通过湿法制备板或垫的方法，通过该方法制备的产品以及通过该方法制备的产品的用途

本发明涉及通过湿法制备板或垫的方法，根据该方法制备的产品以及该产品的用途。

数十年来，将人造矿物纤维用于建筑物和工业设施的绝热是现有技术的一部分。

矿物纤维板的制备可以通过专家熟知的两种方法来进行。常规方法“气动成型”是通过旋转方法(如内部或外部离心，也分别称为TEL方法REX方法)或通过使用喷射嘴的方法对熔融玻璃质物料进行纤维化而开始的。这些方法例如被描述在

它们通过以下进行定义：通过空气流动将纤维与其它化合物(任选地添加到含纤维的气流中，例如粘合剂)结合地夹带到移动中的多孔元件上以形成毡，该毡通常作为附加加工的对象，包括干燥或固化或烘烤步骤以形成垫或板。

这些成形方法的特征是由纤维形成的垫或板的固有层状取向，所述纤维主要在水平方向上取向。根据产品的预期用途，该层状取向对于某些性质，特别地耐热性可能是有益的，而当所希望的主要性质是机械性能如抗压缩强度或撕裂强度时，则是不期望的。

为了克服由气动成型法产生的产品的这一缺点，已经提出了各种建议来提高机械性能，例如在干燥或固化之前，通过使在毡中的纤维重新定向。

作为对机械性能敏感的一个应用领域，提及使用由矿物纤维制成的板或垫元件作为真空隔热板的芯材。由于芯材被包围在气密片材形式的材料中，该材料被置于真空下，因此芯材必须在真空绝缘板的整个使用寿命中承受大气压。尽管可以通过增大密度或通过增大粘合剂含量来提高机械性能，但由于大的重量和材料需求高，第一种选择不受欢迎，而后一种选择的缺点是粘合剂会分解，从而降低真空度，这使内部压力增大。结果，真空隔热板的使用寿命会受到很大影响。

替代地，对其机械性能有高要求的产品可以使用湿法来制备，该湿法与气动成型法的不同之处在于，在气动成型法期间将纤维收集并悬浮在液体中，然后作为附加处理的对象。

WO00/70147公开了一种制备板或垫的方法，该方法包括用包含无机纤维和纤维素纤维的固体形成浆料，然后在至少一个移动的多孔元件上由该浆料形成纤网。将水从纤网中抽出，并且该纤网经由使高温空气穿过它进行干燥。该方法的目的是提供一种方法，该方法允许制备矿物纤维板--特别地通过使用回收的玻璃纤维，矿物纤维，岩棉或其它无机纤维作为起始纤维--与通过使用气动成型方法制备的板相比，其具有改善的均匀性和抗压缩强度。其它纤维例如芳族聚酰胺纤维，热塑性纤维和纤维素纤维可以被添加到矿物纤维中。在大多数情况下，根据WO00/70147制备的产品包含粘合剂，尽管该方法允许制备没有任何粘合剂的产品。

然而，仍然希望提供具有高水平机械性能，特别地抗压缩强度和/或抗拉伸强度的基于矿物纤维的产品，用于需要这种性能的应用，特别地用于真空隔热板的芯材，作为过滤材料，特别地滤纸，或用作电池隔膜。

