EP0795644A2 - Verfahren zur Herstellung von Dämmstoffplatten auf Mineral- und Papierfaserbasis - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Dämmstoffplatten auf Mineral- und Papierfaserbasis Download PDF

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EP0795644A2
EP0795644A2 EP97103400A EP97103400A EP0795644A2 EP 0795644 A2 EP0795644 A2 EP 0795644A2 EP 97103400 A EP97103400 A EP 97103400A EP 97103400 A EP97103400 A EP 97103400A EP 0795644 A2 EP0795644 A2 EP 0795644A2
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EP
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radical
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alkyl
radicals
groups
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Manfred Schmuck
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Evonik Operations GmbH
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TH Goldschmidt AG
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00—Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/36—Inorganic fibres or flakes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/46—Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/59—Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J1/00—Fibreboard
    • D21J1/16—Special fibreboard
    • D21J1/20—Insulating board

Definitions

  • the invention relates to a method for producing mineral and paper fiber-based insulation boards by slurrying mineral fibers, binders and conventional additives in water, shaping the insulation board by applying the slurry to a sieve, drying and solidifying the insulation board.
  • Such panels are mainly used in suspended ceilings or wall panels for acoustic insulation of rooms. However, they are also used in structural fire protection, especially as door panels and cladding for beams and supports in steel structures as well as ventilation and electrical wiring ducts.
  • the plates mentioned are manufactured in a so-called wet process.
  • a strongly aqueous slurry of preferably mineral wool, paper fibers, starch, clay and kaolin is provided, which part of the water is removed on a sieve by suction.
  • the sieve cake thus created is then passed into an oven in which the residual water evaporates at an elevated temperature.
  • the starch gel hardens by drying and creates a firm connection between the intersecting mineral and paper fibers.
  • non-ionic surfactants are added to the aqueous slurry (also to reduce the density by the foam produced).
  • this addition of surfactant has the disadvantage that after drying a highly hydrophilic component remains in the plates.
  • the individual disadvantages are as follows:
  • the surfactants previously used tend to adsorb atmospheric moisture. This can lead to softening of the binder used. This reduces the binding force and, due to its own weight, the panels attached to the frame can bend.
  • the object of the invention is to achieve that as much water as possible is removed from the mixture to be dried before the drying process and that no hydrophilic surfactant (eg alkylphenyl ethoxylates) remains in the plate.
  • hydrophilic surfactant eg alkylphenyl ethoxylates
  • silicone resins to the mineral and paper fiber slurry as water repellents.
  • a surfactant of the prior art namely a nonylphenyl ethoxylate with 6 ethylene oxide groups.
  • the surfactant concentrations used refer to the solids content in the standard mixture.
  • the residues on the filter still contain the following water components: Standard mix 61% example 1 56% Example 2 46% Example 3 45%
  • the plate-shaped filter residues according to Examples 1, 2 and 3 are each dried for 1 3 ⁇ 4 hours at 170 ° C, weighed after cooling and then immersed in a water bath 5 cm deep under water for a period of 2 hours. Then the samples listed above are taken, the standing water is blotted with filter paper and weighed out. The following water absorption values are obtained: example 1 18% Example 2 7% Example 3 8th %
  • the filter residues in which the siloxane surfactants according to the invention are used contain significantly less water. This means that in addition to lower energy costs, higher production speeds in the production of mineral and paper fiber boards can be achieved.
  • the finished plates also show significantly improved hydrophobic properties.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Silicon Polymers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dämmstoffplatten auf Mineral- und Papierfaserbasis durch Aufschlämmen von Mineralfasern, Bindemitteln und üblichen Zusatzstoffen in Wasser, Formen der Dämmstoffplatte durch Aufbringen des Slurrys auf ein Sieb, Trocknen und Verfestigen der Dämmstoffplatte. Durch den Einsatz von tensidischen Siloxanen, die betainische und quaternäre Gruppen aufweisen, wird eine schnellere und bessere Entwässerung der für den Trocknungsprozeß vorgesehenen Filterrückstände erreicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dämmstoffplatten auf Mineral- und Papierfaserbasis durch Aufschlämmen von Mineralfasern, Bindemitteln und üblichen Zusatzstoffen in Wasser, Formen der Dämmstoffplatte durch Aufbringen des Slurrys auf ein Sieb, Trocknen und Verfestigen der Dämmstoffplatte.
