DE102010064103A1 - Material, useful for insulating buildings, comprises mineral wool and a binder, where the binder is prepared from a mixture comprising a phenol compound, formaldehyde and tannin - Google Patents
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- E04B1/7662—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only comprising an insulating layer, disposed between two longitudinal supporting elements, e.g. to insulate ceilings comprising fiber insulation, e.g. as panels or loose filled fibres comprising fiber blankets or batts
Abstract
Description
Technisches Gebiet:Technical area:
Die Erfindung betrifft ein Dämmmaterial auf der Basis von Mineralwolle.The invention relates to an insulating material based on mineral wool.
Hintergrund der Erfindung:Background of the invention:
Der Klimaschutz stellt eine der größten Herausforderungen der Zukunft dar. Eine zentrale Rolle kommt dabei der Wärmedämmung von Gebäuden zu, welche eine Verringerung der benötigten Menge an Heizenergie ermöglicht und so zu einer Einsparung eines beträchtlichen Anteils der globalen Kohlendioxidemissionen führt. Durch Wärmedämmung soll der Durchgang von Wärmeenergie bei Gebäuden möglichst weit reduziert werden. Die Wärmedämmung von Gebäuden wird durch die Bauweise vorgegeben und kann durch den Einsatz von Dämmstoffen verstärkt werden. So benötigen beispielsweise Passivhäuser mit optimaler Dämmung keine Heizung, weil die Abwärme der Bewohner zur Schaffung einer behaglichen Temperatur im inneren ausreicht.Climate protection is one of the biggest challenges of the future. Thermal insulation of buildings plays a central role, enabling a reduction in the amount of heating energy required and thus saving a significant proportion of global carbon dioxide emissions. By thermal insulation, the passage of heat energy in buildings should be reduced as much as possible. The thermal insulation of buildings is dictated by the design and can be reinforced by the use of insulating materials. For example, passive houses with optimum insulation do not require heating, because the inhabitants' waste heat is sufficient to create a comfortable temperature inside.
Neben der kontinuierlichen Verbesserung der Dämmeigenschaften stehen bei der Entwicklung neuer Dämmstoffe ebenso Aspekte wie die Nachhaltigkeit bei der Ressourcenauswahl und Produktion sowie die Recyclingfähigkeit des Produktes im Mittelpunkt. Von ebenso zentraler Bedeutung bei der Entwicklung neuer Dämmstoffe ist die Verwendung gesundheitlich unbedenklicher Materialien, wie nachwachsender Rohstoffe, durch deren Einsatz ein wichtiger Beitrag zum Umwelt- und Gesundheitsschutz geleistet werden kann. In der Gebäudedämmung kommt der Verwendung von Mineralwolle eine große Bedeutung zu. Durch eine Wärmedämmung mit Mineralwolle wird die Wärmeübertragung reduziert, indem das Strömen der Luft durch die Struktur der Wolle und damit der Wärmeaustausch unterbunden werden. Darüber hinaus verhindert Mineralwolle die Radiation (Wärmeübertragung mittels elektromagnetischer Wellen) und beschränkt die Wärmeführung durch das Isoliermaterial.In addition to the continuous improvement of insulation properties, the development of new insulation materials also focuses on aspects such as sustainability in resource selection and production as well as the recyclability of the product. Also of central importance in the development of new insulating materials is the use of materials that are harmless to health, such as renewable raw materials, through the use of which an important contribution to environmental and health protection can be made. In building insulation, the use of mineral wool is of great importance. Thermal insulation with mineral wool reduces heat transfer by preventing the flow of air through the structure of the wool and thus the heat exchange. In addition, mineral wool prevents radiation (heat transfer by means of electromagnetic waves) and limits the heat transfer through the insulating material.
Mineralwolle ist nicht brennbar und ist gegen Schimmel, Fäulnis und Ungeziefer resistent. Dadurch wird eine lange Einsatzfähigkeit und somit ökologische Nachhaltigkeit gewährleistet.Mineral wool is non-flammable and is resistant to mold, rot and vermin. This ensures a long operational capability and thus ecological sustainability.
Als Mineralwolle werden Dämmstoffe aus Glaswolle und Steinwolle bezeichnet, welche auch als Kamelit oder Kamilitwolle bekannt sind.Mineral wool refers to insulating materials made of glass wool and rock wool, which are also known as camelite or Kamilitwolle.
Für die Herstellung von Glaswollfasern wird Altglas als Hauptgrundstoff verwendet, während für die Herstellung von Steinwolle Mineralien wie Spat, Dolomit, Basalt, Diabas und/oder Anorthosit als Ausgangsmaterial verwendet werden. Die Schmelze wird durch ein kreisrundes Sieb zu Fasern geschleudert. Bei dieser Zerfaserung entsteht ein Faservlies, das auf einem Kettenband durch einen Härteofen transportiert wird. Alternativ kann die Schmelze über schnell rotierende Walzen geführt Order die Schmelze mit Hochdruckbrennern zerfasert.For the production of glass wool fibers, waste glass is used as the main raw material, while for the production of rock wool minerals such as latex, dolomite, basalt, diabase and / or anorthosite are used as starting material. The melt is thrown through a circular screen into fibers. In this defibering creates a nonwoven fabric, which is transported on a chain belt through a curing oven. Alternatively, the melt can be passed over rapidly rotating rolls. The melt is shredded with high-pressure burners.
Aus den so erhaltenen Fasern werden Fasermatten geformt, welche mit einem Bindemittel behandelt werden. Das Bindemittel polymerisiert auf der Oberfläche der Fasern und verbindet diese miteinander. Dadurch werden die einzelnen Fasern in den Fasermatten fest eingebettet sind, so dass das Herauslösen der Fasern aus den Fasermatten vermieden wird.From the fibers thus obtained, fiber mats are formed which are treated with a binder. The binder polymerizes on the surface of the fibers and connects them together. As a result, the individual fibers are firmly embedded in the fiber mats, so that the detachment of the fibers from the fiber mats is avoided.
