用于生产矿物纤维产品的方法.pdf

本发明涉及一种粘合矿物纤维材料中矿物纤维的方法，根据该方法，对该矿物纤维材料应用足够量的酸使矿物原料从纤维上溶解，以便在矿物纤维上形成含有粘合剂的二氧化硅，并且固化该矿物纤维材料以便结合纤维。

1.  一种粘合矿物纤维材料中矿物纤维的方法，特征在于：对该矿物纤维材料应用足够量的酸使矿物质从纤维中溶解，以便在矿物纤维上形成含有二氧化硅的粘合剂，并且固化该矿物纤维材料以便粘合纤维。

2.  根据权利要求1的方法，特征在于：该粘合剂是酸的水溶液。

3.  根据权利要求1或2的方法，特征在于：该酸是一种单羧酸，优选的是一种单烷酸。

4.  根据权利要求3的方法，特征在于：该酸选自甲酸、乙酸和丙酸。

5.  根据权利要求4的方法，特征在于：该酸是甲酸。

6.  根据前面任一权利要求的方法，特征在于：按重量计，将矿棉干燥物质的1到5％重量的酸应用于该矿棉。

7.  根据权利要求2的方法，特征在于：该酸的水溶液的pH值等于或小于5，优选的是等于或小于3。

8.  根据前面任一权利要求的方法，特征在于：该粘合后的矿棉产品在足够高的温度下固化，以便蒸发任何挥发物。

9.  根据前面任一权利要求的方法，特征在于：该酸的水溶液含有乳化在其中的疏水剂，优选的是硅油。

10.  根据前面任一权利要求的方法，特征在于：通过喷射、浸渍或冷凝等将该酸的水溶液应用到矿棉上。

11.  根据前面任一权利要求的方法，特征在于：该矿物质从该纤维上溶解的程度通过在应用该酸后测定矿棉的pH值来监测。

12.  根据前面任一权利要求的方法，特征在于：该方法包括附加步骤：通过加热该矿棉产品以便蒸发该酸，或通过中和该矿物质，或通过添加固化抑制剂，优选的是诸如聚乙二醇的醇，来停止该矿物纤维的溶解。