  • Solche Platten werden, mit dekorativen Oberflächen versehen, in abgehängten Decken oder Wandpaneelen vorwiegend zur akustischen Isolation von Räumen eingesetzt. Sie finden jedoch auch Verwendung im baulichen Brandschutz, besonders als Türfüllungen und Verkleidungen von Trägern und Stützen bei Stahlkonstruktionen sowie von Lüftungs- und E-Leitungskanälen.
  • Die genannten Platten werden in einem sogenannten Naßverfahren hergestellt. Dabei wird eine stark wäßrige Aufschlämmung von vorzugsweise Mineralwolle, Papierfasern, Stärke, Ton und Kaolin bereitgestellt, welcher auf einem Sieb durch Abnutschen ein Teil des Wassers entzogen wird. Der so entstandene Siebkuchen wird dann in einen Ofen geführt, in welchem das Restwasser bei erhöhter Temperatur verdampft. Gleichzeitig erhärtet das Stärkegel durch Trocknung und stellt dabei eine feste Verbindung zwischen den sich kreuzenden Mineral- und Papierfasern her.
  • Um ein schnelleres Entwässern auf dem Maschinensieb zu erreichen, werden der wäßrigen Aufschlämmung nichtionische Tenside zugesetzt (auch um durch den entstehenden Schaum das Raumgewicht zu reduzieren). Dieser Tensidzusatz hat jedoch den Nachteil, daß nach dem Trocknen eine stark hydrophile Komponente in den Platten verbleibt. Diese Nachteile zeigen sich im einzelnen wie folgt:
  • Nach dem Schliff der getrockneten Rohplatten werden diese mit wäßrigen Dispersionsfarben beschichtet. Da der Untergrund stark porös ist und deshalb viel Farbe in den Untergrund wandert, wird bei diesem Vorgang unnötig Farbe verbraucht.
  • Weiter neigen die bisher eingesetzten Tenside dazu, Luftfeuchtigkeit zu adsorbieren. Dadurch kann es zum Erweichen des verwendeten Bindemittels kommen. Die Bindekraft wird dadurch vermindert, und aufgrund des Eigengewichts kann es dann zum Durchbiegen der im Rahmen befestigten Platten kommen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es zu erreichen, daß dem zu trocknenden Gemisch vor dem Trocknungsprozeß möglichst viel Wasser entzogen wird und kein hydrophiles Tensid (z. B. Alkylphenylethoxylate) in der Platte verbleibt.
  • Erfindungsgemäß wird das durch den Einsatz der im folgenden aufgeführten tensidischen Siloxane erreicht, die betainische oder quaternäre Gruppen aufweisen.
  • Vorzugsweise werden dabei Betaine verwendet, die die allgemeine Formel aufweisen
    Figure imgb0001
     wobei
    • R1
    im Molekül gleich oder verschieden ist und einen Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, einen Phenylrest oder einen Polyoxyalkylenrest bedeutet, mit der Maßgabe, daß mindestens 70 % der Reste R1 Methylreste sind,
    R2
    gleich R1 sein kann, mit der Maßgabe, daß mindestens ein Rest R2 die Gruppe
    Figure imgb0002
     ist, in der
    R3
    ein zweiwertiger Alkylenrest mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen,
    R4
    ein zweiwertiger Alkylenrest mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen ist,
    R5, R6
    gleich oder verschieden sind und einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder einen Benzylrest bedeuten,
    n
    1, 2 oder 3 ist,
    x
    einen Wert von 0 bis 200 und
    y
    einen Wert von 1 bis 50 hat.
