Verfahren zur Herstellung von Dämmstoffplatten auf Mineral- und Papierfaserbasis

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.

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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:

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] Erfindungsgemäß wird das durch den Einsatz der im folgenden aufgeführten tensidischen Siloxane erreicht, die betainische oder quaternäre Gruppen aufweisen.

[0009] Vorzugsweise werden dabei Betaine verwendet, die die allgemeine Formel aufweisen

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

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.

[0010] Beispiele dieser erfindungsgemäß eingesetzten Organpolysiloxane mit Betaingruppen sind

[0011] Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist der Einsatz der Polysiloxane mit quaternären Ammoniumgruppen der allgemeinen Formel

wobei

R⁷

im Molekül gleich oder verschieden ist und einen Methylrest oder den Rest

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

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.

[0012] Beispiele besonders geeigneter Verbindungen sind

[0013] Als brauchbare Verbindungen können ebenso Polysiloxane mit quaternären Gruppen eingesetzt werden, die folgende allgemeine Formel aufweisen

wobei

A

der Rest

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



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.

[0014] Beispiele dieser besonders geeigneten quaternären Siloxane sind

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] 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.

[0018] Anhand der folgenden Beispiele wird das erfindungsgemäße Verfahren noch näher erläutert.

[0019] Zunächst wird eine Mischung hergestellt, bei der auf den Zusatz eines Tensids verzichtet wird.

[0020] 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)

[0021] 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)

[0022] Der Standardmischung werden 0,1 Gew.-% eines Siloxans mit quaternären Gruppen folgender Zusammensetzung zugesetzt

R=

langkettiger Alkylrest, C₁₂H₂₅-

Beispiel 3 (erfindungsgemäß)

[0023] Der Standardmischung werden 0,1 Gew.-% eines Siloxans mit Betaingruppen folgender Formel zugesetzt

[0024] Die eingesetzten Tensidkonzentrationen beziehen sich auf den in der Standardmischung befindlichen Feststoffanteil.

[0025] 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.

[0026] Entsprechend enthalten die auf dem Filter befindlichen Rückstände noch folgende Wasseranteile:

Standardmischung	61 %
Beispiel 1	56 %
Beispiel 2	46 %
Beispiel 3	45 %

Beispiel 4

[0027] In diesem Beispiel werden anhand der Wasseraufnahmewerte die erheblich verbesserten hydrophoben Eigenschaften einer Mineralfaserdeckenplatte gezeigt, die mit den erfindungsgemäß eingesetzten Siloxantensiden behandelt wurde.

[0028] 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 %

[0029] Die Wasseraufnahmewerte zeigen deutlich, daß sich durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Tenside Platten mit hydrophoben Eigenschaften herstellen lassen.

[0030] 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.

Ansprüche

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

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

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

wobei

R⁷   im Molekül gleich oder verschieden ist und einen Methylrest oder den Rest

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

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

wobei

A   der Rest

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



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

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.