DE3340949C2

DE3340949C2 - Säurehärtbares anorganisches Bindemittel

Info

Publication number: DE3340949C2
Application number: DE3340949A
Authority: DE
Inventors: Thelma Jean Manheim Pa. Brackbill; Larry Leroy Lancaster Pa. Line; Gary Wayne York Pa. Paddison
Original assignee: Armstrong World Industries Inc
Current assignee: Armstrong World Industries Inc
Priority date: 1982-12-09
Filing date: 1983-11-11
Publication date: 1987-05-14
Also published as: CA1212502A; LU85097A1; NL8304233A; US4444594A; GB8332737D0; JPH0248506B2; AU1781583A; SE8304808D0; FR2537564A1; JPS59111962A; SE8304808L; AU556175B2; DE3340949A1; GB2135986A; GB2135986B; BE897962A

Abstract

Bereitgestellt werden säuregehärtete anorganische Zusammensetzungen, die für die Verwendung als Bindemittel geeignet sind und im Härtungszustand mit Mineralwolle verträglich sind. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden durch Umsetzung von MgO mit einem sauren Phosphat, sauren Chlorid oder sauren Sulfat, einem Aminoalkohol zur Hemmung des Säureangriffs und Wasser zur Bildung eines härtbaren Breis hergestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein säuregehärtetes anorganisches Bindemittel, das mit Mineralwolle verträglich ist.
Derartige säuregehärtete anorganische Bindemittel sind bei Verwendung in mit Mineralwolle enthaltenden Deckenplatten gesucht, da die auf diese Weise erhältlichen Verbunddeckensysteme Vorteile wie hohe Druck- und Scherfestigkeit, geringe Feuchtigkeitsempfindlichkeit, geringe Schrumpfung bei hohen Temperaturen (z. B. 1093°C) und ausgezeichnete schallabsorbierende Eigenschaften aufweisen. Verbunddeckensysteme sind besonders geeignet, da sie eine verminderte Tendenz zur Durchbiegung und zum Werfen zeigen, insbesondere wenn sie feuchten atmosphärischen Bedingungen ausgesetzt sind. Viele dieser Vorteile sind zumindest teilweise der Aufnahme von Mineralwolle in die Deckenplatten der Verbunddeckensysteme zu verdanken.
Die genannten Vorteile sind allerdings kurzlebig und werden durch die Tatsache, daß die Mineralwolle dem Angriff der anorganischen Säure im Bindemittelsystem während der Härtung ausgesetzt ist, wobei nachfolgend das schädliche H&sub2;S-Gas frei wird und es gegebenenfalls zur Zerstörung des Mineralwollefasersystems kommen kann, wiederaufgehoben.
Aus der DE-AS 29 32 332 sind Bindemittel auf der Basis von Magnesiumhydroxid bekannt.
Es ist somit wünschenswert, ein säuregehärtetes anorganisches Bindemittel zu entwickeln, das nach dem Härten nicht zum Abbau der Mineralwolle in der Deckenplatte führt, mit der es verbunden ist, so daß das auf diese Weise erhältliche Verbunddeckensystem die obengenannten Vorteile über lange Zeit behält.
Diese Aufgabe wird wie aus den vorstehenden Ansprüchen ersichtlich gelöst.
Das erfindungsgemäße, mit Mineralwolle verträgliche, mit einer Mineralsäure gehärtete Bindemittel wird hergestellt, indem man einen Aminoalkohol als Mittel zur Hemmung des Säureangriffs einarbeitet, das die negativen Wirkungen der anorganischen Säure auf die Mineralwolle hemmt, dabei aber die Aushärtung der Masse unter normalen Abbinde- und Härtungsbedingungen ermöglicht.
In ihrer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Bindemittel als bindemittelähnliche Beschichtung, bevorzugt als Rückenbeschichtung in einem gegenüber Durchbiegung und Werfen beständigen, Mineralwolle enthaltenden Verbunddeckensystem geeignet.
Das erfindungsgemäße Bindemittel wird hergestellt durch Umsetzung von MgO mit einem sauren Phosphat, einem sauren Sulfat oder einem sauren Chlorid in Anwesenheit eines anorganischen Füllers, eines flüssigen Aminoalkohols zur Hemmung des Säureangriffs und in Anwesenheit von Wasser zur Bildung eines härtbaren Breis. Die bei der Umsetzung von MgO mit dem sauren Phosphat, sauren Sulfat oder saurem Chlorid freiwerdende exotherme Wärme bewirkt die Härtung des Breis bei Zimmertemperatur. Für Produktionszwecke kann es jedoch wünschenswert sein, im Brei zur Beschleunigung des Abdampfens das Wasser zu erwärmen, um auf diese Weise die Härtung zu beschleunigen. Die Temperatur, bei der der Brei gegebenenfalls erwärmt wird, hängt von den Produktionsbedürfnissen ab.
