DE19610234C2

DE19610234C2 - Verwendung von Siloxanen mit betainischen und quaternären Gruppen zur Herstellung von Dämmstoffplatten auf Mineral- und Papierfaserbasis

Info

Publication number: DE19610234C2
Application number: DE19610234A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schmuck
Original assignee: TH Goldschmidt AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2016-03-16
Also published as: US5776392A; EP0795644A2; EP0795644A3; DE19610234A1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Siloxanen mit betainischen und quaternären Gruppen zur Herstellung von Dämmstoffplatten auf Mineral- und Papierfaserbasis durch Aufschlämmen von Mineralfasern, Bindemitteln und üblichen Zusatzstoffen in Wasser, Formen der Dämmstoffplatte durch Aufbringen des Slurrys auf ein Sieb, Trocknen und Verfestigen der Dämmstoffplatte.

Solche Platten werden, mit dekorativen Oberflächen versehen, in abgehängten Decken oder Wandpaneelen vorwiegend zur akustischen Isolation von Räumen eingesetzt. Sie finden jedoch auch Verwen dung im baulichen Brandschutz, besonders als Türfüllungen und Verkleidungen von Trägern und Stützen bei Stahlkonstruktionen sowie von Lüftungs- und E-Leitungskanälen.

Die genannten Platten werden in einem sogenannten Naßverfahren hergestellt. Dabei wird eine stark wäßrige Aufschlämmung von Mineralwolle, Papierfasern, Stärke und Ton bereitgestellt, wel cher auf einem Sieb durch Abnutschen ein Teil des Wassers ent zogen wird. Der so entstandene Siebkuchen wird dann in einen Ofen geführt, in welchem das Restwasser bei erhöhter Temperatur verdampft. Gleichzeitig erhärtet das Stärkegel durch Trocknung und stellt dabei eine feste Verbindung zwischen den sich kreu zenden Mineral- und Papierfasern her.

Um ein schnelleres Entwässern auf dem Maschinensieb zu errei chen, werden der wäßrigen Aufschlämmung nichtionische Tenside zugesetzt (auch um durch den entstehenden Schaum das Raumge wicht zu reduzieren). Dieser Tensidzusatz hat jedoch den Nach teil, daß nach dem Trocknen eine stark hydrophile Komponente in den Platten verbleibt. Diese Nachteile zeigen sich im einzelnen wie folgt:
Nach dem Schliff der getrockneten Rohplatten werden diese mit wäßrigen Dispersionsfarben beschichtet. Da der Untergrund stark porös ist und deshalb viel Farbe in den Untergrund wandert, wird bei diesem Vorgang unnötig Farbe verbraucht.

Weiter neigen die bisher eingesetzten Tenside dazu, Luftfeuch tigkeit zu adsorbieren. Dadurch kann es zum Erweichen des ver wendeten Bindemittels kommen. Die Bindekraft wird dadurch ver mindert, und aufgrund des Eigengewichts kann es dann zum Durch biegen der im Rahmen befestigten Platten kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es zu erreichen, daß dem zu trocknen den Gemisch vor dem Trocknungsprozeß möglichst viel Wasser ent zogen wird und kein hydrophiles Tensid in der Platte verbleibt.

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

Vorzugsweise werden dabei Betaine verwendet, die die allgemeine Formel aufweisen

wobei
R¹ im Molekül gleich oder verschieden ist und einen Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, einen Phenylrest oder einen Polyoxyalkylenrest bedeutet, mit der Maßgabe, daß mindestens 70% der Reste R¹ Methylreste sind,
R² gleich R¹ sein kann, mit der Maßgabe, daß mindestens ein Rest R² die Gruppe

ist, in der
R³ ein zweiwertiger Alkylenrest mit 2 bis 12 Kohlen stoffatomen,
R⁴ ein zweiwertiger Alkylenrest mit 2 bis 6 Kohlen stoffatomen ist,
R⁵, R⁶ gleich oder verschieden sind und einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder einen Benzylrest be deuten,
n 1, 2 oder 3 ist,
x einen Wert von 0 bis 200 und
y einen Wert von 1 bis 50 hat.

Beispiele dieser erfindungsgemäß eingesetzten Organpolysiloxane mit Betaingruppen sind

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

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

bedeutet,
R⁸ im Molekül gleich oder verschieden ist und einen Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder den Rest
R¹¹ -CONH-(CH₂)₄- bedeutet, indem R¹¹ ein Alkylrest mit 7 bis 17 Kohlenstoffatomen ist,
R⁹, R¹⁰ im Molekül gleich oder verschieden sind und einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten,
Z der Rest

ist,
X^⊖ ein anorganisches oder organisches Anion ist, das von einer üblichen physiologisch verträglichen Säure FIX herrührt,
n' einen Wert von 5 bis 20,
m einen Wert von 1 bis 10 hat,
wobei der Quotient aus der Anzahl der Dimethylsiloxygruppen und der Anzahl der quaternären Ammonium gruppen einen Wert von 0,5 bis 15 hat.

Beispiele besonders geeigneter Verbindungen sind

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

wobei
A der Rest

ist,
R¹², R¹³, R¹⁴ = Alkylreste mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen oder Alkenylreste mit 2 bis 22 Kohlenstoffatomen, wobei die Alkyl- oder Alkenylreste Hydroxylgruppen aufweisen können und mindestens einer der Reste R¹², R¹³, R¹⁴ mindestens 10 Kohlenstoffatome aufweist,
R¹⁵, R¹⁶, R¹⁸, R¹⁹, R²⁰ = Alkylreste mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen oder Alkenylreste mit 2 bis 22 Kohlenstoff atomen, wobei die Alkyl- oder Alkenylreste Hydroxylgruppen aufweisen können,
R¹⁷ -O- oder -NR²¹-Rest,
R²¹ = Alkyl- oder Hydroxylalkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder Wasserstoffrest,
p = 2 bis 4,
M = ein zweiwertiger Rest, ausgewählt aus der Gruppe

wobei das N-Atom des Restes A mit dem Rest M über das zur C-OH-Gruppe im Rest M benachbarte Kohlenstoffatom verbunden ist,
o = eine Zahl von 0 bis 200 ist, X^⊖ die oben angegebene Bedeutung hat.

Beispiele dieser besonders geeigneten quaternären Siloxane sind

Die Herstellung der obengenannten Siloxane, die betainische oder quaternäre Gruppen aufweisen, ist u. a. in DE-C-34 22 268, DE-C-37 19 086 und DE-C-38 37 811 beschrieben.

Durch den Einsatz dieser Siloxane hat sich gezeigt, daß diese zu einer außerordentlich schnellen Entwässerung führen und so mit die für den Trocknungsprozeß vorgesehenen Filterrückstände deutlich weniger Wasser enthalten. Man spart dadurch an Energie und erreicht höhere Produktionsgeschwindigkeiten. Die getrock neten Platten zeigen auf ihrer Oberfläche deutlich hydrophobe Eigenschaften.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, der Mineral- und Papierfa seraufschlämmung Siliconharze als Hydrophobierungsmittel zuzu setzen. Durch die Verwendung dieser bekannten Siliconharze in Verbindung mit den erfindungsgemäß eingesetzten tensidischen Siloxanen wird eine noch gleichmäßigere und bessere Hydropho bierung erzielt.

Anhand der folgenden Beispiele wird die erfindungsgemäße Ver wendung anhand des Verfahrens zur Herstellung der Dämmstoffplatten noch näher erläutert.

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

In 3 l Wasser werden 120 g Steinwolle, 10 g Stärke, 30 g Ton und 0,4 Gew.-% einer 50%igen Hydrophobiere mulsion, bezogen auf die o. a. Festkörper, auf Basis eines Methylsiliconharzes zugesetzt und gut miteinander vermischt.

Beispiel 1 (nicht erfindungsgemäß)

Zu der oben beschriebenen Standardmischung werden 0,1 Gew.-% eines Tensids des Standes der Technik, nämlich eines Nonylphenylethoxylats mit 6 Ethylenoxidgruppen gegeben.

Beispiel 2 (erfindungsgemäß)

Der Standardmischung werden 0,1 Gew.-% eines Siloxans mit quaternären Gruppen folgender Zusammen setzung zugesetzt

R = langkettiger Alkylrest, C₁₂H₂₅-.

Beispiel 3 (erfindungsgemäß)

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

Die eingesetzten Tensidkonzentrationen beziehen sich auf den in der Standardmischung befindlichen Fest stoffanteil.

Diese Aufschlämmung wird nacheinander in eine auf einer Saugflasche befindlichen mit Schwarzbandfilter versehenen Nutsche gegeben und im Wasserstrahlvakuum von 50 mbar abgesaugt.

Für den Absaugvorgang benötigt man bei der Standardmischung: 27 Minuten
bei der Mischung mit dem Tensid des Standes der Technik (Beispiel 1): 22 Minuten
bei der Mischung mit dem erfindungsgemäß zugesetzten Siloxan (Beispiele 2 und 3): 11 bzw. 10 Minuten.

Entsprechend enthalten die auf dem Filter befindlichen Rückstände noch folgende Wasseranteile:
Standardmischung: 61%
Beispiel 1 : 56%
Beispiel 2 : 46%
Beispiel 3 : 45%.