Als Bindemittel für Dämmmaterialien auf Basis von Mineralwolle werden häufig Kunstharze auf Basis von Phenolverbindungen und Formaldehyd eingesetzt. Die Vernetzung des Phenol-Formaldehyd Harzes findet bei der Produktion von Dämmmaterialien direkt im Anschluss an die Zerfaserung auf der Oberfläche der noch heißen Fasern statt.Synthetic resins based on phenolic compounds and formaldehyde are often used as binders for insulating materials based on mineral wool. The crosslinking of the phenol-formaldehyde resin takes place in the production of insulating materials directly after the defibration on the surface of the still hot fibers.
Aus Gründen des Schutzes von Gesundheit und Umwelt ist man bestrebt, den Anteil von überschüssigem Formaldehyd, welches nicht während der Bildung der Vorkondensate oder der eigentlichen Vernetzung abreagiert ist, in Phenol-Formaldehyd Harzen zu minimieren. Ziel dabei ist es den Anteil von Formaldehyd im Phenol-Formaldehyd Harz und die damit verbundenen Emission von Formaldehyd entsprechend zu minimieren. Die chemische Industrie hat mittlerweile vorkondensierte Phenol-Formaldehyd Harze, welche einen reduzierten Gehalt von freiem Formaldehyd aufweisen, bereitgestellt. Jedoch ist dabei der Zusatz von weiterem Formaldehyd erforderliche, um die Eigenschaften des Bindemittels hinsichtlich der Wasserbeständigkeit zu verbessern. In Konsequenz sind Emissionen von Formaldehyd insbesondere im Hinblick auf den hohen Dampfdruck und der verhältnismäßigen langsamen Reaktion zwischen Polymerketten fast unvermeidbar.For reasons of protection of health and the environment, it is endeavored to minimize the proportion of excess formaldehyde, which has not reacted during the formation of the precondensates or the actual crosslinking, in phenol-formaldehyde resins. The aim is to minimize the proportion of formaldehyde in the phenol-formaldehyde resin and the associated emission of formaldehyde accordingly. The chemical industry has now provided precondensed phenol-formaldehyde resins which have a reduced free formaldehyde content. However, the addition of further formaldehyde is required to improve the properties of the binder in terms of water resistance. As a consequence, emissions of formaldehyde are almost unavoidable, particularly in view of the high vapor pressure and the relatively slow reaction between polymer chains.
Ähnliche Bindemittelrezepturen für Mineralfasern, welche die Verwendung von Polyacrylsäure und einem Polyol beschreiben, sind aus
Aus
In den zuvor beschriebenen Verfahren wird eine Reduktion des Formaldehydanteils in dem Bindemittel durch Zugabe von synthetisch hergestellten Materialien erzielt, die entweder einen Bestandteil im Bindemittel ersetzen oder es als zusätzlichen Hilfsstoff ergänzen. In diesem Zusammenhang werden nicht immer vorteilhafte Veränderungen hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit, der Verarbeitbarkeit, des optischen Erscheinungsbildes, der Gesundheitsverträglichkeit, der Umweltverträglichkeit, der Deponierbarkeit oder der Nachhaltigkeit des Dämmmaterials in Kauf genommen.In the processes described above, a reduction in the proportion of formaldehyde in the binder is achieved by the addition of synthetically produced materials which either replace a constituent in the binder or supplement it as an additional adjuvant. In this context, not always advantageous changes in the mechanical strength, the processability, the visual appearance, the health, environmental compatibility, landfillability or sustainability of the insulation material are accepted.
Zusammenfassung der Erfindung:Summary of the invention:
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein Dämmmaterial basierend auf Mineralwolle bereitzustellen, das sich zum einen durch eine geringe Formaldehydemission auszeichnet und zum anderen eine hohe mechanische Belastbarkeit, eine staubfreie Verarbeitbarkeit, ein ansprechendes optisches Erscheinungsbild, eine gute Gesundheitsverträglichkeit und Umweltverträglichkeit gewährleistet.It is therefore an object of the invention to provide an insulating material based on mineral wool, which is characterized on the one hand by low formaldehyde emission and on the other hand ensures high mechanical strength, dust-free processability, an attractive visual appearance, good health and environmental compatibility.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein Dämmmaterial bereitzustellen, welches sich durch eine hohe Nachhaltigkeit hinsichtlich der eingesetzten Rohstoffe und der Deponierbarkeit auszeichnet.Another object of the invention is to provide an insulating material, which is characterized by a high sustainability in terms of the raw materials used and landfillability.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Verringerung des Anteils der synthetischen Bestandteile im Bindemittel zugunsten von nachwachsenden Rohstoffen zu ermöglichen. Durch einen geringeren Materialeinsatz von synthetischen Bestandteilen bei gleichzeitiger Erhöhung des Anteils von nachwachsenden Rohstoffen wird eine umwelt- und ressourcenschonende nachhaltige Produktion ermöglicht.In particular, it is an object of the invention to enable the reduction of the proportion of synthetic ingredients in the binder in favor of renewable resources. By reducing the use of synthetic ingredients and increasing the proportion of renewable raw materials, sustainable and environmentally friendly production is possible.
Die oben formulierten Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch ein Dämmmaterial umfassend Mineralwolle und ein Bindemittel, wobei das Bindemittel aus einer Mischung herstellbar ist, die eine Phenol-Verbindung, gegebenenfalls Formaldehyd und Tannin umfasst.The above-formulated objects are achieved by an insulating material comprising mineral wool and a binder, wherein the binder can be prepared from a mixture comprising a phenol compound, optionally formaldehyde and tannin.
