einer überraschenden positiven Wirkung ist Ammoniak, das normalerweise in Form einer wässrigen Lösung hinzugefügt wird.
Die bevorzugte Menge Ammoniak in der anfänglichen Bindemittel-Zusammensetzung ist 1 bis 8, vorzugsweise 2 bis 6, Gewichtsprozent bezogen auf NH₃.
Es ist besonders bevorzugt, beide, Calciumoxid und Ammoniak, zu der Aluminiumphosphat-Zusammensetzung hinzuzufü gen, vorzugsweise in einer Menge von 2 bis 10 Gewichtsprozent Calciumoxid und 1 bis 8 Gewichtsprozent Ammoniak.
Die Menge des verwendeten anorganischen Bindemittels, berechnet im trockenen Zustand, liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 2 bis 25 Gewichtsprozent, insbesondere 5 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf die Mineralfaser.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Isoliermaterials, das eine Schicht von Mineralfasern umfaßt, wird durchgeführt durch Imprägnieren der Mineralfasern mit einem Bindemittel, das Aluminiummono- und/oder -diphosphate mit einem molaren Verhältnis von Al₂O₃ zu P₂O₅ zwischen 0.4 und 0.6 und wahlweise Calciumoxid und/oder Ammoniak umfaßt, und anschließendem Wärmebehandeln des Isoliermaterials.
Die anfängliche Bindemittel-Zusammensetzung, die in dem Verfahren verwendet wird, umfaßt zusätzlich zu Aluminiumphosphat vorzugsweise 2 bis 10 Gewichtsprozent Calciumoxid und 1 bis 8 Gewichtsprozent Ammoniak.
Die Wärmeisoliermaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung sind besonders geeignet für Wärmeisolierungen von Geräten wie Küchenöfen oder -herden.
Die Erfindung wird weiter erläutert durch Beispiele.
Beispiel 1
Eine anfängliche anorganische Bindemittel-Zusammensetzung wurde hergestellt, die aus Aluminiummono- und -diphosphaten bestand, wobei das molare Verhältnis von Al₂O₃ zu P₂O₅ 0.4 betrug. Eine wässrige Lösung dieser Bindemittel-Zusammen setzung mit einer Konzentration von 10% wurde auf eine Schicht von Glasfasern in einer Menge von 4 Gewichtsprozent gesprüht. Die imprägnierte Schicht wurde bei 180°C für 2 min. wärmebehandelt.
Das resultierende Wärmeisolierungsmaterial zeigte sehr gute Bindeeigenschaften und geringe Wasseradsorption.
Beispiel 2
Dieses Beispiel zeigt den Vorteil der Zugabe von Calciumoxid und/oder Ammoniak zu der anorganischen Bindemittel-Zusammensetzung durch Reduzierung der Hygroskopizität, in anderen Worten durch Reduzierung der Adsorption von Feuchtigkeit.
Die Bindemittel-Zusammensetzungen, bezeichnet mit A bis E, in Form einer wässrigen Lösung wurden 60 min. bei 180°C getrocknet. Das erhaltene Produkt wurde zerkleinert und in eine Schale gegeben und durch Messen der Gewichtszunahme unter verschiedenen Lagerungsbedingungen auf Wasseradsorption untersucht. Die erste Reihe von Versuchen wurde bei Raumtemperatur und einer relativen Feuchtigkeit zwischen 60% und 70% während 90 h durchgeführt. Die zweite Reihe von Versuchen wurde auch bei Raumtemperatur aber bei einer relativen Feuchtigkeit von 100% für 90 h durchgeführt.
Die Zusammensetzungen der Bindemittel und die Versuchsergebnisse, ausgedrückt in Gewichtsprozentsatz-Zunahmen werden in der Tabelle unten gezeigt.

Aus den Versuchsdaten ist es ersichtlich, daß anorganische Bindemittel-Zusammensetzungen, die zusätzlich zu Aluminiumphosphat Calciumoxid und Ammoniak enthalten, die besten Er gebnisse ergeben, d. h. praktisch überhaupt keine Feuchtigkeit absorbieren. Tabelle

Bindemittel	Zusammensetzung (Teile)	90 h Raumtemperatur 60 bis 70% rel. Feuchtigkeit	90 h Raumtemperatur 100% rel. Feuchtigkeit
A	Al-Ph 96 CaO 4 NH₃ 0	24.2	72.9
B	Al-Ph 96 CaO 4 NH₃ 2	6.0	61.0
C	Al-Ph 96 CaO 4 NH₃ 4	0.1	15.4
D	Al-Ph 96 CaO 4 NH₃ 6	0.1	7.0
E	Al-Ph 96 CaO 4 NH₃ 8	0.1	1.7

Al-Ph = Aluminiumphosphat

Beispiel 3
Die Bindemittel-Zusammensetzung D aus Beispiel 2 wurde verwendet, um eine Schicht aus Glasfasern zu imprägnieren. Die Bindemittel-Zusammensetzung bestand aus 96 Teilen Aluminiumphosphat mit einem molaren Verhältnis von Al₂O₃ zu P₂O₅ von 0.5, 4 Teilen Calciumoxid und 6 Teilen Ammoniak. Das Bindemittel wurde in Form einer 10-prozentigen wässrigen Lösung verwendet. Nach der Imprägnierung, bei der 5 Gewichtsprozent Bindemittel verwendet wurden, wurde das Material bei 200°C wärmebehandelt, um ein Wärmeisoliermaterial zu bilden.
Das erhaltene Material zeigte ausgezeichnete Bindeeigenschaften und war nicht hygroskopisch.

Claims

Wärmeisoliermaterial, das ein Vlies aus Mineralfasern umfaßt, die mit einem anorganischen Bindemittel imprägniert werden, wobei die anfängliche Bindemittel-Zusammensetzung Aluminiummono- und/oder -diphosphate mit einem molaren Verhältnis von Al₂O₃ zu P₂O₅ zwischen 0.4 und 0.6 umfaßt.
Wärmeisoliermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche Bindemittel Zusammensetzung auch Calciumoxid enthält.
Wäremisoliermaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Calciumoxid in der anfänglichen Bindemittel-Zusammensetzung in einer Menge von 2 bis 10 Gewichtsprozent vorhanden ist.
Wärmeisoliermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche Bindemittel-Zusammensetzung auch Ammoniak enthält.
Wärmeisoliermaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche Bindemittel-Zusammensetzung Ammoniak in einer Menge von 1 bis 8, vorzugsweise 2 bis 6, Gewichtsprozent enthält.
Wäremisoliermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche Bindemittel-Zusammensetzung Calciumoxid und Ammoniak enthält.
Wärmeisoliermaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche Bindemittel-Zusammensetzung zusätzlich zu Aluminiumphosphat Calciumoxid in einer Menge zwischen 2 und 10 Gewichtsprozent und Ammoniak in einer Menge von 1 bis 8 Gewichtsprozent enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Isoliermaterials gemäß Anspruch 2 oder 4, das ein Vlies aus Mineralfasern umfaßt, wobei die Mineralfasern mit einem anorganischen Bindemittel imprägniert werden, das Aluminiummono- und/oder -diphosphate mit einem molaren Verhältnis von Al₂O₃ zu P₂O₅ zwischen 0.4 und 0.6 und wahlweise Calciumoxid und/oder Ammoniak umfaßt, und danach eine Wärmebehandlung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittel-Zusammensetzung zwischen 2 und 10 Gewichtsprozent Calciumoxid und zwischen 1 und 8 Gewichtsprozent Ammoniak umfaßt.
Wärmeisolierungen für Öfen oder Herde, die das Wärmeisoliermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfassen.