DE19813848C2

DE19813848C2 - Verfahren zur Herstellung feuchtigkeitsstabilisierter Mineralfaserplatten oder Beschichtungsmassen für Mineralfaser-Rohplatten

Info

Publication number: DE19813848C2
Application number: DE1998113848
Authority: DE
Inventors: Karl-Josef Gardenier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2018-03-28
Also published as: DE19813848A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer feuchtigkeitsstabilisierten Mineralfaserplatte oder Beschichtungsmassen für Mineralfaser-Rohplatten.

Es ist bekannt Bauelemente, wie Platten, Schalen oder Formteile aus Steinwolle, insbesondere Basaltsteinwolle, mittels eines Binders formhaltig zu verbinden (DE 42 13 388 A1). Die EP 03 47 810 A2 beschreibt Mineralfaserplatten und Methoden zur Herstellung derselben, wobei ebenfalls geeignete Bindemittel angewandt werden, vorzugsweise Stärke. Es ist auch bekannt, Stärke durch Vernetzung mit polyfunktionellen Reagenzien unlöslich zu machen (Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie, Verlag Chemie Weinheim, 4. Auflage 1983, Band 22, Seite 198).

Eine solche unbeschichtete Mineralfaserplatte enthält etwa 55-70 Gew.-% Mineralfasern (Glasfasern, Schlacken- oder Steinwolle), 15-25 Gew.-% mineralische Füllstoffe (Ton und/oder Perlite) und 6-14 Gew.-% eines Bindemittels auf Stärkebasis und/oder PVAc-Copolymeren. Solche Rohplatten, die Stärke als Bindemittel enthalten, haben aufgrund der stofflichen Eigenschaften der Stärke verfahrensbedingt eine ungenügende Feuchtigkeitsstabilität.

Der Charakter der Stärke in einer stärkegebundenen Mineralfaserplatte ist mit einer Quellstärke vergleichbar, die unzureichend vernetzt quellfähig ist und mit Feuchtigkeit einen kleisterähnlichen Zustand annimmt. Indikator für solche stärkegebundenen Mineralfaserplatten ist die Bildung der dunkelblauen Jodeinschlussverbindung bei Befeuchtung der Mineralfaserplatte mit einer verdünnten Jodlösung.

Die Dekorbeschichtungen der Mineralfaserplatten sind in der Regel aus einem Vorstrich und einen Farbanstrich aufgebaut. Beschichtungen, die als Bindemittel Stärke enthalten, haben ebenfalls eine ungenügende Feuchtigkeitstabilität.

Aufgabe der Erfindung war es, geeignete Reaktionsmittel zu finden, die prozeßrelevant im Herstellungsverfahren von Mineralfaserplatten Bindemittel auf Stärkebasis durch eine Vernetzungsreaktion soweit modifiziert, daß eine Feuchtigkeitsstabilisierung erreicht wird.

Diese Aufgabe konnte dadurch gelöst werden, daß als erfindungsgemäße Reaktionsmittel zur feuchtigkeitsstabilisierenden Vernetzung des Bindemittels auf Stärkebasis Vernetzer zur Textilveredlung für Fasern und Gewebe auf Cellulosebasis angewendet werden. Hierbei eignen sich besonders cyclische Harnstoffderivate, die durch Umsetzung von symmetrisch alkylierten Harnstoffen mit Dialdehyden erhalten werden, besonders der N,N'-Dimethyl-4,5-dihydroxy äthylenharnstoff (ein adäquates Handelsproduckt ist das Fixapret NF der Fa. BASF), der durch Addition von Glyoxal an symmetrischen Dimethylharnstoff synthetisiert wird; oder cyclische Harnstoffderivate, die durch Umsetzung von Harnstoff mit Dialdehyden erhalten werden und mit Formaldehyd dann zu den vernetzungssfähigen N,N'-Dimethylol-Verbindungen umgesetzt werden, die dann noch durch Methoxylierung zu den formaldehydarmen Reaktionsmitteln umgesetzt werden können, die ebenfalls vernetzungsfähig sind. Als besonders geeignet, auch aus Gründen der Wirtschaftlichkeit, bewährte sich der N,N'-Methoxy-methylierte 4,5-Dihydroxyethylenharnstoff (ein adäquates Handelsprodukt ist das Fixapret ECO der Fa. BASF).

Die Vernetzungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Reaktionsmittel mit Stärke läßt sich beispielsweise, wie folgt, nachweisen:

Beispiel 1

20 g Kartoffelstärke mit 19% Wassergehalt werden mit einer wäßrigen Lösung aus 16 g Wasser, 1,62 g Fixapret NF und 0,32 g kristallinem Magnesiumchlorid gemischt und schonend getrocknet, zuletzt 10 Minuten bei 150°C. Das so erhaltene vernetzte Stärkederivat ist in siedendem Wasser nicht mehr löslich und hydrolysebeständig.

Beispiel 2

20 g Kartoffelstärke mit 19% Wassergehalt werden mit einer Lösung aus 16 g Wasser, 1,6 g Fixapret ECO und 0,32 g kristallinem Magnesiumchlorid gemischt und schonend getrocknet, zuletzt 10 Minuten bei 150°C. Das so erhaltene vernetzte Stärkederivat ist in siedendem Wasser nicht mehr löslich und hydrolysebeständig.

Zur Herstellung der Mineralfaserplatten wird aus den genannten Rohstoffen eine wäßrige Aufschlämmung hergestellt, die etwa 3-6% Feststoffgehalt aufweist. Diese Aufschlämmung wird auf einem umlaufenden Langsieb dosiert aufgegeben, wobei durch Unterdruck eine Entwässerung erfolgt. Der aufkonzentrierte feuchte Filz mit etwa 50-55% Wassergehalt wird in einem Ofen weiter entwässert und getrocknet, zuletzt bei Temperaturen von etwa 140-160°C in der Platte. Das vom Langsieb ablaufende Filtrat wird im Kreislauf erneut dem Prozeß zugeführt. Die so erhaltene Rohplatte hat eine Dichte von 0,25-0,35 g/ml und eine Plattenstärke von etwa 1,5-2,0 cm.

Der erfindungsgemäßen Lehre werden der wäßrigen Aufschlämmung aus Mineralfasern, mineralischen Füllstoffen und Stärke noch die Reaktionsmittel und geeignete Katalysatoren zugesetzt, die in der letzten Phase des Herstellungsprozeßes der Mineralfaserplatten, wenn in der Platte Temperaturen von etwa 140°-160°C erreicht werden, das Bindemittel Stärke feuchtigkeitsstabilisierend vernetzen. Der feuchtigkeitsstabilisierende Ausrüstungsgrad ist abhängig vom Konzentrationsverhältnis Stärke/Reaktionsmittel im feuchten Filz. Anforderungen an die Qualitätsverbesserung durch die erfindungsgemäße Feuchtigkeitsstabilisierung sind bestimmend für den jeweiligen Ausrüstungsgrad.

Beispiel 3

Eine wäßrige Aufschlämmung aus

15.000 kg	Wasser
670 kg	Basaltwolle
220 kg	Perlite
230 kg	Ton
110 kg	Tapiokastärke
250 kg	Fixapret NF
50 kg	Magnesiumchlorid, kristallin
AL=R<16.530 kg

wässerige Aufschlämmung werden auf das Langsieb dosiert aufgetragen und ergeben ca. 2.760 kg feuchten Mineralfaserfilz und ca. 12.770 kg Filtrat, das dem Prozeß im Kreislauf wieder zugeführt wird. Nach der Trocknung des feuchten Mineralfaserfilzes werden ca. 1.250 kg Rohplatte erhalten, wobei der Ausrüstungsgrad der feuchtigkeitsstabilisierten Mineralfaserplatte etwa einem DS = 0,15 entspricht (Grad der Stärkevernetzung).