Kurze Beschreibung der Figuren:Brief description of the figures:
Detaillierte Beschreibung der Erfindung: Detailed description of the invention:
Mineralwolle:Mineral wool:
Als Mineralwolle für das erfindungsgemäße Dämmmaterial kann Glaswolle, Steinwolle oder ein Gemisch daraus verwendet werden. Vorzugsweise wird Glaswolle oder Steinwolle verwendet. Glaswollfasern bestehen im Allgemeinen aus Glas, Sand, Kalkstein, Soda und einem Mineralöl zur Staubbindung. Für die Herstellung von Glaswolle kann Altglas verwendet werden. Steinwollfasern bestehen im Allgemeinen aus Spat, Dolomit, Basalt, Diabas, Anorthosit sowie Recyclingmaterialien und einem Mineralöl zur Staubbindung.As mineral wool for the insulating material according to the invention glass wool, rock wool or a mixture thereof can be used. Preferably, glass wool or rock wool is used. Glass wool fibers generally consist of glass, sand, limestone, soda and a mineral oil for dust binding. Waste glass can be used for the production of glass wool. Rockwool fibers generally consist of latex, dolomite, basalt, diabase, anorthosite and recycled materials and a mineral oil for dust binding.
Für die Herstellung von Mineralwolle können alle dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verwendet werden. So kann beispielsweise das aus
Ebenso kann für die Herstellung von Mineralwolle ein Zerfaserungsverfahren nach
Die Faserlänge der Mineralwolle beträgt typischerweise 0.5 bis 10 cm und der Faserdurchmesser liegt typischerweise im Bereich zwischen 1 und 5 μm.The fiber length of the mineral wool is typically 0.5 to 10 cm and the fiber diameter is typically in the range between 1 and 5 microns.
Bindemittel:Binder:
Als Bindemittel für das erfindungsgemäße Dämmmaterial wird ein Bindemittel verwendet, welches aus einer Mischung umfassend eine Phenol-Verbindung, Formaldehyd und Tannin herstellbar ist.The binder used for the insulating material according to the invention is a binder which can be prepared from a mixture comprising a phenol compound, formaldehyde and tannin.
Phenol-Verbindung:Phenol compound:
Geeignete Phenol-Verbindungen für die Herstellung eines Phenolharzes zum Einsatz im erfindungsgemäßen Bindemittel sind Phenol, 1,2-Dihydroxybenzol (Brenzcatechin), 1,3-Dihydroxybenzol (Resorcin), 1,4-Dihydroxybenzol (Hydrochinon), 1,2,3-Trihydroxybenzol (Pyrogallol), 1,2,4-Trihydroxybenzol (Hydroxyhydrochinon), 1,3,5-Trihydroxybenzol (Phloroglucin), m-Kresol, o-Kresol, p-Kresol, 2,3-Dihydroxytoluol, 2,4-Dihydroxytoluol, 2,5-Dihydroxytoluol, 2,6-Dihydroxytoluol, 3,4-Dihydroxytoluol, 3,5-Dihydroxytoluol, 2-Methoxyphenol, 3-Methoxyphenol und 4-Methoxyphenol. Erfindungsgemäß können eine oder mehrere Phenol-Verbindungen für die Herstellung des Phenolharzes verwendet werden.Suitable phenolic compounds for the preparation of a phenolic resin for use in the binder according to the invention are phenol, 1,2-dihydroxybenzene (catechol), 1,3-dihydroxybenzene (resorcinol), 1,4-dihydroxybenzene (hydroquinone), 1,2,3- Trihydroxybenzene (pyrogallol), 1,2,4-trihydroxybenzene (hydroxyhydroquinone), 1,3,5-trihydroxybenzene (phloroglucinol), m-cresol, o-cresol, p-cresol, 2,3-dihydroxytoluene, 2,4-dihydroxytoluene , 2,5-dihydroxytoluene, 2,6-dihydroxytoluene, 3,4-dihydroxytoluene, 3,5-dihydroxytoluene, 2-methoxyphenol, 3-methoxyphenol and 4-methoxyphenol. According to the invention one or more phenolic compounds can be used for the preparation of the phenolic resin.
Bevorzugte Phenol-Verbindungen sind Phenol, 1,2-Dihydroxybenzol (Brenzcatechin), 1,3-Dihydroxybenzol (Resorcin), 1,4-Dihydroxybenzol (Hydrochinon), 1,2,3-Trihydroxybenzol (Pyrogallol), 1,2,4-Trihydroxybenzol (Hydroxyhydrochinon) und 1,3,5-Trihydroxybenzol (Phloroglucin). Besonders bevorzugt ist Phenol.Preferred phenolic compounds are phenol, 1,2-dihydroxybenzene (catechol), 1,3-dihydroxybenzene (resorcinol), 1,4-dihydroxybenzene (hydroquinone), 1,2,3-trihydroxybenzene (pyrogallol), 1,2,4 Trihydroxybenzene (hydroxyhydroquinone) and 1,3,5-trihydroxybenzene (phloroglucin). Particularly preferred is phenol.
Die Phenol-Verbindung zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels wird bevorzugt in Form einer Phenolharz-Mischung eingesetzt. Phenolharze sind dem Fachmann bekannt. Sie werden auch als Phenoplaste oder Phenol-Formaldehyd Harze bezeichnet und werden durch Reaktion zwischen der Phenol-Verbindung und einem Aldehyd, üblicherweise Formaldehyd, hergestellt.The phenol compound for the preparation of the binder according to the invention is preferably used in the form of a phenolic resin mixture. Phenolic resins are known in the art. They are also referred to as phenolic resins or phenol-formaldehyde resins and are prepared by reaction between the phenolic compound and an aldehyde, usually formaldehyde.
