RU1765996C

RU1765996C - Method of making heat- and soundproofing articles

Info

Publication number: RU1765996C
Authority: RU
Inventors: П.В. Назаров; В.К. Широкородюк
Original assignee: Назаров Петр Васильевич; Широкородюк Владимир Королькович
Priority date: 1990-06-11
Filing date: 1990-06-11
Publication date: 1995-08-27

Abstract

FIELD: insulating materials. SUBSTANCE: solution of carbamidoformaldehyde binder is prepared by three stages: firstly, resin is mixed with strong acid ammonium salt up to pH 4-5, then resin is mixed with carbamide up to pH 5.2-6.2, after that mixture is diluted with water up to working concentration preparing. Aqueous solution of carbamidoformaldehyde binder is mixed with mineral fiber, blank is formed and subjected for thermic treatment. EFFECT: improved method of making. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано в производстве тепло- и звукоизоляционных изделий на основе минеральной или стеклянной ваты. The invention relates to the building materials industry and can be used in the manufacture of heat and sound insulating products based on mineral or glass wool.

Известен способ изготовления теплоизоляционных изделий, включающий введение в фенолоспирты аммонийной соли сильной кислоты до обеспечения величины (рН), равной 5-7, и последующее введение в смесь аммиачной воды для обеспечения требуемой водорастворимости связующего, разбавленная водой до получения раствора рабочей концентрации, смещения его с минеральным волокном, формование и термообработку изделий. A known method of manufacturing heat-insulating products, including the introduction of a strong acid ammonium salt into phenol-alcohols to provide a value (pH) of 5-7, and subsequent introduction of ammonia water into the mixture to provide the required water solubility of the binder, diluted with water to obtain a working concentration solution, displacing it with mineral fiber, molding and heat treatment of products.

Недостатком этого способа является наличие в связующем и в изделиях свободных мономеров фенола и формальдегида, а также аммиака, что ухудшает условия труда и санитарно-гигиенические свойства изделий. The disadvantage of this method is the presence in the binder and in the products of free monomers of phenol and formaldehyde, as well as ammonia, which affects the working conditions and sanitary and hygienic properties of the products.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления тепло- и звукоизоляционных изделий, включающий введение в карбамидоформальдегидную смолу 5-7% карбамида, выдержку смеси 24-30 ч, разбавление водой до получения связующего рабочей концентрации, смещение его с минеральным волокном, формование и термообработку изделий. The closest in technical essence and the achieved result is a method of manufacturing heat and sound insulating products, including introducing 5-7% urea into the urea-formaldehyde resin, holding the mixture for 24-30 hours, diluting it with water to obtain a binder working concentration, shifting it with mineral fiber, molding and heat treatment of products.

Известный способ характеризуется полным отсутствием в связующем фенола. Недостатком такого способа является наличие в связующем 1,5-2% свободного формальдегида, что ухудшает условия труда. Кроме того, необходимость предварительной выдержки смолы с карбамидом в течение 24-30 ч удлиняет технологический цикл. The known method is characterized by a complete absence of phenol in the binder. The disadvantage of this method is the presence in the binder of 1.5-2% of free formaldehyde, which worsens the working conditions. In addition, the need for preliminary exposure of the resin with urea for 24-30 hours lengthens the process cycle.

Целью изобретения является повышение качества изделий за счет улучшения их санитарно-гигиенических свойств. The aim of the invention is to improve the quality of products by improving their sanitary and hygienic properties.

На чертеже представлено устройство, общий вид. The drawing shows a device, General view.

Приготовление водного раствора карбамидоформальдегидного связующего, смешение его с минеральным волокном, формование заготовки и термообработку, приготовление водного раствора карбамидоформальдегидного связующего осуществляют в три этапа: сначала смешивают смолу с аммонийной солью сильной кислоты до обеспечения величины рН, равной 4-5, затем смешивают ее с карбамидом до обеспечения величины рН, равной 5,2-6,2, после чего смесь разбавляют водой до получения рабочей концентрации раствора связующего. Preparation of an aqueous solution of a urea-formaldehyde binder, mixing it with mineral fiber, molding of a preform and heat treatment, preparation of an aqueous solution of a urea-formaldehyde binder is carried out in three stages: first, the resin is mixed with the ammonium salt of a strong acid until a pH of 4-5 is obtained, then it is mixed with urea to ensure a pH value of 5.2-6.2, after which the mixture is diluted with water to obtain a working concentration of a binder solution.

Механизм уменьшения содержания свободного формальдегида в синтетическом связующем, что обеспечивает достижение положительного эффекта улучшение условий труда, объясняется следующим. The mechanism for reducing the content of free formaldehyde in a synthetic binder, which ensures the achievement of a positive effect, an improvement in working conditions, is explained by the following.