Geeignete saure Phosphate, die erfindungsgemäß verwendet werden können, sind z. B. Monoammoniumphosphat (NH&sub4;H&sub2;PO&sub4;), Natriumhydrogenphosphat (NaH&sub2;PO&sub4;) und Kaliumhydrogenphosphat (KH&sub2;PO&sub4;). Geeignete Sulfate, die erfindungsgemäß verwendet werden können, sind z. B. Ammoniumhydrogensulfat (NH&sub4;HSO&sub4;), Natriumhydrogensulfat (NaHSO&sub4;) und Ammoniumferrosulfat ([NH&sub4;])&sub2;Fe[SO&sub4;]&sub2;). Geeignete saure Chloride sind z. B. Ammoniumchlorid (NH&sub4;Cl), Zinkchlorid (ZnCl&sub2;) und Magnesiumchlorid (MgCl&sub2;). Die sauren Phosphate kommen in Frage, wenn das erfindungsgemäße Bindemittel als Rückenbeschichtungsbindemittel in gegenüber Durchbiegen beständigen Deckensystemen verwendet wird. Für solche Zwecke ist das besonders bevorzugte saure Phosphat Monoammoniumphosphat.
Das bevorzugte erfindungsgemäße Bindemittel wird durch Umsetzung eines sauren Phosphats mit Magnesiumoxid in Anwesenheit von Wasser, mindestens eines anorganischen Füllers und eines Aminoalkohols zur Hemmung des Säureangriffs zwecks Bildung eines härtbaren Breis hergestellt. Gegebenenfalls kann die Zusammensetzung auch noch mineralsaure Härtungsbeschleuniger oder -verzögerer, anorganische und organische Verdicker, anorganische und organische Pigmente sowie anorganische und organische Schäumungsmittel enthalten.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das saure Phosphatsalz dem Wasser zugesetzt, das vorzugsweise bei 21°C bis 54°C, insbesondere bei 46°C gehalten wird. Danach wird der flüssige Aminoalkohol der Lösung zugesetzt, die bis zur Klärung gerührt wird. Der Lösung wird (werden) danach der (die) inerte(n) Füller zugesetzt. Schließlich wird das Magnesiumoxid der Lösung zugesetzt, die dann zur Bildung eines homogenen Arbeitsbreis gerührt wird.
Was die übrigen verwendbaren Komponenten betrifft, so kann dem Brei zu jedem beliebigen Zeitpunkt vor der Zugabe des (der) Füller und des Magnesiumoxids ein mineralsaurer Härtungsbeschleuniger wie z. B. Phosphor-, Schwefel-, Chlorwasserstoff-, Salpeter- oder Essigsäure zugesetzt werden. Der Beschleuniger beschleunigt die Dauer der Härtung der Masse. Durch Verwendung derartiger Beschleuniger kann die Dauer der Härtung den praktischen Erfordernissen entsprechend eingestellt werden. Bei Verwendung eines Beschleunigers ist es vorzuziehen, diesen nach der Zugabe des flüssigen Aminoalkohols zuzusetzen. Gegebenenfalls kann die Dauer der Verarbeitung bzw. des Vergießens des Breis durch Zugabe einer geringen Menge eines Standardhärtungsverzögerers wie Natriumhydroxid, zur Lösung oder durch Temperaturerhöhung und/oder Verdünnung mit Wasser verlängert werden. In jedem Falle und ungeachtet der in der Masse verwendeten Komponenten sollte das Magnesiumoxid zur Vermeidung der Hydroxylierung immer zuletzt der Lösung zugesetzt werden.
Der Ausdruck "Aminoalkohol" bedeutet hier beliebige aminosubstituierte Alkohole und/oder alkoholsubstituierte Amine. Es wurde gefunden, daß flüssige Aminoalkohole mit einem pH-Wert von 10,5 bis 13,5 in dem erfindungsgemäßen Bindemittel zur Unterdrückung des Säureangriffs geeignet sind.
Beispiele für geeignete erfindungsgemäß verwendbare flüssige Aminoalkohole sind:
2-Dimethyl-aminoethanol; 2-Amino-2-methyl-1-propanol, 2,2- Iminodiethanol; Ethanolamin, 2-Aminoethanol; Aminoethylethanolamin; 1-Amino-2-propanol; 1-Dimethylamino-2-propanol; Dimethylisopropylamin; 2-Amino-2-ethyl-1,3-propandioldimethylaminoethanol; Diethylethanolamin; N-Methyldiethanolamin; Dimethylamino- 2-methyl-1-propanol und 2-Dimethyl-1-propanol.