Als Phenolharz-Mischung wird erfindungsgemäß eine Mischung umfassend die Phenol-Verbindung, Formaldehyd, ein Kondensationsmittel und Wasser bezeichnet. Die Phenol-Verbindung und Formaldehyd werden bevorzugt in Form einer kommerziell erhältlichen Phenolharz-Zubereitung eingesetzt.As a phenolic resin mixture according to the invention a mixture comprising the phenol compound, formaldehyde, a condensing agent and water referred to. The phenol compound and formaldehyde are preferably used in the form of a commercially available phenolic resin composition.
Bei der Aushärtung des Phenolharzes werden durch eine elektrophile Substitution bis zu drei Wasserstoff-Atome der Phenol-Verbindung durch jeweils eine Methylol-Gruppe (-CH2OH) ersetzt. Durch Abspaltung von Wasser kondensieren diese polyfunktionellen Phenol-Derivate anschließend zu Methylol-Vorkondensaten, die je nach gewünschtem Ergebnis mit sauren oder basischen Kondensationsmittel versetzt werden können.During the curing of the phenolic resin, up to three hydrogen atoms of the phenol compound are replaced by one methylol group (-CH 2 OH) by an electrophilic substitution. By splitting off of water, these polyfunctional phenol derivatives then condense to methylol precondensates, which can be added depending on the desired result with acidic or basic condensing agent.
In saurer Umgebung bilden sich aus dem Methylol-Vorkondensat die so genannten Novolake, welche durch Methylenbrücken verbundene lineare Kettenmoleküle sind. Novolake weisen einen sehr hohen Vernetzungsgrad auf, sie sind jedoch noch schmelzbar. Das Stoffmengenverhältnis zwischen der Phenol-Verbindung und Formaldehyd ist bei Novolaken kleiner 1. Daher muss ein Formaldehydspender wie beispielsweise Hexamethylentetramin zugesetzt werden, um Novolake bei Temperaturen oberhalb von 120°C zu unschmelzbaren, duroplastischen Materialien auszuhärten.In an acidic environment, the so-called novolacs, which are linear chain molecules linked by methylene bridges, form from the methylol precondensate. Novolaks have a very high degree of crosslinking, but they are still meltable. The molar ratio between the phenol compound and formaldehyde is smaller in novolaks. Therefore, a formaldehyde donor such as hexamethylenetetramine must be added to cure novolaks at temperatures above 120 ° C to infusible thermoset materials.
In basischer Umgebung bilden sich aus dem Methylol-Vorkondensat ein durch Methylether-Brücken vernetzes zähflüssiges Harz, die sogenannten Resole. Das Stoffmengenverhältnis zwischen der Phenol-Verbindung und Formaldehyd ist bei Resolen größer 1. Bei der Herstellung eines solchen Resols wird eine wässrige Lösung eines Methylol-Vorkondensats, welches aus einer Phenol-Verbindung und Formaldehyd erhalten wurde, mit einem basischen Kondensationsmittel und gegebenenfalls weiteren Additiven versetzt und erwärmt. Die Reaktionsgeschwindigkeit der basenkatalysierten Reaktion nimmt mit steigendem pH-Wert zu und erreicht ein Maximum bei einem pH-Wert von ungefähr 10. Als reaktive Spezies wird bei der basischen Kondensationsreaktion ein Phenolat-Anion gebildet, welches durch Deprotonierung einer aromatischen Hydroxyl-Gruppe entsteht. Aufgrund der Delokalisierung der negativen Ladung in dem aromatischen Ringsystem werden die Positionen 2, 4 und 6 hinsichtlich der Reaktion mit Formaldehyd aktiviert. Wird das Resol auf Temperaturen von ungefähr 120°C erhitzt, so bilden sich Methylen- und Methylether-Brücken aus und es liegt ein 3-dimensionales Netzwerk von polymerisiertem Phenolharz vor. Der hohe Vernetzungsgrad verleiht diesem Phenolharz-Typ seine Härte sowie eine gute thermische und chemische Beständigkeit.In a basic environment, the methylol precondensate forms a viscous resin crosslinked by methyl ether bridges, the so-called resoles. In the case of resoles, the molar ratio between the phenol compound and formaldehyde is greater than 1. In the preparation of such a resol, an aqueous solution of a methylol precondensate obtained from a phenol compound and formaldehyde is admixed with a basic condensing agent and optionally other additives and warmed up. The reaction rate of the base-catalyzed reaction increases with increasing pH and reaches a maximum at a pH of about 10. As a reactive species in the basic condensation reaction, a phenolate anion is formed, which is formed by deprotonation of an aromatic hydroxyl group. Due to the delocalization of the negative charge in the aromatic ring system, positions 2, 4 and 6 are activated with respect to the reaction with formaldehyde. When the resole is heated to temperatures of about 120 ° C, methylene and methyl ether bridges are formed and there is a 3-dimensional network of polymerized phenolic resin. The high degree of crosslinking gives this type of phenolic resin its hardness and good thermal and chemical resistance.
Erfindungsgemäß kann die Aushärtung des Phenolharzes in Gegenwart eines sauren oder basischen Kondensationsmittels erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Aushärtung des Phenolharzes in Gegenwart eines basischen Kondensationsmittels.According to the invention, the curing of the phenolic resin can be carried out in the presence of an acidic or basic condensing agent. Preferably, the curing of the phenolic resin is carried out in the presence of a basic condensing agent.
