專利名稱：用于生產(chǎn)礦物纖維產(chǎn)品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粘合礦物纖維材料中礦物纖維用于生產(chǎn)經(jīng)粘合的礦物質(zhì)纖維產(chǎn)品的方法。
背景技術(shù)：
通過熔化和離心礦物原料，諸如巖石、礦渣、玻璃、陶瓷等類似原料而制備的礦物纖維，被廣泛地用于制造礦物墊和氈，主要為了絕熱和隔音的目的，尤其是用于建筑行業(yè)。已知許多不同類型的礦物纖維產(chǎn)品通常含有粘合劑。
這些，例如，苯酚固化的絕緣產(chǎn)品是已知。苯酚是一種相當(dāng)便宜的并且也是一種快速固化粘合劑。苯酚固化產(chǎn)品耐溫高達250℃，但是如果溫度過長地持續(xù)維持在250℃以上，則該粘合劑被破壞。在更高溫度400℃或以上，該粘合劑失去其強度，溫度快速增加，則該產(chǎn)品崩潰。此外，在燃燒過程中，苯酚固化絕緣產(chǎn)品放出有毒氣體。另外的并且也是主要的缺點在于在該產(chǎn)品中，苯酚的存在將導(dǎo)致當(dāng)含有粘合劑的礦棉產(chǎn)品在使用之后被拋掉時對環(huán)境產(chǎn)生不希望有的負擔(dān)。
同樣，水玻璃已經(jīng)廣泛地用作粘合劑。水玻璃通常是通過用鈉或鉀的碳酸鹽將石英砂在很高的溫度下熔化，然后將該精細粉碎的固化產(chǎn)品溶解于水中而制備的。這種作為在礦棉產(chǎn)品中的粘合劑的水玻璃被認為在生態(tài)上是可接受的物質(zhì)。然而，缺點是水玻璃的制造使用純的原料并且消耗能量。
同樣，已知的是，使用水玻璃和粘土的混合物作為用于礦棉產(chǎn)品的粘合劑，見例如，SE 420488。這種產(chǎn)品，盡管提供好的耐水性和耐熱性，由于具有差的耐壓性，因此是易碎的并且導(dǎo)致塵埃。另一方面，EP B 466754描述了使用由礦渣和水玻璃制造的粘合劑用于制造耐溫和防水并也能夠承受暫時高負載的礦棉產(chǎn)品。
國際申請WO01/00916公開了一種用于礦棉產(chǎn)品的粘合劑，該粘合劑通過將微粒的玻璃狀的礦物原料溶解于水溶液中，成核并且穩(wěn)定所獲得的溶液以便形成以溶膠形式的粘合劑溶液而制備的，并且將所獲得的粘合劑施用到礦物纖維以便使其粘合。該水溶液可以是堿性或酸性溶液。在應(yīng)用以前，例如，通過改變pH值或調(diào)節(jié)該溶液中顆粒之間的靜電推斥力，所獲得的溶膠可以制備成凝膠，或者應(yīng)用在礦物纖維之后，使溶膠形成凝膠。
本發(fā)明的目的是提供一種用于粘合礦棉產(chǎn)品的方便并且經(jīng)濟可行的方法，該粘合劑具有優(yōu)良粘合和耐火特性，并且從用途或職業(yè)健康的觀點看是可接受的。一個重要的優(yōu)點是根據(jù)本發(fā)明所使用的該粘合劑對環(huán)境不存在生態(tài)學(xué)上的負擔(dān)，而是僅僅含有礦棉產(chǎn)品中固有的組分。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是一種粘合礦物纖維材料中礦物纖維用于制造粘合礦物纖維產(chǎn)品的方法，根據(jù)這一方法，對該礦物纖維材料應(yīng)用足夠量的酸使礦物質(zhì)從纖維中溶解以便在該礦物纖維上形成含有二氧化硅的粘合劑，并且固化該礦物纖維材料以便粘合纖維。
具體實施例方式
因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種用粘合劑粘合礦物纖維材料中礦物纖維的方法，根據(jù)這一方法，通過用酸溶解礦物質(zhì)在該纖維上原位形成粘合劑，通過對礦物纖維材料應(yīng)用足夠量的酸使礦物質(zhì)溶解并且在該礦物纖維上形成含有二氧化硅的溶解層，并且固化該礦物纖維材料以便粘合該纖維。
