(73) Uprawniony z patentu: (72) Twórcy wynalazku: (74) Pełnomocnik:

Transkrypt

1 R ZECZPOSPOLITA POLSKA U rząd Patentow y Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) N um er zgłoszenia: (13) B1 (22) D ata zgłoszenia: (86) D ata i num er zgłoszenia m iędzynarodowego: , PCT/EP96/00718 (87) Data i num er publikacji zgłoszenia m iędzynarodow ego: , WO96/26164, PCT Gazette nr 39/96 (5 1) IntCl7 C03C 25/02 (54)Sposób wytwarzania wyrobów na bazie wełny mineralnej (30) Pierwszeństwo: ,EP, (73) Uprawniony z patentu: ROCKWOOL LAPINUS B.V Melick-Herkenbosch, NL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 26/97 (72) Twórcy wynalazku: Mathijs J. A. M. Huijs, Kessel, NL Jean M. W. Cuypers, Hunsel, NL Thor Husemoen, Roskilde, DK (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 04/03 (74) Pełnomocnik: Sulima Zofia, SULIMA*GRABOWSKA*SIERZPUTOWSKA, Biuro Patentów i Znaków Towarowych (57) 1. Sposób wytwarzania wyrobów na bazie wełny mineralnej, znam ienny tym, że przygotowuje się preparat wodny zawierający żywicę fenolowo-formaldehydową zawierającą fenol i formaldehyd w stosunku molowym od 1:2,8 do 1:6, amoniak i preparat cukrowy, nanosi się ten preparat na wełnę mineralną, oraz utwardza się wełnę mineralną PL B1

2 Sposób wytwarzania wyrobów na bazie wełny mineralnej Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wytwarzania wyrobów na bazie wełny mineralnej, znam ienny tym, że przygotowuje się preparat wodny zawierający żywicę fenolowo-formaldehydową zawierającą fenol i formaldehyd w stosunku molowym od 1:2,8 do 1:6, amoniak i preparat cukrowy, nanosi się ten preparat na wełnę mineralną, oraz utwardza się wełnę mineralną z wytworzeniem wyrobu. 2. Sposób według zastrz. 1, znam ienny tym, że przygotowuje się preparat wodny zawierający żywicę fenolowo-formaldehydową i amoniak, miesza się preparat żywicowy z preparatem cukrowym, nanosi się mieszaninę preparatu żywicowego z preparatem cukrowym na wełnę mineralną, oraz utwardza się wełnę mineralną 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znam ienny tym, że przygotowuje się preparat żywicowy zawierający amoniak w takiej ilości, że wartość ph jest wyższa niż Sposób według zastrz. 3, znam ienny tym, że przygotowuje się preparat żywicowy o ph 8-11, korzystnie 8-10, a zwłaszcza 8,5-9,5. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znam ienny tym, że przygotowuje się preparat cukrowy zawierający monosacharydy, disacharydy, oligosacharydy i/lub polisacharydy. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że przygotowuje się preparat cukrowy zawierający syrop glukozowy, fruktozowy, sacharozowy, maltozowy, melasę i/lub dekstrynę. 7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że preparat cukrowy dodaje się jako roztwór wodny o stężeniu 1-80% wagowych, korzystnie 15-80% wagowych. 8. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że preparat cukrowy dodaje się w ilości stechiometrycznej lub w nadmiarze w stosunku do amoniaku. 9. Sposób według zastrz. 