  • Beispiele dieser erfindungsgemäß eingesetzten Organpolysiloxane mit Betaingruppen sind
    Figure imgb0003
    Figure imgb0004
  • Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist der Einsatz der Polysiloxane mit quaternären Ammoniumgruppen der allgemeinen Formel
    Figure imgb0005
     wobei
    • R7
    im Molekül gleich oder verschieden ist und einen Methylrest oder den Rest
    Figure imgb0006
     bedeutet,
    R8
    im Molekül gleich oder verschieden ist und einen Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder den Rest R11-CONH-(CH2)4- bedeutet, in dem R11 ein Alkylrest mit 7 bis 17 Kohlenstoffatomen ist,
    R9, R10
    im Molekül gleich oder verschieden sind und einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten,
    Z
    der Rest
    Figure imgb0007
     ist,
    X⊖
    ein anorganisches oder organisches Anion ist, das von einer üblichen physiologisch verträglichen Säure HX herrührt,
    n
    einen Wert von 5 bis 20,
    m
    einen Wert von 1 bis 10 hat,
    wobei der Quotient aus der Anzahl der Dimethylsiloxygruppen und der Anzahl der quaternären Ammoniumgruppen einen Wert von 0,5 bis 15 hat.
  • Beispiele besonders geeigneter Verbindungen sind
    Figure imgb0008
  • Als brauchbare Verbindungen können ebenso Polysiloxane mit quaternären Gruppen eingesetzt werden, die folgende allgemeine Formel aufweisen
    Figure imgb0009
     wobei
    • A
    der Rest
    Figure imgb0010
     ist,
    R12, R13, R14
    = Alkylreste mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen oder Alkenylreste mit 2 bis 22 Kohlenstoffatomen, wobei die Alkyl- oder Alkenylreste Hydroxylgruppen aufweisen können und mindestens einer der Reste R12, R13, R14 mindestens 10 Kohlenstoffatome aufweist,
    R15, R16` R18, R19, R20
    = Alkylreste mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen oder Alkenylreste mit 2 bis 22 Kohlenstoffatomen, wobei die Alkyl- oder Alkenylreste Hydroxylgruppen aufweisen können,
    R17
    = -O- oder -NR21-Rest,
    R21
    = Alkyl- oder Hydroxylalkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder Wasserstoffrest,
    p
    = 2 bis 4,
    M
    = ein zweiwertiger Rest, ausgewählt aus der Gruppe
    Figure imgb0011
    Figure imgb0012
     wobei das N-Atom des Restes A mit dem Rest M über das zur C-OH-Gruppe im Rest M benachbarte Kohlenstoffatom verbunden ist,
    o
    = eine Zahl von 0 bis 200 ist,
    X⊖
    die oben angegebene Bedeutung hat.
  • Beispiele dieser besonders geeigneten quaternären Siloxane sind
    Figure imgb0013
    Figure imgb0014
  • Die Herstellung der obengenannten Siloxane, die betainische oder quaternäre Gruppen aufweisen, ist u.a. in DE-C-34 22 268, DE-C-37 19 086 und DE-C-38 37 811 beschrieben.
  • Durch den Einsatz dieser Siloxane hat sich gezeigt, daß diese zu einer außerordentlich schnellen Entwässerung führen und somit die für den Trocknungsprozeß vorgesehenen Filterrückstände deutlich weniger Wasser enthalten. Man spart dadurch an Energie und erreicht höhere Produktionsgeschwindigkeiten. Die getrockneten Platten zeigen auf ihrer Oberfläche deutlich hydrophobe Eigenschaften.
  • Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, der Mineral- und Papierfaseraufschlämmung Siliconharze als Hydrophobierungsmittel zuzusetzen. Durch die Verwendung dieser bekannten Siliconharze in Verbindung mit den erfindungsgemäß eingesetzten tensidischen Siloxanen wird eine noch gleichmäßigere und bessere Hydrophobierung erzielt.
  • Anhand der folgenden Beispiele wird das erfindungsgemäße Verfahren noch näher erläutert.
  • Zunächst wird eine Mischung hergestellt, bei der auf den Zusatz eines Tensids verzichtet wird.