Das erfindungsgemäß verwendete Magnesiumoxid liegt in vermahlener, geglühter Form vor und kann entsprechend den in der US-PS 38 21 006 beschriebenen Verfahren aus Dolomit (CaMg[CO&sub3;]&sub2;), Magnesit (MgCO&sub3;) oder aus chemisch ausgefälltem Magnesiumhydroxid hergestellt werden, wobei letzteres für die meisten Anwendungsgebiete des erfindungsgemäßen Bindemittels in Frage kommt. Bei der Verwendung als Bindemittel in einem gegenüber Durchbiegen und Werfen beständigen Deckensystem sollte der Grad des Glühens des Magnesiumoxids so eingestellt sein, daß ein spezifisches Gewicht von 3,60 ±0,05 g/cm³ erzielt wird, um fast ausschließlich kristallines Magnesiumoxid zu erzeugen. Für derartige Zwecke sollte sich die Teilchengrößenverteilung für MgO außerdem innerhalb des folgenden Bereichs bewegen: °=c:70&udf54;H&udf53;vu10&udf54;&udf53;ta3:11:15:18&udf54;&udf53;tz,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\GrÐÅe\ Prozent&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\Ýber 15¤Óm\ Æ0 bis Æ30&udf53;tz&udf54; \5^15¤Óm\ 50 bis 100&udf53;tz&udf54; unter 5¤Óm\ Æ0 bis Æ30&udf53;tz&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;el&udf54;&udf53;sb18&udf54;&udf53;vu10&udf54;
In dem erfindungsgemäßen Bindemittel sollten vorzugsweise 5 Gew.-Teile bis 25 Gew.-Teile des Aminoalkohols bezogen auf die Gesamtgewichtsteile Wasser verwendet werden.
Das bevorzugte Verhältnis von saurem Phosphat zu MgO in Gewichtsteilen beträgt 1 bis 2,25 Gew.-Teile saures Phosphat pro Gewichtsteil MgO. Bei unter 1 Gew.-Teil saures Phosphat zeigt die Masse nur eine sehr schwache Härtung, wohingegen bei über 2,25 Gew.-Teilen saures Phosphat die Reaktion zwischen dem sauren Phosphat und MgO zu rasch abläuft und das erhaltene Produkt zerbröckelt.
Bei Verwendung als Bindemittel für ein gegenüber Durchbiegen beständiges Deckensystem enthält das erfindungsgemäße Bindemittel vorzugsweise 40 Gew.-% bis 70 Gew.-% Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht.
Erfindungsgemäß verwendbare anorganische Füller sind z. B. Sand, Kieselerde, Kaolinitton, Glimmer, Wollastonit, Dolomit, Kalkstein, Quarz, Nephelin-Syenit, Talk, Tonerde, Aluminiumtrihydrat, Aluminiumsilikat und/oder Kaolinit.
Die Verwendbarkeit der Füller hängt insgesamt von ihrer Wirkung auf die chemischen und rheologischen Eigenschaften des Breis ab. Zeigt der Füller die Tendenz zum Quellen bzw. Absorbieren des Wassers, steigt die Viskosität des Breis so weit an (bis über ca. 1,5 Pa·s [1500 c PS]), daß es zu keiner wirksamen Reaktion zwischen dem Ammoniumphosphat und dem Magnesiumoxid und damit zu keiner Härtung des Breis kommt. Für die erfindungsgemäßen Zwecke ist die Härtung definiert als Zustand der Härte, der einen Kerbschlag von 703 Pa ohne Bruch aushält.
Die Art der konkreten zu verwendenden Füller hängt weitgehend vom Verwendungszweck ab. Wird z. B. die Masse als gegenüber Durchbiegen beständige Beschichtung zwecks Einbau in ein Deckensystem verwendet, sollte vorzugsweise mindestens einer der Füller Dolomit und/oder Siliziumdioxid sein.
Die üblichen erfindungsgemäß verwendbaren organischen und anorganischen Verdicker umfassen z. B. Carboxycellulose, Natriumpolyacrylat, Natriumalginat, amorphe Kieselsäure und Glimmer.
Das erfindungsgemäße Bindemittel kann abgesehen von seiner Verwendung als anorganisches Bindemittel für Deckensysteme auch noch für andere Verwendungszwecke eingesetzt werden, so z. B. in schützenden Oberflächenbeschichtungen für Deckenprodukte, Schichten bzw. Innenschichten von neuen Typen von Deckenprodukten, geformte Pappe oder Deckenplatten (im Gemisch mit Mineralwolle), Fußbodenfliesen und/oder Produkte zur Verkleidung von Wänden, Wärmehauben und für Hochtemperaturisoliermaterial. Es versteht sich von selbst, daß die Verhältnisse der einzelnen Komponenten und gegebenenfalls die Art der Komponenten vom gewünschten Verwendungszweck des Endprodukts abhängen.