Beispiel 4

15.000 kg	Wasser
670 kg	Basaltwolle
220 kg	Perlite
230 kg	Ton
110 kg	Tapiokastärke
250 kg	Fixapret ECO
50 kg	Magnesiumchlorid, kristallin
16.530 kg	wäßrige Aufschlämmung

werden analog Beispiel 3 verarbeitet. Es werden die gleichen Mengen feuchter Mineralfaserfilz, Filtrat und Rohplatte erhalten. Der erreichte Ausrüstungsgrad entspricht ebenfalls dem Beispiel 3.

Die Aufgabe einer wäßrigen Lösung aus dem Reaktionsmittel und dem Katalysator kann auch in einer 2. Stufe auf dem umlaufenden Langsieb dosiert erfolgen, wodurch dann zwei getrennte Filtratkreisläufe erforderlich sind.

Geeignete Katalysatoren sind z. B. Condensol N der Fa. BASF, Magnesiumchlorid, Magnesiumnitrat, Zinkchlorid, Zinknitrat, Aluminiumchlorid, Zinkbortetrafluorid und Ammoniumchlorid.

Die Vernetzungsreaktion erfolgt in einem pH-Bereich von 3-9. Der im Prozeßverlauf erfahrungsmäßig ermittelte optimale pH-Wert kann jeweils mit anorganischen Säuren oder auch organischen Säuren eingestellt werden.

Ergänzend zu den beschriebenen erfindungsgemäßen Vorteilen der Qualitätsverbesserung der stärkegebundenen Mineralfaserplatten ergibt sich ein weiterer Umwelt- und Kostenvorteil dadurch, daß die hydrolytisch/thermolytischen, prozeßbedingten Abbauprodukte der Stärke nur geringfügig wasserlöslich sind, wenn diese ebenfalls durch die Reaktionsmittel vernetzt wurden. Dadurch verlängert sich der Prozeßwasserumlauf und reduziert entsprechend die Abwasserbelastung, die durch das ausgekreiste Prozeßwasser entsteht.

Die Dekorbeschichtungsmassen, die ein Bindemittel auf Stärkebasis enthalten und erfindungsgemäß feuchtigkeitsstabilisiert ausgerüstet sind, bestehen beim Vorstrich vorteilhaft aus einer feindispersen wäßrigen Aufschlämmung mit 50-60 Gew.-% Feststoffgehalt.

Beispiel 5

1.729 kg	Wasser
2.470 kg	Ton/Basaltmehl
148 kg	Tapiokastärke
40 kg	Fixapret NF
8 kg	Magnesiumchlorid, kristallin
375 kg	Stärkekleister, 6,7%ig
4.770 kg	Vorstrich

Der Stärkekleister wird eigens aus Wasser und Stärke durch Erhitzen auf ca. 90°C hergestellt. Der Vorstrich wird auf die geschliffenen Rohplatten aufgetragen. Die Beschichtung beträgt 150-200 g pro m² Platte. Die Platten werden in einem Umluftofen getrocknet. Die Umlufttemperatur beträgt ca. 250°C. Die so vorbehandelten Platten erhalten dann den jeweils gewünschten Dekoranstrich.

Beispiel 6

1.560 kg	Wasser
2.550 kg	Trockenfarbe (unterschiedliche Pigmentmischungen)
62 kg	Tapiokastärke
20 kg	Fixapret NF
4 kg	Magnesiumchlorid, kristallin
460 kg	Stärkekleister, 6,7%ig
4.656 kg	Dekoranstrich

Der Dekoranstrich wird auf die vorbehandelten Platten aufgetragen, die dann in einem weiteren Arbeitsgang im Umluftofen getrocknet werden.

Jeweils in der letzten Phase der Trocknung im Umluftofen erfolgt bei erhöhter Temperatur (kurzzeitig ca. 200°C) die feuchigkeitsstabilisierende Vernetzung des Bindemittels Stärke mit dem erfindungsgemäßen Reaktionsmittel.

Als Stärke sind alle handelsüblichen Stärken geeignet, so zum Beispiel Kartoffel-, Mais-, Tapioka- oder Weizenstärke.