  • In 3 l Wasser werden 120 g Steinwolle, 10 g Stärke, 30 g Ton und 0,4 Gew.-% einer 50 %igen Hydrophobieremulsion, bezogen auf die o.a. Festkörper, auf Basis eines Methylsiliconharzes zugesetzt und gut miteinander vermischt.
    • Beispiel 1 (nicht erfindungsgemäß)
  • Zu der oben beschriebenen Standardmischung werden 0,1 Gew.-% eines Tensids des Standes der Technik, nämlich eines Nonylphenylethoxylats mit 6 Ethylenoxidgruppen gegeben.
    • Beispiel 2 (erfindungsgemäß)
  • Der Standardmischung werden 0,1 Gew.-% eines Siloxans mit quaternären Gruppen folgender Zusammensetzung zugesetzt
    Figure imgb0015
    • R=
    langkettiger Alkylrest, C12H25-
    Beispiel 3 (erfindungsgemäß)
  • Der Standardmischung werden 0,1 Gew.-% eines Siloxans mit Betaingruppen folgender Formel zugesetzt
    Figure imgb0016
  • Die eingesetzten Tensidkonzentrationen beziehen sich auf den in der Standardmischung befindlichen Feststoffanteil.
  • Diese Aufschlämmung wird nacheinander in eine auf einer Saugflasche befindlichen mit Schwarzbandfilter versehenen Nutsche gegeben und im Wasserstrahlvakuum von 50 mbar abgesaugt.
    Für den Absaugvorgang benötigt man
    bei der Standardmischung 27 Minuten
    bei der Mischung mit dem Tensid des Standes der Technik (Beispiel 1) 22 Minuten
    bei der Mischung mit dem erfindungsgemäß zugesetzten Siloxan (Beispiele 2 und 3) 11 bzw. 10 Minuten.
  • Entsprechend enthalten die auf dem Filter befindlichen Rückstände noch folgende Wasseranteile:
    Standardmischung 61 %
    Beispiel 1 56 %
    Beispiel 2 46 %
    Beispiel 3 45 %
    • Beispiel 4
  • In diesem Beispiel werden anhand der Wasseraufnahmewerte die erheblich verbesserten hydrophoben Eigenschaften einer Mineralfaserdeckenplatte gezeigt, die mit den erfindungsgemäß eingesetzten Siloxantensiden behandelt wurde.
  • Die plattenförmigen Filterrückstände gemäß Beispiel 1, 2 und 3 werden jeweils 1 ¾ Std. bei 170 °C getrocknet, nach dem Erkalten gewogen und anschließend über einen Zeitraum von 2 Std. in einem Wasserbad 5 cm tief unter Wasser getaucht. Danach werden die oben aufgeführten Proben entnommen, das stehende Wasser mit Filterpapier abgetupft und zurückgewogen. Es werden folgende Wasseraufnahmewerte erhalten:
    Beispiel 1 18 %
    Beispiel 2 7 %
    Beispiel 3 8 %
  • Die Wasseraufnahmewerte zeigen deutlich, daß sich durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Tenside Platten mit hydrophoben Eigenschaften herstellen lassen.