Beispiel 1

Dieses Beispiel illustriert die Herstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels und seine Verwendung in einer Rückenbeschichtung zur Verminderung des Durchbiegens in einem Deckenplattensystem.
30,7 g saures Monoammoniumphosphat (NH&sub4;H&sub2;PO&sub4;) werden unter Rühren mit 133 g Wasser von 46°C versetzt.
Danach werden der sauren Lösung 4,5 g 2-Amino-2-methyl-1-propanol zugesetzt. Danach wird die Lösung klargerührt, wonach 6,3 g Phosphorsäure zugesetzt werden. Die Lösung wird anschließend 15 Minuten lang weitergerührt.
Danach werden der Lösung 7,8 g Kaolinitton, 8,8 g Glimmer und 38,8 g Dolomit zugesetzt und schließlich noch 37,0 MgO zur Bildung eines reaktionsfähigen Breis.
Zwei 5,1 cm × 10,2 cm große Proben einer Mineralfaserdeckenplatte (Platte A) mit einer Dichte von 0,15 g/cm³ und eine andere Platte (Platte B) mit einer Dichte von 0,29 g/cm³ werden auf der Rückseite mit 602 g/m² des obengenannten reaktionsfähigen Breis beschichtet. Danach werden die Platten bei 288°C während 3 Minuten getrocknet. Dann wird jede Platte zur Bildung der endgültigen Verbunddeckeneinheiten mit den üblichen organischen Front- bzw. Vorderseitenbeschichtungen überzogen und schließlich mit einem üblichen Deckanstrich versehen. Die Platten A und B zeigen, verglichen mit ähnlichen, auf der Rückseite mit üblichen Polymerbeschichtungen (Melaminformaldehyd) überzogenen Platten eine Verringerung der Durchbiegung um 46 bzw. 40%.