用于生产矿物纤维产品的方法
发明领域
本发明涉及一种粘合矿物纤维材料中矿物纤维用于生产经粘合的矿物质纤维产品的方法。
发明背景
通过熔化和离心矿物原料，诸如岩石、矿渣、玻璃、陶瓷等类似原料而制备的矿物纤维，被广泛地用于制造矿物垫和毡，主要为了绝热和隔音的目的，尤其是用于建筑行业。已知许多不同类型的矿物纤维产品通常含有粘合剂。
这些，例如，苯酚固化的绝缘产品是已知。苯酚是一种相当便宜的并且也是一种快速固化粘合剂。苯酚固化产品耐温高达250℃，但是如果温度过长地持续维持在250℃以上，则该粘合剂被破坏。在更高温度400℃或以上，该粘合剂失去其强度，温度快速增加，则该产品崩溃。此外，在燃烧过程中，苯酚固化绝缘产品放出有毒气体。另外的并且也是主要的缺点在于：在该产品中，苯酚的存在将导致当含有粘合剂的矿棉产品在使用之后被抛掉时对环境产生不希望有的负担。
同样，水玻璃已经广泛地用作粘合剂。水玻璃通常是通过用钠或钾的碳酸盐将石英砂在很高的温度下熔化，然后将该精细粉碎的固化产品溶解于水中而制备的。这种作为在矿棉产品中的粘合剂的水玻璃被认为在生态上是可接受的物质。然而，缺点是：水玻璃的制造使用纯的原料并且消耗能量。
同样，已知的是，使用水玻璃和粘土的混合物作为用于矿棉产品的粘合剂，见例如，SE 420488。这种产品，尽管提供好的耐水性和耐热性，由于具有差的耐压性，因此是易碎的并且导致尘埃。另一方面，EP B 466754描述了使用由矿渣和水玻璃制造的粘合剂用于制造耐温和防水并也能够承受暂时高负载的矿棉产品。
国际申请WO01/00916公开了一种用于矿棉产品的粘合剂，该粘合剂通过将微粒的玻璃状的矿物原料溶解于水溶液中，成核并且稳定所获得的溶液以便形成以溶胶形式的粘合剂溶液而制备的，并且将所获得的粘合剂施用到矿物纤维以便使其粘合。该水溶液可以是碱性或酸性溶液。在应用以前，例如，通过改变pH值或调节该溶液中颗粒之间的静电推斥力，所获得的溶胶可以制备成凝胶，或者应用在矿物纤维之后，使溶胶形成凝胶。
本发明的目的是提供一种用于粘合矿棉产品的方便并且经济可行的方法，该粘合剂具有优良粘合和耐火特性，并且从用途或职业健康的观点看是可接受的。一个重要的优点是：根据本发明所使用的该粘合剂对环境不存在生态学上的负担，而是仅仅含有矿棉产品中固有的组分。
发明内容
因此，本发明的目的是一种粘合矿物纤维材料中矿物纤维用于制造粘合矿物纤维产品的方法，根据这一方法，对该矿物纤维材料应用足够量的酸使矿物质从纤维中溶解以便在该矿物纤维上形成含有二氧化硅的粘合剂，并且固化该矿物纤维材料以便粘合纤维。
具体实施方式
因此，根据本发明，提供一种用粘合剂粘合矿物纤维材料中矿物纤维的方法，根据这一方法，通过用酸溶解矿物质在该纤维上原位形成粘合剂，通过对矿物纤维材料应用足够量的酸使矿物质溶解并且在该矿物纤维上形成含有二氧化硅的溶解层，并且固化该矿物纤维材料以便粘合该纤维。
因此，根据本发明，该矿物纤维暴露于酸中，优选的是作为水溶液应用于矿物纤维。当与该矿物纤维的硅酸盐物质接触时，该酸溶解一层纤维，在该纤维表面原位形成含有二氧化硅层，该二氧化硅层成胶并且使纤维粘合在一起。在有金属阳离子的情况下，例如，来自于该纤维，这种二氧化硅可以形成盐，也就是硅酸盐。与WO01/00916的教导相比较，不必额外的预先溶解的步骤，例如，在水溶液中溶解微粒硅酸盐物质，以便制造溶胶，然后将其应用于矿物纤维以提供粘合效果。本发明是粘合矿物纤维方法的重要改进在生产过程中省去一步骤而对结合性能无任何有害影响。
该酸的水溶液可以是通过添加任何无机或有机酸而制造的酸性水溶液，其适宜的是足够酸度以便使矿物质从该纤维表面溶解。适宜的酸为诸如HCl、HNO₃、H₂SO₄、H₃PO₄等等的无机酸。适宜的有机酸是：例如，选择性取代的(例如用诸如氯地卤素)单、双或多羧酸，尤其是1到6个碳原子，优选的是1到3个碳原子的单烷酸，诸如甲酸、乙酸或丙酸；或3到6个碳原子，优选的是3到4个碳原子的单烷酸，诸如丙烯酸或甲基丙烯酸。适宜的双羧酸的实例是，例如，酒石酸和草酸；适宜的多羧酸的实例，为聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸。有机酸也可以是诸如苯甲酸的芳香族单羧酸。优选的酸是处理之后可以从产品容易地蒸发的酸，诸如有机酸：甲酸、乙酸和丙酸。无机酸中，盐酸和硝酸HNO₃特别合适的。
酸的用量足以实现溶解该矿物纤维的外层。本领域技术人员可以方便地确定该用量，并且该用量视具体使用的酸和其浓度而定。通常按重量计约该纤维的1到5％的酸(干重)的用量是合适的。该酸优选的是以适当的和所需要浓度的水溶液的形式应用于该纤维。优选的是稀释该溶液，但是稀释度当然取决于所使用的酸，并且可以根据所需要的溶解层的厚度按化学计量计算。一般的稀释液是在水中1到5％的酸。添加到纤维中的水量一方面通过溶液所要求的浓度限定，另一方面通过同时使纤维获得充分润湿的需要限定，而避免在产品中包含过量的水，在后面阶段中，过量的水量必须从该产品中排出，导致额外的费用或不便。有可能与该酸一起使用润湿剂以便润湿该纤维表面，例如，一种诸如Triton X100或硫酸月桂酯的表面活性剂。同样有可能通过使用增稠剂改进该酸的效果，例如，一种诸如淀粉、聚氧化乙烯、聚乙二醇、CMC(羧甲基纤维素)、或EHEC(乙基羟乙基纤维素)的聚合物，例如，它们可以保留水份并且防止该胶化的粘合剂干燥太快，并且因此能用于调整固化时间。所包括的润湿剂和增稠剂的量可由所属领域的技术人员方便地确定。