Bei der Herstellung der Phenolharz-Mischung zum Einsatz bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels, welche unter basischen Bedingungen aushärtet, wird eine wässrige Lösung eines Methylol-Vorkondensats (niedermolekulares Resol), welches aus einer Phenol-Verbindung und Formaldehyd erhalten wurde, mit einem basischen Kondensationsmittel und gegebenenfalls weiteren Additiven versetzt, so dass eine Phenolharz-Mischung vorliegt, die bei Temperaturen von über 120°C aushärtet. Vorzugsweise wird ein basischer Puffer bestehend aus einem Säure/Base-Paar, welches einen pH-Wert von > 7 hat, als basisches Kondensationsmittel verwendet.In the preparation of the phenolic resin mixture for use in the production of the binder of the present invention which cures under basic conditions, an aqueous solution of a methylol precondensate (low molecular weight resol) obtained from a phenol compound and formaldehyde is mixed with a basic condensing agent and optionally added further additives, so that a phenolic resin mixture is present, which cures at temperatures above 120 ° C. Preferably, a basic buffer consisting of an acid / base pair having a pH of> 7 is used as the basic condensing agent.
Basische Kondensationsmittel sind beispielsweise basische Puffer, die aus einer Säure und einer Base hergestellt werden. Ein geeignetes basisches Kondensationsmittel ist Ammoniumsulfat/Ammoniak.Basic condensing agents are, for example, basic buffers prepared from an acid and a base. A suitable basic condensing agent is ammonium sulfate / ammonia.
Weitere Additive, mit denen die wässrige Lösung des Methylol-Vorkondensats (niedermolekulares Resol) zum Einsatz bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels versetzt wird, sind beispielsweise Harnstoff, Staubbindeöl (Mineralöle), Haftvermittler (Silane), Hydrophobierungsmittel (Silikonöle).Other additives with which the aqueous solution of methylol precondensate (low molecular weight resol) is added for use in the preparation of the binder according to the invention are, for example, urea, dust-binding oil (mineral oils), adhesion promoters (silanes), water repellents (silicone oils).
Harnstoff bindet als Formaldehyd-Fänger freies Formaldehyd in dem Phenolharz und kommt zum Einsatz bei der Herstellung von Phenolharz-Zubereitungen. Dadurch wird die Konzentration von freiem Formaldehyd in dem Phenolharz gering gehalten.Urea, as a formaldehyde scavenger, binds free formaldehyde in the phenolic resin and is used in the preparation of phenolic resin formulations. This keeps the concentration of free formaldehyde in the phenolic resin low.
Für die Herstellung von Phenolharzen zum Einsatz bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels werden bevorzugt Phenolharz-Zubereitungen verwendet. Phenolharz-Zubereitungen enthalten ein Methylol-Vorkondensat (niedermolekulares Resol), welches aus einer Phenol-Verbindung und Formaldehyd erhalten wurde, eine Phenol-Verbindung, Formaldehyd und gegebenenfalls Harnstoff. Eine solche Phenolharz-Zubereitungen kann gegebenenfalls mit Wasser verdünnt werden. Für die Herstellung von Phenolharzen, die unter basischen Bedingungen aushärten, wird die Phenolharz-Zubereitung mit Wasser, einem basischen Kondensationsmittel, und gegebenenfalls weiteren Additiven versetzt, so dass eine Phenolharz-Mischung erhalten wird. Für die Herstellung von Phenolharzen können kommerziell erhältliche Phenolharz-Zubereitungen verwendet werden. Kommerziell erhältliche Phenolharz-Zubereitungen sind wässrige niedermolekulare Resole, die die Phenol-Verbindung, Formaldehyd und gegebenenfalls Harnstoff enthalten. Es werden Phenolharze eingesetzt, deren Gehalt an freiem Formaldehyd unter 7,0%, bevorzugt unter 4,0% und am stärksten bevorzugt unter 1,0% liegt. Kommerziell erhältliche Phenolharz-Zubereitungen sind beispielsweise PrefereTM 72 5533 M (Dynea Erkner GmbH), PrefereTM 72 5548 M (Dynea Erkner GmbH), Bakelite® PF 1919 M (Momentive Speciality Chemicals GmbH), Bakelite® PF 1967 M (Momentive Speciality Chemicals Leuna GmbH, Leuna), Bakelite® PF 1916 M (Momentive Speciality Chemicals GmbH) und Bakelite® PF 1230 V (Momentive Speciality Chemicals GmbH).For the preparation of phenolic resins for use in the preparation of the binder according to the invention, preference is given to using phenolic resin preparations. Phenolic resin formulations contain a methylol precondensate (low molecular weight resol) obtained from a phenol compound and formaldehyde, a phenol compound, formaldehyde, and optionally urea. Such phenolic resin formulations may optionally be diluted with water. For the preparation of phenolic resins which cure under basic conditions, the phenolic resin preparation is mixed with water, a basic condensation agent, and optionally further additives, so that a phenolic resin mixture is obtained. For the preparation of phenolic resins, commercially available phenolic resin compositions can be used. Commercially available phenolic resin formulations are aqueous low molecular weight resoles containing the phenolic compound, formaldehyde, and optionally urea. Phenolic resins are used whose free formaldehyde content is below 7.0%, preferably below 4.0%, and most preferably below 1.0%. Commercially available phenol resin formulations are, for example Prefere TM 72 5533 M (Dynea Erkner GmbH), Prefere 5548 TM 72 M (Dynea Erkner GmbH), Bakelite ® PF 1919 M (Momentive Specialty Chemicals GmbH), Bakelite ® PF 1967 M (Momentive Specialty Chemicals Leuna GmbH, Leuna) Bakelite ® PF 1916 M (Momentive Specialty Chemicals GmbH) and Bakelite ® PF 1230 V (Momentive Specialty Chemicals GmbH).