Карбамидоформальдегидная смола КС-11 представляет собой продукт конденсации карбамида и формальдегида, который применяется в виде водной дисперсии карбамидоформальдегидного мономера. Urea-formaldehyde resin KS-11 is a condensation product of urea and formaldehyde, which is used in the form of an aqueous dispersion of urea-formaldehyde monomer.

При введении в карбамидоформальдегидную смолу аммонийной соли сильной кислоты происходит разложение слабой соли сильной кислоты с образованием гидроокиси аммония. Последняя взаимодействует с формальдегидом с образованием нетоксичного вещества уротропина. When an ammonium salt of a strong acid is introduced into the urea-formaldehyde resin, the weak salt of the strong acid decomposes to form ammonium hydroxide. The latter interacts with formaldehyde to form the non-toxic substance urotropin.

Процесс взаимодействия аммонийной соли сильной кислоты, например сернокислого аммония, с формальдегидом в водной среде описывается следующими выражениями:

+

C

=

10

При введении в смолу с сернокислого аммония происходит уменьшение водородного показателя рН среды в связи с образованием свободной кислоты, что коррелируется с количеством гидроокиси аммония, вступившим в соединение с формальдегидом.The process of interaction of the ammonium salt of a strong acid, for example ammonium sulfate, with formaldehyde in an aqueous medium is described by the following expressions:

+

C

=

10

When ammonium sulfate is introduced into the resin, the pH of the medium decreases due to the formation of free acid, which correlates with the amount of ammonium hydroxide that has joined the formaldehyde compound.

При этом с уменьшением величины рН связующего с 7 до 3 (см. таблицу) происходит понижение жизнеспособности связующего, что соответствует уменьшению его водорастворимости. При уменьшении рН с 7 до 5 не обеспечивается получение нетоксичных изделий. При уменьшении рН с 4 до 3 не обеспечивается возможность получения растворов, водорастворимость которых обеспечивает технологическую применимость связующего в производстве минплит. Moreover, with a decrease in the pH of the binder from 7 to 3 (see table), a decrease in the viability of the binder occurs, which corresponds to a decrease in its water solubility. By decreasing the pH from 7 to 5, non-toxic products are not obtained. When decreasing the pH from 4 to 3, it is not possible to obtain solutions whose water solubility ensures the technological applicability of the binder in the production of miniplates.

Выбранные параметры изменения рН с 4 до 5 определяют диапазон технологической применимости связующего в производстве минераловатных плит. The selected pH changes from 4 to 5 determine the range of technological applicability of the binder in the production of mineral wool boards.

После введения в смесь карбамида происходит дополнительное связывание остаточного формальдегида карбамидом с образованием моно- и диметилломочевины. After the carbamide is introduced into the mixture, the residual formaldehyde is additionally bonded with carbamide to form mono- and dimethylurea.

При этом с введением в смолу карбамида (5-15 мас. от количества смолы) (см. таблицу) происходит увеличение рН с 4 до 8, что сопровождается повышением водорастворимости смолы. In this case, with the introduction of urea into the resin (5-15 wt.% Of the amount of resin) (see table), the pH increases from 4 to 8, which is accompanied by an increase in the water solubility of the resin.

Карбамид в данном случае является стабилизирующей добавкой, введение которой обеспечивает повышение жизнеспособности связующего и получение на его основе водных растворов рабочей концентрации. In this case, carbamide is a stabilizing additive, the introduction of which provides an increase in the viability of the binder and the preparation of aqueous solutions of a working concentration on its basis.

Выбранный интервал увеличения величины (рН от 4 до 5 определяет диапазон изменения рН связующего, при котором количество свободного формальдегида, выделяемое из плит в течение 1 сут не превышает ПДК для жилого домостроения, т.е. 0,001 мг/м³.The selected interval for increasing the value (pH from 4 to 5 determines the range of changes in the pH of the binder, in which the amount of free formaldehyde emitted from the stoves for 1 day does not exceed the MPC for residential housing, i.e., 0.001 mg / m ³ .

Механизм достижения положительного эффекта повышение санитарно-гигиенических свойств изделий заключается в следующем. The mechanism for achieving a positive effect of improving the sanitary-hygienic properties of products is as follows.

В процессе термообработки происходит образование некоторого количества свободного формальдегида в результате интенсивного термического воздействия на связующее теплоносителя с температурой до 220^оС.During the heat treatment the formation of a certain amount of free formaldehyde as a result of intense thermal action on the binder with the coolant temperature to 220 ° ^C.