1, znam ienny tym, że przygotowuje się preparat wodny zawierający żywicę fenolowo-formaldehydową i preparat cukrowy, miesza się preparat żywicowy z preparatem wodnym zawierającym amoniak, nanosi się mieszaninę preparatu żywicowego z preparatem cukrowym na wełnę mineralną, oraz utwardza się wełnę mineralną 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przygotowuje się preparat zawierający żywicę fenolowo-formaldehydową, miesza się preparat żywicowy z preparatem cukrowym i preparatem wodnym zawierającym amoniak, nanosi się mieszaninę preparatu żywicowego z preparatem cukrowym na wełnę mineralną, oraz utwardza się wełnę mineralną z wytworzeniem wyrobu. 11. Sposób według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że przygotowuje się preparat żywicowy zawierający amoniak w takiej ilości, że wartość ph jest wyższa niż Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że przygotowuje się preparat żywicowy o ph 8-11, korzystnie 8-10, a zwłaszcza 8,5-9, Sposób według zastrz. 9 albo 10, znam ienny tym, że przygotowuje się preparat cukrowy zawierający monosacharydy, disacharydy, oligosacharydy i/lub polisacharydy. 14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że przygotowuje się preparat cukrowy zawierający syrop glukozowy, fruktozowy, sacharozowy, maltozowy, melasę i/lub dekstrynę. 15. Sposób według zastrz. 9 albo 10, znam ienny tym, że preparat cukrowy dodaje się jako roztwór wodny o stężeniu 1-80% wagowych, korzystnie 15-80% wagowych. 16. Sposób według zastrz. 9 albo 10, znam ienny tym, że preparat cukrowy dodaje się w ilości stechiometrycznej lub w nadmiarze w stosunku do amoniaku. * * *

3 Jeśli jest to pożądane, preparat żywicowy może zawierać środki pomocnicze, które dodaje się dla optymalnego przebiegu polimeryzacji, takie jak amidy, a zwłaszcza mocznik. W przypadku użycia mocznika należy podkreślić, iż nie wpływa on na efekt wiązania amoniaku przez cukier w sposobie według wynalazku, gdyż emisja amoniaku nie zmniejsza się znacząco. Dla uzyskania optymalnej adhezji i rozprowadzenia żywicy na włóknach wełny mineralnej można dodać środki adhezyjne i powlekające, takie jak olej silikonowy i silany. Przykład 1 Przygotowano preparat żywicowy o stosunku molowym fenolu do formaldehydu wynoszącym 1:3,4 i dodano katalizatora do uzyskania ph >8,6. Gdy mieszanina reakcyjna osiągnęła temperaturę >80 C dodano 50% preparatu cukrowego na bazie syropu glukozowego (3% dekstrozy, 11% maltozy, 17% maltotriozy i 69% oligopolisacharydów) w ilości 1 części na 0,77 części fenolu. Gdy żywica była w stanie rozpuścić około 8 części wody na jedną część żywicy, dodano mocznika w ilości 1 części mocznika na 1,6 części fenolu. Żywicę rozcieńczono do 40% części stałych i ochłodzono do 20 C. Następnego dnia (lub tygodnia) katalizator zneutralizowano, dodano amoniaku i żywicę rozcieńczono do 20% części stałych. Ilość amoniaku dostosowywano tak, by osiągnąć stopień rozcieńczenia około 1 części żywicy w 3 częściach wody. W porównaniu ze zwykłym sposobem wytwarzania żywicy bez syropu glukozowego emisja amoniaku uległa zmniejszeniu do poniżej 50 ppm. Przykład 2 Zwykły preparat żywicowy (44% wagowe) zawierał 8% wagowych amoniaku i 12% mocznika. Preparat ten rozcieńczono w odą do 15% wagowych i zawierał on około 3% wagowych amoniaku. Dzięki obecności amoniaku preparat żywicowy można było łatwo rozcieńczać w wodzie i był on trwały podczas przechowywania. Preparat żywicowy zawierał ponadto związek silanowy. Oddzielnie przygotowano preparat cukrowy na bazie syropu glukozowego (3% dekstrozy, 11% maltozy, 17% maltotriozy