  • Neben einer erheblich schnelleren Entwässerung gegenüber der Standardmischung und der Probe mit Alkylarylsulfonat (Nonylphenolethoxylate mit 6 Ethylenoxidgruppen) enthalten die Filterrückstände, bei denen mit den erfindungsgemäßen Siloxantensiden gearbeitet wird, deutlich weniger Wasser. Das bedeutet, daß neben geringeren Energiekosten auch höhere Produktionsgeschwindigkeiten bei der Herstellung von Mineral- und Papierfaserplatten erzielt werden können. Die fertigen Platten zeigen dazu noch deutlich verbesserte hydrophobe Eigenschaften.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung von Dämmstoffplatten auf Mineral- und Papierfaserbasis durch Aufschlämmen von Mineralfasern, Bindemitteln und üblichen Zusatzstoffen in Wasser, Formen der Dänmstoffplatte durch Aufbringen des Slurrys auf ein Sieb, Trocknen und Verfestigen der Dämmstoffplatte, dadurch gekennzeichnet, daß man der Aufschlämmung Siloxane, welche betainische oder quaternäre Gruppen aufweisen, in Mengen von 0,01 bis 3 Gew.-%, bezogen auf Festkörper, zusetzt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Betaingruppen enthaltende Siloxane Verbindungen der allgemeinen Formel
    Figure imgb0017
     wobei
    R1   im Molekül gleich oder verschieden ist und einen Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, einen Phenylrest oder einen Polyoxyalkylenrest bedeutet, mit der Maßgabe, daß mindestens 70 % der Reste R1 Methylreste sind,
    R2   gleich R1 sein kann, mit der Maßgabe, daß mindestens ein Rest R2 die Gruppe
    Figure imgb0018
     ist, in der
    R3   ein zweiwertiger Alkylenrest mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen,
    R4   ein zweiwertiger Alkylenrest mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen ist,
    R5, R6   gleich oder verschieden sind und einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder einen Benzylrest bedeuten,
    n   1, 2 oder 3 ist,
    x   einen Wert von 0 bis 200 und
    y   einen Wert von 1 bis 50 hat, verwendet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als quaternäre Ammoniumgruppen enthaltende Siloxane Verbindungen der allgemeinen Formel
    Figure imgb0019
     wobei
    R7   im Molekül gleich oder verschieden ist und einen Methylrest oder den Rest
    Figure imgb0020
     bedeutet,
    R8   im Molekül gleich oder verschieden ist und einen Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder den Rest R11-CONH-(CH2)4- bedeutet, in dem R11 ein Alkylrest mit 7 bis 17 Kohlenstoffatomen ist,
    R9, R10   im Molekül gleich oder verschieden sind und einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten,
    Z   der Rest
    Figure imgb0021
     ist,
    X⊖   ein anorganisches oder organisches Anion ist, das von einer üblichen physiologisch verträglichen Säure HX herrührt,
    n   einen Wert von 5 bis 20,
    m   einen Wert von 1 bis 10 hat,
    wobei der Quotient aus der Anzahl der Dimethylsiloxygruppen und der Anzahl der quaternären Ammoniumgruppen einen Wert von 0,5 bis 15 hat, verwendet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als quaternäre Gruppen enthaltende Polysiloxane Verbindungen der allgemeinen Formel
    Figure imgb0022
     wobei
    A   der Rest
    Figure imgb0023
     ist,
    R12, R13, R14   = Alkylreste mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen oder Alkenylreste mit 2 bis 22 Kohlenstoffatomen, wobei die Alkyl- oder Alkenylreste Hydroxylgruppen aufweisen können und mindestens einer der Reste R12, R13, R14 mindestens 10 Kohlenstoffatome aufweist,
    R15, R16, R18, R19, R20   = Alkylreste mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen oder Alkenylreste mit 2 bis 22 Kohlenstoffatomen, wobei die Alkyl- oder Alkenylreste Hydroxylgruppen aufweisen können,
    R17   = -O- oder -NR21-Rest,
    R21   = Alkyl- oder Hydroxylalkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder Wasserstoffrest,
    p   = 2 bis 4,
    M   = ein zweiwertiger Rest, ausgewählt aus der Gruppe
    Figure imgb0024
    Figure imgb0025
     wobei das N-Atom des Restes A mit dem Rest M über das zur C-OH-Gruppe im Rest M benachbarte Kohlenstoffatom verbunden ist,
    o   = eine Zahl von 0 bis 200,
    X⊖   die oben angegebene Bedeutung hat,
    verwendet.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man der Aufschlämmung zusätzlich zu den Siloxanen Siliconharze in Mengen von 0,02 bis 2 Gew.-%, bezogen auf Festkörper, zusetzt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Siliconharze Siloxane der allgemeinen Formel
    Figure imgb0026
     wobei
    R22   ein Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder ein Phenylrest und
    R23   ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist,
    a   = 0,8 bis 1,2 und
    b   = 0,2 bis 1,2 ist,
    einsetzt.
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