Neben einer erheblich schnelleren Entwässerung gegenüber der Standardmischung und der Probe mit Alkyla rylsulfonat (Nonylphenolethoxylate mit 6 Ethylenoxidgruppen) enthalten die Filterrückstände, bei denen mit den erfindungsgemäßen Siloxantensiden gearbeitet wird, deutlich weniger Wasser. Das bedeutet, daß neben gerin geren Energie kosten auch höhere Produktionsgeschwindigkeiten bei der Herstellung von Mineral- und Papier faserplatten erzielt werden können.

Claims

1. Verwendung von Siloxanen, welche betainische oder quaternäre Gruppen aufweisen, in Mengen von 0,01 bis 3 Gew.-%, bezogen auf Festkörper, als Entwässerungsmittel bei der Herstellung von Dämmstoffplatten auf Mineral- und Papierfaserbasis.

2. Verwendung von Siloxanen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Betaingruppen enthaltende Siloxane Verbindungen der allgemeinen Formel
wobei
R¹ im Molekül gleich oder verschieden ist und einen Alkyl rest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, einen Phenylrest oder einen Polyoxyalkylenrest bedeutet, mit der Maßgabe, daß mindestens 70% der Reste R¹ Methylreste sind,
R² gleich R¹ sein kann, mit der Maßgabe, daß mindestens ein Rest R² die Gruppe
ist, in der
R³ ein zweiwertiger Alkylenrest mit 2 bis 12 Kohlen stoffatomen,
R⁴ ein zweiwertiger Alkylenrest mit 2 bis 6 Kohlen stoffatomen ist,
R⁵, R⁶ gleich oder verschieden sind und einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder einen Benzyl rest bedeuten,
n 1, 2 oder 3 ist,
x einen Wert von 0 bis 200 und
y einen Wert von 1 bis 50 hat, verwendet.

3. Verwendung von Siloxanen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als quaternäre Ammoniumgruppen enthaltende Siloxane Verbindungen der allgemeinen Formel
wobei
R⁷ im Molekül gleich oder verschieden ist und einen Methylrest oder den Rest
bedeutet,
R⁸ im Molekül gleich oder verschieden ist und einen Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder den Rest R¹¹ -CONH-(CH₂)₄- bedeutet, in dem R¹¹ ein Al kylrest mit 7 bis 17 Kohlenstoffatomen ist,
R⁹, R¹⁰ im Molekül gleich oder verschieden sind und einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten,
Z der Rest
ist,
X^⊖ ein anorganisches oder organisches Anion ist, das von einer üblichen physiologisch verträglichen Säure HX herrührt,
n' einen Wert von 5 bis 20,
m einen Wert von 1 bis 10 hat,
wobei der Quotient aus der Anzahl der Dimethylsiloxygruppen und der Anzahl der quaternären Ammoniumgruppen einen Wert von 0,5 bis 15 hat, verwendet.

4. Verwendung von Siloxanen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als quaternäre Gruppen enthaltende Polysiloxane Verbindungen der allgemeinen Formel
wobei
A der Rest
ist,
R¹², R¹³, R¹⁴ = Alkylreste mit 1 bis 22 Koh lenstoffatomen oder Alkenyl reste mit 2 bis 22 Kohlen toffatomen, wobei die Al kyl- oder Alkenylreste Hydroxylgruppen aufweisen können und mindestens einer der Reste R¹², R¹³, R¹⁴ min destens 10 Kohlenstoffatome aufweist,
R¹⁵, R¹⁶, R¹⁸, R¹⁹, R²⁰ = Alkylreste mit 1 bis 22 Koh lenstoffatomen oder Alkenyl reste mit 2 bis 22 Kohlen stoffatomen, wobei die Al kyl- oder Alkenylreste Hydroxylgruppen aufweisen können,
R¹⁷ = -O- oder -NR²¹-Rest,
R²¹ = Alkyl- oder Hydroxylalkyl rest mit 1 bis 4 Kohlen stoffatomen oder Wasser stoffrest,
p = 2 bis 4,
M = ein zweiwertiger Rest, ausgewählt aus der Gruppe
wobei das N-Atom des Restes A mit dem Rest M über das zur C-OH-Gruppe im Rest M benachbarte Kohlenstoffatom verbunden ist,
o = eine Zahl von 0 bis 200,
X^⊖ die oben angegebene Bedeutung hat,
verwendet.

5. Verwendung von Siloxanen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man der Aufschlämmung zusätzlich zu den Siloxanen Siliconharze der allgemeinen Formel
wobei
R²² ein Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder ein Phenylrest und
R²³ ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist,
a = 0,8 bis 1,2 und
b = 0,2 bis 1,2 ist,
in Mengen von 0,02 bis 2 Gew.-%, bezogen auf Festkörper, zu setzt.