i 69% oligopolisacharydów). Syrop glukozowy rozcieńczono do 15% wagowych. Trzy części rozcieńczonego preparatu żywicowego i jedną część preparatu cukrowego zmieszano bezpośrednio przed rozpylaniem w komorze przędzalniczej, w której włókna wełny mineralnej przędziono w zwykły sposób. Mieszaninę preparatu żywicowego i cukrowego naniesiono na włókna i utworzyła ona po utwardzeniu sztywne połączenia pomiędzy włóknami wełny mineralnej. W przypadku użycia tylko preparatu żywicowego lub po rozcieńczeniu jedną częścią wody, emisją amoniaku wyniosła około 200 ppm. Jednak gdy preparat żywicowy rozcieńczono zgodnie z wynalazkiem preparatem cukrowym emisja amoniaku znacznie zmniejszyła się, do poniżej 50 ppm. Przykład 3 Przygotowano żywicę o stosunku molowym fenolu do formaldehydu wynoszącym 1:3,8 oraz dodano zasadowego katalizatora do uzyskania ph >8,6. Gdy mieszanina reakcyjna osiągnęła temperaturę >80 C dodano 75% roztworu cukrowego. Roztwór cukrowy przygotowano na bazie syropu glukozowego (3% dekstrozy, 11% maltozy, 17% maltotriozy i 69% oligopolisacharydów). Do żywicy dodano roztworu cukrowego w ilości 1 części na 0,77 części fenolu. Gdy żywica była w stanie rozpuścić około 8 części wody na jedną część żywicy, dodano mocznika w ilości 1 części mocznika na 1 część fenolu. Żywicę następnie rozcieńczono wodą do 40% części stałych i ochłodzono do 20 C. Przed naniesieniem żywicy na włókna rozcieńczono ją do 20% części stałych, katalizator zneutralizowano i dodano amoniaku w takiej ilości, by osiągnąć stopień rozcieńczenia około 1 części żywicy w 3 częściach wody. Emisja amoniaku przy produkcji włókien mineralnych uległa zmniejszeniu do poniżej 30 ppm.

4 Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wyrobów na bazie wełny mineralnej, z użyciem żywicy fenolowo-formaldehydowej jako utwardzalnego spoiwa. Wyroby wytwarzane sposobem według wynalazku można stosować np. do izolacji termicznej i przeciwpożarowej, w ochronie przeciwpożarowej, do zmniejszania hałasu i jako środki wzmacniające inne materiały, takie jak tworzywa sztuczne, oraz jako wypełniacze. Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr znany jest sposób wytwarzania wyrobów na bazie wełny szklanej z użyciem spoiwa, które formuje się tak, że ma ono czas żelowania co najmniej około 150 sekund. W sposobie tym stosuje się preparat żywicowy na bazie żywicy fenolowo-formaldehydowej, zawierający nadmiar fenolu, przy czym stosunek molowy fenolu do formaldehydu wynosi od 1:1,6 do 1:2,3, a ponadto środek do kontroli wartości ph zawierający lotną aminę i substancję reagującą o charakterze kwasowym, taką jak kwas maleinowy. Spoiwo ewentualnie zawiera glukozę dla zmniejszenia nieprzyjemnego zapachu, głównie fenolu. Preparaty żywicowe na bazie żywicy fenolowo-formaldehydowej są dobrze znane jako spoiwa termoutwardzalne. Preparaty żywicowe można stosować w postaci niespolimeryzowanej lub w postaci częściowo spolimeryzowanej. Preparat żywicowy rozpyla się w strumieniu powietrza i po zetknięciu z włóknami mineralnymi osiada na nich i ulega utwardzeniu pod wpływem podwyższonej temperatury, w wyniku czego włókna mineralne tworzące wełnę są ze sobą połączone przez utwardzona żywicę. Żywica fenolowo-formaldehydowa zawiera fenol i formaldehyd w stosunku molowym 1:2,8 lub