通常所使用的酸的pH值为小于或等于pH值6，或优选的是pH值5，更优选的是等于或小于约3，以便获得所要求的纤维表面的溶解。
通常，与该酸应用有关的条件，包括该酸的浓度和温度，应该加以选择以便提供在给定时间期间内足以溶解粘合量的纤维表面的溶解速率。这种时间周期根据所要求溶解层的厚度而变化，而厚度一般为零点几个微米数量级，例如，0.1微米。例如当形成矿棉网幅之后。该酸粘合剂直接应用于矿棉时，这种时间周期可以例如高达20分钟。在这种情况下，在固化该产品以前，该酸已经从该纤维上溶解足够量的表面以便提供良好的粘合作用。如果需要更多的溶解，所说时间周期可以更长。
在固化炉中，应用加热排除该产品中余下的水和任何酸，该粘合过程停止并且所溶解的二氧化硅将成胶并且干燥以便产生满意的粘合效应。
除了在固化炉中固化之外，同样有可能通过在中和该矿棉产品中的酸来停止粘合过程，例如，通过将该产品暴露于诸如气态碱性剂的碱性条件，例如氨气，或通过使用诸如醇类的固化抑制剂，例如聚乙二醇，来停止粘合过程。
在该矿物纤维的溶解过程中，随着酸的消耗，pH值增加。溶解的程度和因此粘合力的形式可以通过监测该纤维产品的pH值而进行观察。在简化方法中，这可以通过将代表量的粘合纤维浸入水中以便测定所获得溶液的pH值来进行。同样有可能通过与适当的pH值测量装置接触，从该产品直接、简单地测定pH值。用这样的方式，有可能，例如，当达到所要求pH值时停止反应。
根据一个优选实施方案，生产该矿物纤维网幅之后，将该酸的水溶液直接喷射到矿物纤维网幅上。同样想得到的是在处理该矿物纤维产品的其它任何阶段，粘合该纤维，例如，通过喷射、或通过将该产品浸渍或浸入该酸的水溶液。根据本发明进一步的实施方案，该酸可以为气态，例如，在有水蒸汽的情况下，酸雾冷凝到该纤维上。
如上所述，根据所要求反应速率适当地调节酸溶液的pH值。低pH值导致该矿物质快速溶解以及在溶解层中更高的二氧化硅浓度，而且该硅溶胶(silica solution)的快速成胶并且固化，成胶时间视pH值而定，低pH值比高pH值导致成胶更快。对于各种矿物质，在pH值为0到6中获得好的溶解。
在生产中，使该粘合剂溶液经过矿物纤维生产中使用的离心机的粘合剂喷嘴喷射到矿棉上，对此有可能使用外周和中心的喷雾器。同样有可能使用两种或更多种不同的溶液进料到该矿棉上，以便可能的改性剂和/或额外的固化剂经过一个或多个喷雾器供料并且该粘合剂溶液经单独的喷雾器进料。
然而，如上所述，同样有可能在该绝缘材料生产的后续步骤中，将该粘合剂溶液应用到矿棉中，例如通过向在传送带上最初的网幅喷射粘合剂溶液，或者甚至在后面的阶段进行。同样有可能在这种单独的和后面的阶段中应用额外的粘合剂，如此获得一种具有改进力度(resistance)和/或强度的材料。可以通过对该网幅进一步应用添加剂产生特定的特性。
在矿物纤维产品中，同样可以使用额外的添加剂，诸如额外的固化剂、改性剂、灰尘粘合剂和疏水剂。
根据本发明，额外的固化剂可以包括无机盐和化合物，适当酯或醇或其混合物。该无机盐可以是，例如，镁、铝或钙盐或化合物。例如，磷酸，是一种可用的酸。也可以用缓冲固化剂调节存储时间。该额外的固化剂可以是上述固化剂的混合物。
如上述简要地讨论，根据本发明所制造的矿物纤维产品中，同样，各种诸如有机和无机聚合物、纤维素的和诸如硅有机聚合物的硅树脂的改性剂可以用作添加剂。同样，例如，也可以使用通过在固化过程中改变pH值或者升高温度而聚合的单体。改性剂的一个目的在于：例如，提高粘合剂的弹性，抗水性，耐碳酸化作用等等。
醇、多元醇、聚合物、成胶聚合物、蜡、树脂、油、脂肪、石蜡等等能作为灰尘粘合剂使用。该灰尘粘合剂的任务是将任何灰尘粘合在一起或将任何灰尘物理地(形成薄膜)或者化学地(表面活性的特性)粘合到主要基体上。如果使用高温固化，能使用熔化灰尘粘合剂，例如，硬脂酸酯，或固化灰尘粘合剂，在基质上形成薄膜。许多灰尘粘合剂同时具有疏水效果。
疏水剂的任务是防止水和水汽渗透进入产品。硅烷、硅树脂(硅氧烷)、油、各种的疏水化合物和憎水的淀粉能作为疏水剂使用。
已经证明聚丁烯-硅烷组合物作为灰尘粘合剂和疏水剂特别有利。该聚丁烯组分起灰尘粘合剂作用，并且该硅烷组分起疏水剂作用。
这种添加剂优选的是以乳液形式添加，在较高温度下，乳化状态被破坏，因此在生产过程的适当阶段中释放各种添加剂。例如，在生产过程中适当和所需要的时间内，用这样的方式释放固化抑制剂起作用。
根据本发明，相容的化合物可以预先混合，而不相容的化合物必须在应用之前立即混合或经单独的喷嘴使用。
下列实施例是用来说明本发明而不受其任何限制。
实施例1
将10.7克85％浓度的甲酸溶液稀释到500毫升，如此提供一种在水中约2％浓度的甲酸溶液。称910克矿棉样品分离成单独的层。一层用该溶液喷射，之后，在该喷射层上堆积新层，并且又喷射。每一层用一定量的酸溶液喷射以便该矿棉样品消耗总量为500毫升的酸溶液。继续该过程直至所有层被堆积并且所喷射的层又用酸溶液喷射。然后在固化炉中，所获得的矿物纤维产品在190℃温度下固化5分钟。获得一种充分粘合的、非常密合的产品。