Stärkederivate, die durch Umsetzung von Stärke mit den erfindungsgemäßen Reaktionsmitteln gebildet werden, zeichnen sich durch eine gute Hydrolysebeständigkeit aus.

Beispiel 7

Zur Dokumentation des Feuchtraumverhaltens von Stärke-gebundenen Mineral faserplatten einerseits und mit den erfindungsmäßigen Reaktionsmitteln zur Feuchtigkeitsstabilisierung ausgerüsteten Mineralfaserplatten andererseits, wurden im Labor Versuchsplatten von 30 × 30 cm² hergestellt.

Jeweils 280 g Mineralfaserwolle und 33 g Kartoffelstärke KPS 250 (eine schwach phosphatvernetzte Stärke der Firma Emslandstärke, Emlichheim) wurden wässrig aufgeschlämmt und auf ein Laborsieb 30 × 30 cm² aufgetragen und entwässert. Die so erhaltenen Naßvliese wurden im Umlufttrockner bei 170°C innerhalb einer Stunde getrocknet. Die getrockneten Mineralfaserplatten wurden in Streifen von 30 × 5 cm² geschnitten. Die Plattenstärke betrug jeweils 1,5 cm.

Die Plattenstreifen wurden in einem Klimaschrank bei 32°C und 90% Luftraumfeuchte zwischen zwei Auflagen frei aufgelegt und in der Mitte der Streifen zusätzlich mit einem 115 g Gewicht belastet. Nach 24 Stunden hatte in den Plattenstreifen sich jeweils ein Feuchtigkeitsgleichgewicht eingestellt.

Die folgenden Abbildungen dokumentieren das Feuchtaumverhalten der unterschiedlich hergestellten Mineralfaserplatten.

Abb. 7a) zeigt die Stärke-gebundene Mineralfaserplatte.

Abb. 7b) zeigt eine Stärke-gebundene Mineralfaserplatte, die zur Feuchtigkeitsstabiliserung mit 0,1 Molequivalenten (bezogen auf Stärke) Fixapret NF erfindungsgemäß ausgerüstet wurde.

Abb. 7c) zeigt eine Stärke-gebundene Mineralfaserplatte, die zur Feuchtigkeitsstabilisierung mit 0,1 Molequivalenten (bezogen auf Stärke) Fixapret ECO erfindungsgemäß ausgerüstet wurde.

Die feuchtigkeitsstabilisierten Mineralfaserplatten zeigen im Feuchtraumklima praktisch keine Veränderung, während die Stärke-gebundene Mineralfaserplatte stark verformt wurde.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung feuchtigkeitsstabilisierter Mineralfaserplatten oder Beschichtungsmassen für Mineralfaserrohplatten, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mineralfaservlies oder der Beschichtungsmasse Reaktionsmittel zugesetzt werden, die sich im Verlauf der Trocknung mit dem Bindemittel auf Stärkebasis bei Temperaturen von 110-175°C zu einem feuchtigkeitsstabilisierten Produkt umsetzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsmittel die Vernetzer zur Textilveredlung für Fasern und Gewebe auf Cellulosebasis angewendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsmittel vorzugsweise cyclische Harnstoffderivate, die durch Umsetzung von symmetrisch alkylierten Harnstoffen mit C₂-C₅-Dialdehyden erhalten werden, oder cyclische Harnstoffderivate, die durch Umsetzung von Harnstoff mit C₂-C₅-Dialdehyden erhalten werden und mit Formaldehyd dann zu den vernetzungsfähigen N,N'-Dimethylol-Verbindungen umgesetzt werden, die dann noch durch Methoxylierung veräthert werden können, angewendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Umsetzung des Bindemittels auf Stärkebasis mit dem feuchtigkeits stabilisierenden Reaktionsmittel vorzugsweise bei Temperaturen von 130-150°C und Reaktionszeiten von 5-15 Minuten erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Umsetzung des Bindemittels auf Stärkebasis mit dem feuchtigkeits stabilisierenden Reaktionsmittel im pH-Bereich von 3-9 erfolgt, vorzugsweise von 4-7.