Непрореагировавшее количество карбамида, содержащееся в растворе связующего рабочей концентрации, в процессе термообработки при температуре более 132,6^оС разлагается на биурет и аммиак согласно следующей реакции:

)₂NH+

Благодаря высокой реакционной способности формальдегида происходит связывание имеющегося в изделии остаточного свободного формальдегида газообразным аммиаком с образованием нетоксичного уротропина согласно следующей химической реакции:
6CH₂O + 4NH₃ C₆H₁₂N₄ + 6H₂O формаль- аммиак уротро- вода дегид пин
Таким образом, способ обеспечивает трехстадийное связывание свободного формальдегида: 1-я и 2-я стадии в процессе приготовления раствора связующего и 3-я стадия в изделии при его термообработке.Unreacted urea amount, working concentration of the binder contained in the solution, during the heat treatment at a temperature above 132.6 ^{° C} decomposes into biuret and ammonia according to the following reaction:

) ₂ NH +

Due to the high reactivity of formaldehyde, the residual free formaldehyde in the product is bound with gaseous ammonia to form non-toxic urotropin according to the following chemical reaction:
6CH ₂ O + 4NH ₃ C ₆ H ₁₂ N ₄ + 6H ₂ O formal- ammonia urotrode dehydrate pin
Thus, the method provides a three-stage binding of free formaldehyde: the 1st and 2nd stages in the process of preparing the binder solution and the 3rd stage in the product during its heat treatment.

На чертеже показана схема осуществления предлагаемого способа. The drawing shows a diagram of an implementation of the proposed method.

Полученный в плавильном агрегате 1 расплав непрерывно подается на узел волокнообразования 2, откуда получаемое волокно в виде минеральной ваты подается в камеру волокноосаждения 3. Получаемый минераловатный ковер ножами 4 разрезается на отдельные части, которые по наклонному транспортеру 5 непрерывно подаются в смеситель 6. Получаемая в смесителе 6 однородная гидромасса по массопроводу 7 поступает на раскладчик 8, где формируется в ковер. Проходя через систему вакуумобезвоживания 9, ковер вакуумируется до остаточной влажности 60-80% Избыток раствора связующего подается в емкость для связующего 10. Сформованный ковер подается далее в камеру термообработки 11, где путем прососа теплоносителя с температурой до 220^оС происходит сушка ковра и отверждение связующего. После чего отвержденный минеральный ковер подается на ножи 12 и 13 продольной и поперечной резки ковра на изделия.The melt obtained in the melting unit 1 is continuously fed to the fiber formation unit 2, from where the resulting fiber in the form of mineral wool is fed into the fiber deposition chamber 3. The resulting mineral wool carpet is cut into 4 parts with knives 4, which are continuously fed through the inclined conveyor 5 to the mixer 6. Obtained in the mixer 6, a homogeneous hydromass through the mass pipe 7 enters the pickup 8, where it is formed into a carpet. Passing through the vacuum dehydration system 9, the carpet is evacuated to a residual moisture content of 60-80%. An excess of the binder solution is fed into the binder container 10. The formed carpet is then fed to the heat treatment chamber 11, where the carpet is dried and the binder is cured by heating with a temperature of up to 220 ^о С . After that, the cured mineral carpet is fed to the knives 12 and 13 of the longitudinal and transverse cutting of the carpet on the product.

Примеры конкретного выполнения способа. Examples of specific performance of the method.

П р и м е р ы 1-15. Берут карбамидную смолу КС-11 (ТУ 6-05-1375-80) и вводят в нее, при непрерывном перемешивании, аммоний сернокислый в количестве, обеспечивающем величину водородного показателя рН в соответствии с таблицей. Затем в смесь при непрерывном перемешивании вводят карбамид в количестве, обеспечивающем величину водородного показателя рН в соответствии с данными таблицы. Затем связующее разбавляют водой в соотношении (1:4)-(1:5) до получения раствора связующего рабочей концентрации, равной 1,03 г/см³.PRI me R s 1-15. Take the urea resin KS-11 (TU 6-05-1375-80) and injected into it, with continuous stirring, ammonium sulfate in an amount that provides the pH value in accordance with the table. Then carbamide is introduced into the mixture with continuous stirring in an amount that ensures the pH value of the pH in accordance with the table. Then the binder is diluted with water in the ratio (1: 4) - (1: 5) to obtain a solution of the binder working concentration equal to 1.03 g / cm ³ .

В смеситель принудительного действия заливают 50 л свежеприготовленного раствора синтетического связующего рабочей концентрации. Туда же при непрерывном перемешивании вводят 2,5 кг минеральной ваты, обеспечивая твердо-жидкое отношение в пределах до 1/25. Полученную однородную гидромассу раскладывают в форму с сетчатым дном с размерами 50х60 см в плане и высотой 5 см. 50 l of a freshly prepared solution of a synthetic binder of working concentration are poured into a forced-action mixer. There, with continuous stirring, 2.5 kg of mineral wool is introduced, providing a solid-liquid ratio in the range up to 1/25. The resulting homogeneous hydromass is laid out in a shape with a mesh bottom with dimensions of 50x60 cm in plan and 5 cm high.