większym, aż do 1:6. Zwykle ilość formaldehydu przewyższa ilość stechiometryczną, tak jak w przypadku stosunku 1:3,1 do 1:5, np. 1:3,4. Nadmiar formaldehydu zapobiega ewentualnemu pozostawaniu fenolu w stanie gazowym w strumieniu gazu i emisji do środowiska po rozpyleniu preparatu żywicowego i odparowaniu zawartej w nim wody. Preparat żywicowy zwykle zawiera również amoniak w celu związania nadmiaru formaldehydu w stosunku do fenolu z utworzeniem związków aminowych, takich jak heksametylotetroamina. Stosowania takiego wodnego preparatu zawierającego żywicę fenolowo-formaldehydową i amoniak jest związane z emisją amoniaku w ilości powyżej 200 ppm, co jest niekorzystne. Celem wynalazku było rozwiązanie problemu emisji amoniaku taniej niż w przypadku zwykłych metod usuwania amoniaku z gazu, np. za pomocą skruberów. Warunkiem tego rozwiązania jest jednak to, by nie wpłynęło ono znacząco ujemnie na utwardzanie żywicy fenolowo-formaldehydowej, oraz by nie wzrosła emisja fenolu i/lub formaldehydu. Nieoczekiwanie okazało się, iż emisję amoniaku można znacząco zmniejszyć przez zneutralizowanie amoniaku w preparacie żywicowym za pomocą związku będącego cukrem. Cukier można dodać zanim spoiwo jest gotowe do użytku, a nawet przed dodaniem amoniaku. Zgodnie z jednym ze sposobów przygotowywania cukier dodaje się tuż przed rozpyleniem preparatu żywicowego i w ten sposób unika się ewentualnej neutralizacji amoniaku wskutek reakcji amoniaku z cukrem, co prowadzi do zmniejszenia funkcji amoniaku jako stabilizatora żywicy. Cukier można dodać podczas przygotowywania żywicy. W tym przypadku preparat żywicowy staje się w końcu nietrwały i nieodpowiedni do użycia jako spoiwo do wełny mineralnej. Tak więc dogodnie jest dodawać cukier i/lub amoniak do preparatu żywicowego tuż przed naniesieniem preparatu żywicowego na wełnę mineralną. Zgodnie z optymalnym sposobem wytwarzania amoniak lub sole amonowe dodaje się jako ostatni składnik, tuż przed naniesieniem spoiwa na bazie żywicy na wełnę mineralną. Zgodny z wynalazkiem sposób wytwarzania wyrobów na bazie wełny mineralnej polega na tym, że a) przygotowuje się preparat wodny zawierający żywicę fenolowo-formaldehydową zawierającą fenol i formaldehyd w stosunku molowym od 1:2,8 do 1:6, amoniak i preparat cukrowy, b) nanosi się preparat na wełnę mineralną, oraz c) utwardza się wełnę mineralną Zgodnie z korzystnym rozwiązaniem a) przygotowuje się preparat wodny zawierający żywicę fenolowo-formaldehydową i amoniak, b) miesza się preparat żywicowy z preparatem

5 cukrowym, c) nanosi się mieszaninę preparatu żywicowego z preparatem cukrowym na wełnę mineralną, oraz d) utwardza się wełnę mineralną Zgodnie z innym korzystnym rozwiązaniem a) przygotowuje się preparat wodny zawierający żywicę fenolowo-formaldehydową i preparat cukrowy, b) miesza się preparat żywicowy z preparatem wodnym zawierającym amoniak, c) nanosi się mieszaninę preparatu żywicowego z preparatem cukrowym na wełnę mineralną, oraz d) utwardza się wełnę mineralną Zgodnie z jeszcze innym korzystnym rozwiązaniem a) przygotowuje się preparat zawierający żywicę fenolowo-formaldehydową, b) miesza się preparat żywicowy z preparatem cukrowym i preparatem wodnym zawierającym amoniak, c) nanosi się mieszaninę preparatu żywicowego z preparatem