因此，根據(jù)本發(fā)明，該礦物纖維暴露于酸中，優(yōu)選的是作為水溶液應(yīng)用于礦物纖維。當(dāng)與該礦物纖維的硅酸鹽物質(zhì)接觸時，該酸溶解一層纖維，在該纖維表面原位形成含有二氧化硅層，該二氧化硅層成膠并且使纖維粘合在一起。在有金屬陽離子的情況下，例如，來自于該纖維，這種二氧化硅可以形成鹽，也就是硅酸鹽。與WO01/00916的教導(dǎo)相比較，不必額外的預(yù)先溶解的步驟，例如，在水溶液中溶解微粒硅酸鹽物質(zhì)，以便制造溶膠，然后將其應(yīng)用于礦物纖維以提供粘合效果。本發(fā)明是粘合礦物纖維方法的重要改進在生產(chǎn)過程中省去一步驟而對結(jié)合性能無任何有害影響。
該酸的水溶液可以是通過添加任何無機或有機酸而制造的酸性水溶液，其適宜的是足夠酸度以便使礦物質(zhì)從該纖維表面溶解。適宜的酸為諸如HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4等等的無機酸。適宜的有機酸是例如，選擇性取代的(例如用諸如氯的鹵素)單、雙或多羧酸，尤其是1到6個碳原子，優(yōu)選的是1到3個碳原子的單烷酸，諸如甲酸、乙酸或丙酸；或3到6個碳原子，優(yōu)選的是3到4個碳原子的單烷酸，諸如丙烯酸或甲基丙烯酸。適宜的雙羧酸的實例是，例如，酒石酸和草酸；適宜的多羧酸的實例，為聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸。有機酸也可以是諸如苯甲酸的芳香族單羧酸。優(yōu)選的酸是處理之后可以從產(chǎn)品容易地蒸發(fā)的酸，諸如有機酸甲酸、乙酸和丙酸。無機酸中，鹽酸和硝酸HNO3特別合適的。
酸的用量足以實現(xiàn)溶解該礦物纖維的外層。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以方便地確定該用量，并且該用量視具體使用的酸和其濃度而定。通常按重量計約該纖維的1到5％的酸(干重)的用量是合適的。該酸優(yōu)選的是以適當(dāng)?shù)暮退枰獫舛鹊乃芤旱男问綉?yīng)用于該纖維。優(yōu)選的是稀釋該溶液，但是稀釋度當(dāng)然取決于所使用的酸，并且可以根據(jù)所需要的溶解層的厚度按化學(xué)計量計算。一般的稀釋液是在水中1到5％的酸。添加到纖維中的水量一方面通過溶液所要求的濃度限定，另一方面通過同時使纖維獲得充分潤濕的需要限定，而避免在產(chǎn)品中包含過量的水，在后面階段中，過量的水量必須從該產(chǎn)品中排出，導(dǎo)致額外的費用或不便。有可能與該酸一起使用潤濕劑以便潤濕該纖維表面，例如，一種諸如Triton X100或硫酸月桂酯的表面活性劑。同樣有可能通過使用增稠劑改進該酸的效果，例如，一種諸如淀粉、聚氧化乙烯、聚乙二醇、CMC(羧甲基纖維素)、或EHEC(乙基羥乙基纖維素)的聚合物，例如，它們可以保留水份并且防止該膠化的粘合劑干燥太快，并且因此能用于調(diào)整固化時間。所包括的潤濕劑和增稠劑的量可由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員方便地確定。
通常所使用的酸的pH值為小于或等于pH值6，或優(yōu)選的是pH值5，更優(yōu)選的是等于或小于約3，以便獲得所要求的纖維表面的溶解。
通常，與該酸應(yīng)用有關(guān)的條件，包括該酸的濃度和溫度，應(yīng)該加以選擇以便提供在給定時間期間內(nèi)足以溶解粘合量的纖維表面的溶解速率。這種時間周期根據(jù)所要求溶解層的厚度而變化，而厚度一般為零點幾個微米數(shù)量級，例如，0.1微米。例如當(dāng)形成礦棉網(wǎng)幅之后。該酸粘合劑直接應(yīng)用于礦棉時，這種時間周期可以例如高達20分鐘。在這種情況下，在固化該產(chǎn)品以前，該酸已經(jīng)從該纖維上溶解足夠量的表面以便提供良好的粘合作用。如果需要更多的溶解，所說時間周期可以更長。
在固化爐中，應(yīng)用加熱排除該產(chǎn)品中余下的水和任何酸，該粘合過程停止并且所溶解的二氧化硅將成膠并且干燥以便產(chǎn)生滿意的粘合效應(yīng)。