Избыток раствора связующего удаляют вакуумированием до обеспечения величины остаточной влажности не более 70%
Полученные таким образом заготовки помещают в камеру термообработки, где связующее отверждают путем прососа теплоносителя с температурой 210-220^оС в течение 15 мин.Excess binder solution is removed by vacuum until a residual moisture content of not more than 70% is achieved.
The thus obtained preform was placed in a treatment chamber, wherein the binder is solidified by sucking coolant having a temperature ^of 210-220 C for 15 min.

П р и м е р 16 (прототип). Данный пример аналогичен предыдущим за исключением того, что в смолу КС-11 не вводят сернокислый аммоний и карбамид. PRI me R 16 (prototype). This example is similar to the previous ones except that ammonium sulfate and urea are not introduced into the resin KS-11.

Физико-механические и санитарно-гигиенические свойства связующего и изделий приведены в таблице. Physico-mechanical and sanitary-hygienic properties of the binder and products are shown in the table.

Сангигиенические свойства связующего определение количества свободного формальдегида в связующем производили по методике ТУ 6-05-1375-80. The hygienic properties of the binder, the determination of the amount of free formaldehyde in the binder was carried out according to the procedure TU 6-05-1375-80.

Сангигиенические свойства изделий определяли после выдержки образца в термостате при 20^оС в течение 24 ч при насыщености 1 м²/м³.Sangigienicheskie properties of the products were determined after soaking the sample in an oven at ²⁰ ° C for 24 hours at saturation 1 m ² / m ^3.

Физико-механические свойства изделий определены по ГОСТ 17177-87. Physico-mechanical properties of the products are determined according to GOST 17177-87.

Полученные данные показывают, что положительный эффект по полному исключению свободного формальдегида в составах связующего достигается в примерах 6, 7, 11, 12, 13. The data obtained show that a positive effect on the complete exclusion of free formaldehyde in the compositions of the binder is achieved in examples 6, 7, 11, 12, 13.

При этом в связи с ухудшением водоразбавляемости связующего в примерах 6 и 13 и по этой причине невозможностью получения на этих составах раствора связующего рабочей концентрации плиты были изготовлены на составах связующего, которые приведены в примерах 7, 11, 12. Данные испытаний показывают, что полученные изделия (примеры 7, 11, 12) по сравнению с прототипом (пример 16) характеризуются более высокими санитарно-гигиеническими показателями, что позволяет применять их в жилом домостроении. Moreover, due to the deterioration of the binder water dilution in examples 6 and 13 and for this reason the impossibility of obtaining a binder working concentration of the compositions on these compositions, the plates were made on the binder compositions, which are given in examples 7, 11, 12. Test data show that the products obtained (examples 7, 11, 12) compared with the prototype (example 16) are characterized by higher sanitary and hygienic indicators, which allows them to be used in residential housing construction.

Кроме того, способ позволяет на 25-30% повысить прочность плит. Это можно объяснить тем, что наличие в составе связующего свободной кислоты, которая является ускорителем реакций отверждения данного вида связующего, способствует более прочной сшивке олигомера в пространственной структуре полимера. In addition, the method allows to increase the strength of the plates by 25-30%. This can be explained by the fact that the presence of a free acid in the composition of the binder, which is an accelerator of the curing reactions of this type of binder, promotes stronger crosslinking of the oligomer in the spatial structure of the polymer.

Применение предлагаемого способа улучшает условия труда за счет отсутствия свободного формальдегида в составе связующего; повышает санитарно-гигиенические свойства плит, что позволяет расширить сферу их применения, включая жилое домостроение; увеличивает прочность плит, что позволяет снизить расход связующего, необходимого для достижения нормативной прочности. The application of the proposed method improves working conditions due to the absence of free formaldehyde in the binder; increases the sanitary and hygienic properties of the plates, which allows to expand the scope of their application, including residential housing construction; increases the strength of the plates, which reduces the consumption of a binder necessary to achieve standard strength.

Claims

METHOD FOR PRODUCING HEAT AND SOUND INSULATION PRODUCTS, including preparing an aqueous solution of carbamide-formaldehyde binder, mixing it with mineral fiber, forming a preform and heat treatment, characterized in that, in order to improve the quality of products by improving their sanitary and hygienic properties, preparing an aqueous formaldehyde carbide solution carried out in three stages: first, the resin is mixed with the ammonium salt of a strong acid to achieve a pH of 4-5, then mixed with urea to both baking pH = 5,2 6,2, the mixture was diluted with water to give working strength.