R ZECZPOSPOLITA POLSKA U rząd Patentow y Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 185278 (21) N um er zgłoszenia: 321897 (13) B1 (22) D ata zgłoszenia: 20.02.1996 (86) D ata i num er zgłoszenia m iędzynarodowego: 20.02.1996, PCT/EP96/00718 (87) Data i num er publikacji zgłoszenia m iędzynarodow ego: 29.08.1996, WO96/26164, PCT Gazette nr 39/96 (5 1) IntCl7 C03C 25/02 (54)Sposób wytwarzania wyrobów na bazie wełny mineralnej (30) Pierwszeństwo: 21.02.1995,EP,95200424.0 (73) Uprawniony z patentu: ROCKWOOL LAPINUS B.V Melick-Herkenbosch, NL (43) Zgłoszenie ogłoszono: 22.12.1997 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: 30.04.2003 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 185278 B1
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 7. 4. 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 7. 12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że przygotowuje się preparat żywicowy o ph 8-11, korzystnie 8-10, a zwłaszcza 8,5-9,5. 13. 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. * * *
185 278 5 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.
185 278 3 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 3231349 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
4 185 278 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.
185 278 Departament W ydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.