除了在固化爐中固化之外，同樣有可能通過在中和該礦棉產(chǎn)品中的酸來停止粘合過程，例如，通過將該產(chǎn)品暴露于諸如氣態(tài)堿性劑的堿性條件，例如氨氣，或通過使用諸如醇類的固化抑制劑，例如聚乙二醇，來停止粘合過程。
在該礦物纖維的溶解過程中，隨著酸的消耗，pH值增加。溶解的程度和因此粘合力的形式可以通過監(jiān)測該纖維產(chǎn)品的pH值而進行觀察。在簡化方法中，這可以通過將代表量的粘合纖維浸入水中以便測定所獲得溶液的pH值來進行。同樣有可能通過與適當(dāng)?shù)膒H值測量裝置接觸，從該產(chǎn)品直接、簡單地測定pH值。用這樣的方式，有可能，例如，當(dāng)達到所要求pH值時停止反應(yīng)。
根據(jù)一個優(yōu)選實施方案，生產(chǎn)該礦物纖維網(wǎng)幅之后，將該酸的水溶液直接噴射到礦物纖維網(wǎng)幅上。同樣想得到的是在處理該礦物纖維產(chǎn)品的其它任何階段，粘合該纖維，例如，通過噴射、或通過將該產(chǎn)品浸漬或浸入該酸的水溶液。根據(jù)本發(fā)明進一步的實施方案，該酸可以為氣態(tài)，例如，在有水蒸汽的情況下，酸霧冷凝到該纖維上。
如上所述，根據(jù)所要求反應(yīng)速率適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)酸溶液的pH值。低pH值導(dǎo)致該礦物質(zhì)快速溶解以及在溶解層中更高的二氧化硅濃度，而且該硅溶膠(silica solution)的快速成膠并且固化，成膠時間視pH值而定，低pH值比高pH值導(dǎo)致成膠更快。對于各種礦物質(zhì)，在pH值為0到6中獲得好的溶解。
在生產(chǎn)中，使該粘合劑溶液經(jīng)過礦物纖維生產(chǎn)中使用的離心機的粘合劑噴嘴噴射到礦棉上，對此有可能使用外周和中心的噴霧器。同樣有可能使用兩種或更多種不同的溶液進料到該礦棉上，以便可能的改性劑和/或額外的固化劑經(jīng)過一個或多個噴霧器供料并且該粘合劑溶液經(jīng)單獨的噴霧器進料。
然而，如上所述，同樣有可能在該絕緣材料生產(chǎn)的后續(xù)步驟中，將該粘合劑溶液應(yīng)用到礦棉中，例如通過向在傳送帶上最初的網(wǎng)幅噴射粘合劑溶液，或者甚至在后面的階段進行。同樣有可能在這種單獨的和后面的階段中應(yīng)用額外的粘合劑，如此獲得一種具有改進力度(resistance)和/或強度的材料?？梢酝ㄟ^對該網(wǎng)幅進一步應(yīng)用添加劑產(chǎn)生特定的特性。
在礦物纖維產(chǎn)品中，同樣可以使用額外的添加劑，諸如額外的固化劑、改性劑、灰塵粘合劑和疏水劑。
根據(jù)本發(fā)明，額外的固化劑可以包括無機鹽和化合物，適當(dāng)酯或醇或其混合物。該無機鹽可以是，例如，鎂、鋁或鈣鹽或化合物。例如，磷酸，是一種可用的酸。也可以用緩沖固化劑調(diào)節(jié)存儲時間。該額外的固化劑可以是上述固化劑的混合物。
如上述簡要地討論，根據(jù)本發(fā)明所制造的礦物纖維產(chǎn)品中，同樣，各種諸如有機和無機聚合物、纖維素的和諸如硅有機聚合物的硅樹脂的改性劑可以用作添加劑。同樣，例如，也可以使用通過在固化過程中改變pH值或者升高溫度而聚合的單體。改性劑的一個目的在于例如，提高粘合劑的彈性，抗水性，耐碳酸化作用等等。
醇、多元醇、聚合物、成膠聚合物、蠟、樹脂、油、脂肪、石蠟等等能作為灰塵粘合劑使用。該灰塵粘合劑的任務(wù)是將任何灰塵粘合在一起或?qū)⑷魏位覊m物理地(形成薄膜)或者化學(xué)地(表面活性的特性)粘合到主要基體上。如果使用高溫固化，能使用熔化灰塵粘合劑，例如，硬脂酸酯，或固化灰塵粘合劑，在基質(zhì)上形成薄膜。許多灰塵粘合劑同時具有疏水效果。
疏水劑的任務(wù)是防止水和水汽滲透進入產(chǎn)品。硅烷、硅樹脂(硅氧烷)、油、各種的疏水化合物和憎水的淀粉能作為疏水劑使用。
已經(jīng)證明聚丁烯-硅烷組合物作為灰塵粘合劑和疏水劑特別有利。該聚丁烯組分起灰塵粘合劑作用，并且該硅烷組分起疏水劑作用。