Beispiel 2

Die Verfahrensweise entspricht im wesentlichen Beispiel 1, nur werden andere Komponentenmengen und ein anderer Füller verwendet. °=c:110&udf54;H&udf53;vu10&udf54;&udf53;ta3:11:15:18&udf54;&udf53;tz,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\Komponente\ Menge&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\NHÈHÊPOÈ\ 16,5¤g&udf53;tz&udf54; Wasser 46&ijlig;C\ 42,1¤g&udf53;tz&udf54; 2-Amino-2-methyl-1-propanol\ Æ2,2¤g&udf53;tz&udf54; Phosphors¿ure\ Æ3,9¤g&udf53;tz&udf54; SiOÊ-FÝller\ 26,4¤g&udf53;tz&udf54; MgO\ Æ8,8&udf53;tz&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;el&udf54;&udf53;sb18&udf54;&udf53;vu10&udf54;
Eine Platte C mit einer Dichte von 0,15 g/cm³ und eine Platte D mit einer Dichte von 0,29 g/cm³ werden auf der Rückseite jeweils mit 409 g/m² des aus der oben angeführten Formulierung bereiteten reaktionsfähigen Breis beschichtet. Danach werden die Platten getrocknet und, wie in Beispiel 1 angegeben, mit den üblichen organischen Front- bzw. Vorderseitenbeschichtungen überzogen. Die Platten C und D zeigen, verglichen mit ähnlichen, auf der Rückseite mit Melaminformaldehyd beschichteten Platten eine Verringerung der Durchbiegung von 92 bzw. 93%.
Anhand einer Zeichnung, die perspektivisch ein Ausführungsbeispiel zeigt, wird die Erfindung näher erläutert.
Auf der Rückseite 3 einer Deckenplatte 1 aus Mineralwolle ist eine Schicht 2 eines säuregehärteten, anorganischen, mit Mineralwolle verträglichen Bindemittels angeordnet, das zur Hemmung des Säureangriffs einen Aminoalkohol, vorzugsweise 2-Amino- 2-methyl-1-propanol enthält.

Claims

1. Säurehärtbares mit mineralwolleverträgliches Bindemittel auf der Basis von MgO, dadurch gekennzeichnet, daß es Magnesiumoxid, ein saures Phosphat, ein saures Sulfat oder ein saures Chlorid, mindestens einen anorganischen Füller und einen flüssigen Aminoalkohol enthält.

2. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aminoalkohol 2-Amino-2-methyl-1-propanol ist.

3. Bindemittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das saure Phosphat ein Monoammoniumphosphat ist.

4. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesiumoxid ein spezifisches Gewicht von 3,55 bis 3,65 g/cm³ aufweist, und 0 bis 30% der Magnesiumoxidteilchen einen Durchmesser von über 15 µm, 50 bis 100% der Magnesiumoxidteilchen einen Durchmesser von 5 µm bis 15 µm und 0 bis 30% der Magnesiumoxidteilchen einen Durchmesser von unter 5µm aufweisen.

5. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der inerte anorganische Füller zumindest einen der beiden Stoffe Dolomit oder Siliziumdioxid enthält.

6. Verfahren zur Herstellung einer Bindemittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ein saures Phosphat, ein saures Sulfat oder ein saures Chlorid mit Magnesiumoxid in Anwesenheit von Wasser, mindestens eines anorganischen Füllers und eines flüssigen Aminoalkohols umsetzt, der einen pH-Wert von 10,5 bis 13,5 aufweist.

7. Verwendung des Bindemittels nach einem der Ansprüche 1 bis 6 von gegen Durchbiegung und Verwerfen beständigen Deckensystemen als Schicht (2) auf der Rückseite (3) einer Mineralwolle enthaltenden Deckenplatte (1).