Tannine:tannins:
Tannine sind pflanzliche Gerbstoffe, die in dikolyten Stauden, Sträuchern und Baumblättern und anderen Pflanzenteilen besonders in den Tropen und Subtropen weit verbreitet sind. Tannine sind Polyhydroxyphenole, die in Wasser, Ethanol und Aceton löslich sind und durch die phenolischen ortho-Di-Hydroxygruppen Quervernetzungen zwischen Makromolekülen wie Proteinen, Cellulose und Pektin ausbilden können. Pflanzliche Tannine variieren deutlich in ihrer chemischen Struktur und haben ein molekulares Gewicht im Bereich von 500 bis 3000 kDa. Sie kommen im Holz und der Rinde von Eichen, Birken und Kastanien, in der Fruchthülle der Walnuss, in den Hülsen des Divi-Divi-Baums (Caesalpinia coriaria), in Sumachgewächsen, in der Frucht des Kaki-Baums, Myrobalanen, Trillo, Valonea, Blutwurz, in Weintrauben sowie in Pflanzengallen.Tannins are vegetable tannins that are widely used in dikolyten perennials, shrubs and tree leaves and other parts of plants, especially in the tropics and subtropics. Tannins are polyhydroxyphenols which are soluble in water, ethanol and acetone and can form crosslinks between macromolecules such as proteins, cellulose and pectin through the phenolic ortho-di-hydroxy groups. Vegetable tannins vary widely in their chemical structure and have a molecular weight in the range of 500 to 3000 kDa. They are found in the wood and bark of oaks, birches and chestnuts, in the pericarp of walnut, in the pods of the divi-divi tree (Caesalpinia coriaria), in sumac plants, in the fruit of the persimmon tree, myrobalans, trillo, valonea , Bloodroot, in grapes and in plant galls.
Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels können alle dem Fachmann bekannten, mit Phenolharz verträglichen Tannine eingesetzt werden. Erfindungsgemäß bevorzugte Tannine sind Quebracho-Tannine, wie z. B. Colatán GT10, Colatán CDM/D2 Colatán GT5, und Colatán GTH. Besonders bevorzugt ist Colatán GT10.For the preparation of the binder according to the invention, it is possible to use all tannins which are known to the person skilled in the art and are compatible with phenolic resin. Tannins preferred according to the invention are quebracho tannins, such as, for example, Colatán GT10, Colatán CDM / D2 Colatán GT5, and Colatán GTH. Particularly preferred is Colatán GT10.
Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels wird Tannin der Phenolharz-Mischung vor dem Aushärten zugesetzt. Unter Phenolharz-Mischungen sind in diesem Zusammenhang sämtliche Lösungen, Gemische und Bindemittelzubereitungen zu verstehen, die alle erforderlichen Ausgangsmaterialien für die Herstellung des ausgehärteten Phenolharzes enthalten. Insbesondere sind dies ein Methylol-Vorkondensat (niedermolekulares Resol), welches aus einer Phenol-Verbindung und Formaldehyd erhalten wurde, eine Phenol-Verbindung, Formaldehyd, ein basisches Kondensationsmittel und gegebenenfalls weitere Additive. Die Phenolharz-Mischungen sind vorzugsweise wässrige Lösungen. Werden Phenolharz-Zubereitungen verwendet, so werden diese mit einem basischen Kondensationsmittel und gegebenenfalls weiteren Additiven und Wasser versetzt, um Phenolharz-Mischungen zu erhalten. Phenolharz-Zubereitungen werden aus Gemischen, welche eine Phenol-Verbindung und Formaldehyd enthalten, hergestellt.For the preparation of the binder according to the invention tannin is added to the phenolic resin mixture before curing. In this context, phenolic resin mixtures are to be understood as meaning all solutions, mixtures and binder preparations which contain all the starting materials required for the preparation of the cured phenolic resin. In particular, these are a methylol precondensate (low molecular weight resol) obtained from a phenol compound and formaldehyde, a phenol compound, formaldehyde, a basic condensing agent, and optionally other additives. The phenolic resin mixtures are preferably aqueous solutions. If phenolic resin preparations are used, they are mixed with a basic condensation agent and optionally further additives and water in order to obtain phenolic resin mixtures. Phenolic resin formulations are prepared from blends containing a phenolic compound and formaldehyde.
Erfindungsgemäß beschreibt das Massenverhältnis (PF + U):T das Verhältnis der Massen der Phenolharz-Zubereitung (PF) und der Masse des Harnstoffs (U) gegenüber der des Tannins (T) (jeweils bezogen auf den Feststoffgehalt). PF kennzeichnet die Masse der Phenolharz-Zubereitung, welche aus einem Gemisch, welches die Phenol-Verbindung und Formaldehyd enthält, hergestellt wird. U kennzeichnet die Masse des Harnstoffs und T kennzeichnet die Masse des Tannins.According to the invention, the mass ratio (PF + U): T describes the ratio of the masses of the phenolic resin preparation (PF) and the mass of urea (U) to that of tannin (T) (in each case based on the solids content). PF denotes the mass of the phenolic resin preparation which is prepared from a mixture containing the phenolic compound and formaldehyde. U denotes the mass of urea and T denotes the mass of tannin.
Bevorzugt liegt das Massenverhältnis (PF + U):T zwischen 99:1 und 60:40; stärker bevorzugt zwischen 99:1 und 65:35; weiterhin stärker bevorzugt zwischen 99:1 und 70:30; weiterhin stärker bevorzugt zwischen 99:1 und 75:25; und am stärksten bevorzugt zwischen 99:1 und 80:20.Preferably, the mass ratio (PF + U): T is between 99: 1 and 60:40; more preferably between 99: 1 and 65:35; more preferably between 99: 1 and 70:30; more preferably between 99: 1 and 75:25; and most preferably between 99: 1 and 80:20.
Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels wird das Tannin der Phenolharz-Mischung direkt vor der Verarbeitung zugegeben. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Phenolharz-Mischung mit Tannin bei einer Temperatur von 30 bis 80°C, bevorzugter von 40 bis 70°C, besonders bevorzugt von 50 bis 60°C vorkondensiert.For the preparation of the binder according to the invention, the tannin is added to the phenolic resin mixture immediately before processing. In a preferred embodiment, the phenolic resin mixture is precondensed with tannin at a temperature of from 30 to 80 ° C, more preferably from 40 to 70 ° C, most preferably from 50 to 60 ° C.
Die tanninhaltige Phenolharz-Mischung wird bevorzugt bei einem pH-Wert von 8 oder mehr, bevorzugter bei einem pH-Wert von 9 bis 10 verarbeitet.The tannin-containing phenol resin mixture is preferably processed at a pH of 8 or more, more preferably at a pH of 9 to 10.
Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Dämmmaterials wird die vorkondensierte tanninhaltige Phenolharz-Mischung auf die Oberfläche der Mineralwollfasern aufgebracht und vernetzt. Das Aufbringen und Vernetzen der tanninhaltigen Phenolharz-Mischung auf der Mineralwolle erfolgt mittels dem Fachmann bekannten Methoden. Bevorzugt wird die tanninhaltige Phenolharz-Mischung direkt im Anschluss and die Zerfaserung auf die noch heiße Oberfläche der Mineralwollfasern aufgebracht und vernetzt.For the preparation of the insulating material according to the invention, the precondensed tannin-containing phenolic resin mixture is applied to the surface of the mineral wool fibers and crosslinked. The application and crosslinking of the tannin-containing phenolic resin mixture on the mineral wool is carried out by methods known to those skilled in the art. Preferably, the tannin-containing phenolic resin mixture is applied directly after the defibration on the still hot surface of the mineral wool fibers and crosslinked.
Weitere Additive:Further additives:
Geeignete Staubbinder, die bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Dämmmaterials eingesetzt und dazu gegebenenfalls dem Bindemittel zugesetzt werden können, sind Staubbinderöle wie beispielsweise GARO 217, GARO 217S, HYDROWAX 88, HYDROWAX 296, etc.Suitable dust binders, which can be used in the production of the insulating material according to the invention and optionally added to the binder, are dust binder oils such as GARO 217, GARO 217S, HYDROWAX 88, HYDROWAX 296, etc.
Geeignete Hydrophobierungsmittel, die bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Dämmmaterials eingesetzt und dazu ggf. dem Bindemittel zugesetzt werden können, sind WACKER BS 1042, SITREN 447, BAYSILONE EMULSION F, etc. Suitable hydrophobizing agents which can be used in the preparation of the insulating material according to the invention and, if appropriate, can be added to the binder are WACKER BS 1042, SITREN 447, BAYSILONE EMULSION F, etc.
Selbstverständlich wird auch die Kombination der oben beschriebenen Ausführungsformen und bevorzugten Ausführungsformen der einzelnen Komponenten von der vorliegenden Erfindung erfasst. Die Kombination der bevorzugten Ausführungsform der einzelnen. Komponenten ist sogar ein besonders bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung.Of course, the combination of the above-described embodiments and preferred embodiments of the individual components is also covered by the present invention. The combination of the preferred embodiment of the individual. Components is even a particularly preferred aspect of the present invention.
Verwendung des Dämmmaterials:Use of insulation material:
Das erfindungsgemäße Dämmmaterial kann für die Dämmung, insbesondere von Gebäuden, verwendet werden. Das Dämmmaterial kann für die Dämmung von Fundamenten, Wänden und Dächern eingesetzt werden. Insbesondere dient das erfindungsgemäße Dämmmaterial der Wärmedämmung.The insulating material according to the invention can be used for the insulation, in particular of buildings. The insulation material can be used for the insulation of foundations, walls and roofs. In particular, the insulating material of the invention is used for thermal insulation.
Beispiele:Examples:
Durch die nachfolgenden Beispiele werden die Herstellung und die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Bindemittels und Dämmmaterials beschrieben.The following examples describe the preparation and properties of the binder and insulating material according to the invention.
Beispiel 1:Example 1:
Als Phenolharz wurde ein mit Harnstoff vorkondensiertes Phenolharz (PF:U ca. 65:35) eingesetzt. Der Gehalt des Harzes an freiem Formaldehyd lag unter 1%. Der Laboransatz wurde für alle Mischungen auf eine Trockensubstanz von 35% eingestellt.The phenolic resin used was a phenolic resin precondensed with urea (PF: U ca. 65:35). The content of the free formaldehyde resin was less than 1%. The laboratory batch was adjusted to a dry matter of 35% for all mixtures.
Die Bestimmung der Formaldehydabgabe erfolgte nach
*in [mg/kg trockenes Bindemittel]The determination of the formaldehyde release was carried out according to
* in [mg / kg dry binder]
Die Abnahme der Formaldehydabgabe durch Zusatz von Tannin ist graphisch in
Beispiel 2:Example 2:
Als Phenolharz wurde ein nicht vorkondensiertes Harz mit einem Harnstoffgehalt von < 4% (tr/tr) eingesetzt. Der Gehalt des Harzes an freiem Formaldehyd betrug 6,5%. Der Laboransatz wurde für alle Mischungen auf eine Trockensubstanz von 30% eingestellt.The phenolic resin used was a non-pre-condensed resin with a urea content of <4% (tr / tr). The content of the free formaldehyde resin was 6.5%. The laboratory batch was adjusted to a dry substance of 30% for all mixtures.