這種添加劑優(yōu)選的是以乳液形式添加，在較高溫度下，乳化狀態(tài)被破壞，因此在生產(chǎn)過程的適當(dāng)階段中釋放各種添加劑。例如，在生產(chǎn)過程中適當(dāng)和所需要的時間內(nèi)，用這樣的方式釋放固化抑制劑起作用。
根據(jù)本發(fā)明，相容的化合物可以預(yù)先混合，而不相容的化合物必須在應(yīng)用之前立即混合或經(jīng)單獨的噴嘴使用。
下列實施例是用來說明本發(fā)明而不受其任何限制。
實施例1將10.7克85％濃度的甲酸溶液稀釋到500毫升，如此提供一種在水中約2％濃度的甲酸溶液。稱910克礦棉樣品分離成單獨的層。一層用該溶液噴射，之后，在該噴射層上堆積新層，并且又噴射。每一層用一定量的酸溶液噴射以便該礦棉樣品消耗總量為500毫升的酸溶液。繼續(xù)該過程直至所有層被堆積并且所噴射的層又用酸溶液噴射。然后在固化爐中，所獲得的礦物纖維產(chǎn)品在190℃溫度下固化5分鐘。獲得一種充分粘合的、非常密合的產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種粘合礦物纖維材料中礦物纖維的方法，特征在于對該礦物纖維材料應(yīng)用足夠量的酸使礦物質(zhì)從纖維中溶解，以便在礦物纖維上形成含有二氧化硅的粘合劑，并且固化該礦物纖維材料以便粘合纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于該粘合劑是酸的水溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，特征在于該酸是一種單羧酸，優(yōu)選的是一種單烷酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，特征在于該酸選自甲酸、乙酸和丙酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，特征在于該酸是甲酸。
6.根據(jù)前面任一權(quán)利要求的方法，特征在于按重量計，將礦棉干燥物質(zhì)的1到5％重量的酸應(yīng)用于該礦棉。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，特征在于該酸的水溶液的pH值等于或小于5，優(yōu)選的是等于或小于3。
8.根據(jù)前面任一權(quán)利要求的方法，特征在于該粘合后的礦棉產(chǎn)品在足夠高的溫度下固化，以便蒸發(fā)任何揮發(fā)物。
9.根據(jù)前面任一權(quán)利要求的方法，特征在于該酸的水溶液含有乳化在其中的疏水劑，優(yōu)選的是硅油。
10.根據(jù)前面任一權(quán)利要求的方法，特征在于通過噴射、浸漬或冷凝等將該酸的水溶液應(yīng)用到礦棉上。
11.根據(jù)前面任一權(quán)利要求的方法，特征在于該礦物質(zhì)從該纖維上溶解的程度通過在應(yīng)用該酸后測定礦棉的pH值來監(jiān)測。
12.根據(jù)前面任一權(quán)利要求的方法，特征在于該方法包括附加步驟通過加熱該礦棉產(chǎn)品以便蒸發(fā)該酸，或通過中和該礦物質(zhì)，或通過添加固化抑制劑，優(yōu)選的是諸如聚乙二醇的醇，來停止該礦物纖維的溶解。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種粘合礦物纖維材料中礦物纖維的方法，根據(jù)該方法，對該礦物纖維材料應(yīng)用足夠量的酸使礦物原料從纖維上溶解，以便在礦物纖維上形成含有粘合劑的二氧化硅，并且固化該礦物纖維材料以便結(jié)合纖維。
文檔編號D04H1/587GK1606535SQ02825777
公開日2005年4月13日 申請日期2002年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月20日
發(fā)明者邁克爾·佩蘭德, 瓊·萊貝爾 申請人:帕羅克集團公司