cukrowym na wełnę mineralną, oraz d) utwardza się wełnę mineralną Korzystnie przygotowuje się preparat żywicowy zawierający amoniak w takiej ilości, że wartość ph jest wyższa niż 7. W szczególności przygotowuje się preparat żywicowy o ph 8-11, korzystnie o ph 8-10, a zwłaszcza o ph 8,5-9,5. Korzystnie przygotowuje się preparat cukrowy zawierający monosacharydy, disacharydy, oligosacharydy i/lub polisacharydy, a zwłaszcza preparat cukrowy zawierający syrop glukozowy, fruktozowy, sacharozowy, maltozowy, melasę i/lub dekstrynę. Korzystnie preparat cukrowy dodaje się jako roztwór wodny o stężeniu 1-80% wagowych, korzystnie 15-80% wagowych. Korzystnie preparat cukrowy dodaje się w ilości stechiometrycznej lub w nadmiarze w stosunku do amoniaku. Stwierdzono, że w zasadzie możliwe jest oddzielne rozpylenie preparatu cukrowego i preparatu żywicowego, i nanoszenie ich na włókna, gdy amoniak może przereagować z cukrem przed przejściem do fazy gazowej. Jednak dla optymalnego przebiegu procesu zdecydowanie zaleca się mieszanie preparatu cukrowego zawierającego preparat żywicowy z amoniakiem tuż przed rozpylaniem. Cukier, a ogólniej preparat cukrowy, może zawierać dowolny odpowiedni cukier, jeśli tylko cukier ten reaguje z amoniakiem i nie zakłóca znacząco procesu wytwarzania żywicy. Do odpowiednich cukrów należą aldozy i ketozy, takie jak monosacharydy, np. glukoza i fruktoza, disacharydy, takie jak sacharoza, maltoza, laktoza, oligosacharydy, np. w postaci syropu (czyli gęstej, lepkiej cieczy o dużej zawartości cukru), zwłaszcza syropu glukozowego i fruktozowego, oraz polisacharydy, szczególnie polisacharydy rozpuszczalne w wodzie, takie jak dekstryna i skrobia. Stwierdzono, że preparaty cukrowe mogą zawierać jeden lub większą liczbę cukrów. Preparat cukrowy może być w postaci stałej, w postaci dyspersji, lecz korzystnie stanowi roztwór wodny. W tym przypadku możliwe jest optymalne mieszanie z wodnym preparatem żywicowym. Preparat cukrowy w postaci roztworu wodnego zazwyczaj zawiera 1-80% wagowych, korzystnie 15-80% wagowych, a zwłaszcza 35-75% wagowych, np. 50% wagowych, cukru w wodzie. Ilość dodanego preparatu cukrowego jest korzystnie taka, by cukier był dodany w stosunku stechiometrycznym lub w nadmiarze w stosunku do amoniaku, to znaczy w takiej ilości, by emisja amoniaku była znacząco ograniczona. Ilość cukru w preparacie cukrowym oraz ilość użytego preparatu cukrowego w stosunku do preparatu żywicowego zawierającego amoniak można ustalić na podstawie rutynowych doświadczeń, tak by emisja amoniaku znacząco zmalała. Przykładowo można stosować takie preparaty żywicowe i cukrowe, które zawierałyby równe ilości żywicy i cukru, dzięki czemu możliwe byłoby optymalne mieszanie obu preparatów przy wystarczająco niskiej lepkości. W celu wytworzenia wyrobu z wełny mineralnej można użyć zestawu, który zawiera pojemnik z powyżej opisanym preparatem żywicowym i oddzielny pojemnik z powyżej opisanym preparatem cukrowym. Sposobem według wynalazku wytwarza się wyroby z wełny mineralnej, takiej jak wełna kamienna, wełna szklana, wełna żużlowa, wata szklana i ich mieszaniny. Długość i średnica włókien wełny mineralnej są typowe dla różnych rodzajów wełny mineralnej.

6 Departament W ydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.