Um die Auswirkung der Vorkondensationsbedingungen zu untersuchen, wurde die Vorkondensation bei drei unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt: 2 h bei Raumtemperatur, 24 h bei Raumtemperatur und 2 h bei 55°C.To study the effect of precondensation conditions, the precondensation was carried out under three different conditions: 2 h at room temperature, 24 h at room temperature and 2 h at 55 ° C.
Darüber hinaus wurde auch der pH-Wert der Mischungen im Bereich von 8–10 variiert. In addition, the pH of the mixtures was also varied in the range of 8-10.
Die Bestimmung der Formaldehydabgabe erfolgte nach
Beispiel 3:Example 3:
Für die Versuche in Beispiel 3 wurde ein Phenolharz verwendet, welches bereits mit Harnstoff vorkondensiert ist (PF:U = 65:35).For the experiments in Example 3, a phenolic resin was used, which is already precondensed with urea (PF: U = 65:35).
Zur Bestimmung der Klemmkraft, des Glühverlusts und der Dicke nach Schütteln des Dämmmaterials wurden die folgenden Verfahren eingesetzt:To determine the clamping force, the loss on ignition and the thickness after shaking the insulating material, the following methods were used:
Bestimmung des Klemmverhaltens von Klemmfilzen unter Last: Determination of the clamping behavior of clamping felts under load:
Der Klemmfilz wird in eine Vorrichtung gedrückt, welche die Verhältnisse eines realen Dachaufbaus simuliert. Die Prüfeinrichtung umfasst ein in der Breite verstellbares Klemmgestell, eine auflegbare Belastungsplatte mit einem geringem Eigengewicht und Belastungsgewichte. Von dem zu untersuchenden Klemmfilz werden 2 Prüfkörper mit je 1000 mm Länge vom Rollenkern und vom Rollenende abgeschnitten. Der Prüfkörper wird von oben so zwischen die Sparren gedrückt, dass die markierte Seite nach unten zeigt. Haftet der Klemmfilz wird die Belastungsplatte mittig parallel zur Sparreneinrichtung auf die eingeklemmte Probe aufgelegt. Die Platte wird dann mit den Belastungsgewichten in einer zweckmäßigen Abfolge bis zum Herausfallen des Klemmfilzes beschwert. Es wird das Gesamtgewicht (Platte und Gewichte) bestimmt, welches der Klemmfilz gehalten hat ohne herauszufallen. Das ermittelte Gesamtgewicht entspricht der Klemmkraft des Klemmfilzes.The clamping felt is pressed into a device which simulates the conditions of a real roof structure. The testing device comprises a width-adjustable clamping frame, a auflegbare load plate with a low weight and load weights. Of the test to be examined felt 2 specimens each with 1000 mm in length from the core and the roll end are cut. The test piece is pressed from above between the rafters so that the marked side points downwards. If the clamping felt adheres the load plate is placed centrally parallel to the rafter device on the clamped sample. The plate is then weighted with the load weights in an appropriate sequence until the pinch felt falls out. It determines the total weight (plate and weights) held by the nipping felt without falling out. The determined total weight corresponds to the clamping force of the clamping felt.
Bestimmung des Glühverlusts und die Dicke vor und nach Schütteln (Rückstellung):Determination of the loss on ignition and the thickness before and after shaking (return):
Die Bestimmung des Glühverlusts und die Dicke vor und nach Schütteln (Rückstellung) erfolgt nach denen in der
Die erfindungsgemäßen Dämmmaterialien 3-2, 3-3 und 3-4 zeigen gegenüber dem Vergleichsversuch 3-1 einen geringeren Glühverlust sowie deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften, wie eine erhöhte Klemmkraft am Rollenende und Rollenkern sowie eine größere Dicke nach Schütteln.The insulating materials 3-2, 3-3 and 3-4 according to the invention show compared to the comparative experiment 3-1 a lower loss on ignition and significantly improved mechanical properties, such as increased clamping force at the roll end and roll core and a greater thickness after shaking.
Effekte der Erfindung:Effects of the invention:
Das erfindungsgemäße Dämmmaterial zeichnet sich durch eine geringe Formaldehydemission und eine hohe mechanische Belastbarkeit (Klemmverhalten) aus. Durch den Einsatz von Tannin als Bestandteil des Bindemittels lässt sich die Menge an zugesetztem Harnstoff im Bindemittel deutlich verringern. Darüber hinaus lässt sich durch die Verwendung von Tannin im erfindungsgemäßen Dämmmaterial der Glühverlust reduzieren und somit eine Materialeinsparung erzielen. Das erfindungsgemäße Dämmmaterial ist zudem deponierbar. Tannin trägt somit als nachwachsender Rohstoff zur Nachhaltigkeit des erfindungsgemäßen Dämmmaterials und dessen Produktionsprozess bei.The insulating material according to the invention is characterized by a low formaldehyde emission and a high mechanical strength (clamping behavior). By using tannin as a component of the binder, the amount of added urea in the binder can be significantly reduced. In addition, can be reduced by the use of tannin in the insulating material according to the invention, the loss on ignition and thus achieve a material savings. The insulation according to the invention is also landfilled. Tannin thus contributes as a renewable raw material to the sustainability of the insulating material according to the invention and its production process.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| R016 | Response to examination communication | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: HOFFMANN - EITLE PATENT- UND RECHTSANWAELTE PA, DE |
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| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: KNAUF INSULATION SPRL, BE Free format text: FORMER OWNER: SCHWENK DAEMMTECHNIK GMBH & CO KG, 86899 LANDSBERG, DE Effective date: 20150402 |
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| R082 | Change of representative |
Representative=s name: HOFFMANN - EITLE PATENT- UND RECHTSANWAELTE PA, DE Effective date: 20150402 |
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| R016 | Response to examination communication | ||
| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R003 | Refusal decision now final |