该目的通过一种制备板或垫的方法来实现，该方法包括：

-用包含无机纤维和纤维素纤维的固体形成液体混合物(或悬浮液)，

-由该混合物在至少一种多孔元件，优选移动的多孔元件上形成纤网，

-从纤网中提取水，和

-将纤网干燥以制成产品，

特征在于

-包含无机纤维和纤维素纤维的混合物的pH值在2-6的范围内，并且

-纤维素纤维具有的根据标准ISO 5267的Schopper-Riegler指数≥50。

根据该方法制备的产品也实现了该目的。在使用方面，该目的通过将所述产品用作真空绝缘板的芯材或用作过滤材料，特别地用作滤纸或用作电池隔膜来实现。

本发明尤其涉及一种制备板或垫的方法，该方法包括以下步骤：

-用包含无机纤维和纤维素纤维的固体形成混合物(或悬浮液)，

-由该混合物在至少一种有孔元件上；最好地移动的有孔元件上形成纤网，

-从纤网中提取水，以及

-将纤网干燥以制成产品，

其中包含无机纤维和纤维素纤维的混合物的pH值在2-6的范围内，并且

纤维素纤维具有的根据标准ISO 5267的Schopper-Riegler指数≥50。

纤网可以具有任何厚度，因此它可以像纸一样薄。为了制备所需厚度的产品，可能需要提供通过已知方法例如折叠，堆叠等将多个纤网层彼此层叠的步骤。

根据ISO 5267确定的Schopper-Riegler指数是一种允许确定精制指数(indicede raffinage)的度量。精制尤其允许通过释放大原纤维使纤维壁去纤维蛋白原(défibrillation)，从而在最终产品中产生更多的纤维间连接。纤维间连接的这种增加引起在最终产品中的更高机械性能。

发明人已发现，当该方法使用在规定范围内的纤维素纤维进行实施时，抗压缩强度和/或抗拉伸强度显著提高。这种增加是由于纤维素纤维之间形成了氢键。

优选地，精制纤维素纤维的根据ISO 5267的Schopper-Riegler指数≥60和/或根据ISO 5267的Schopper-Riegler指数≤100。

优选pH值在3至5，特别地3至4的范围内。太酸性的条件显示出抗压缩强度的降低，而正面积极作用随着pH值靠近中性pH而下降。

优选地，pH值通过具有等于或小于3的酸解离常数pKa的强酸，例如硫酸或盐酸进行调节。

在本发明的一个优选实施方案中，无机纤维选自矿棉纤维，即玻璃棉纤维，石棉纤维或矿渣棉纤维，优选地通过旋转方法或使用喷嘴的方法进行制备。这些纤维可以低成本大量获得。

优选的是，无机纤维的马克隆值≤20 l/min，优选≤12 l/min，特别地≤8 l/min。

马克隆值因此通过在专利申请WO2003/098209中描述的已知技术进行测量。该专利申请事实上涉及一种允许确定纤维的细度指数的装置，该装置包括用于测量细度指数的装置，所述用于测量细度指数的装置一方面包括至少一个连接至测量腔室的第一孔口，该测量腔室被设计用于接收由多根纤维组成的样品，另一方面包括第二孔口，该第二孔口连接至位于所述样品每一侧的用于测量压差的装置，所述用于测量压差的装置被设计以与流体流动产生装置连接，其特征在于，用于测量细度指数的装置包括至少一个用于通过所述腔室的流体的体积流量计。该设备提供在“马克隆”值与每分钟升数(l/min)之间的对应关系。

低纤维指数，即低马克隆值，意味着大量相对较细的细纤维。细纤维的使用有利于为产品提供高的机械压缩强度和改善的λ性能。

优选地，纤维素纤维是浆料纤维(或纸浆纤维)，特别地来自软木树(例如云杉，松树，冷杉，落叶松和铁杉)的木浆，以及来自硬木树例如桉树，白杨和桦树的木浆。用于制备纸浆/浆料的制浆方法可以是标准的制浆方法，例如机械纸浆，热机械纸浆(TMP)，化学热机械纸浆(CTMP)，化学纸浆(牛皮纸，亚硫酸盐和有机溶剂)，再生纸浆。特别优选使用牛皮纸浆，特别地来自软木树如云杉，松树，冷杉，落叶松和铁杉的化学漂白牛皮纸浆，以及来自硬木树如桉树，白杨和桦树。不同的纸浆/浆料可以单独使用或以各种混合物使用。

特别优选地使用桉木纤维的漂白牛皮纸浆。这种材料可在国际市场上可以低成本大量获得。

优选的是，纤维素纤维的算术平均长度在0.2mm至5mm之间，算术平均直径在10μm至70μm之间。

形态参数的长度和直径通过使用设备MorFi(法国Grenoble，Techpap公司)作为测量装置进行测量，测量方法将长度在200µm-10mm范围内且直径在5µm-75µm之间的元件定义为纤维。细颗粒部分由长度<200µm和/或宽度<5µm的元件组成。

测量原理包括用CCD摄像机拍摄流动的纤维悬浮液的图像，并使用用于确定物体形态的专用软件处理图像。因此，对悬浮的纤维，即转化为纸浆/浆料的材料进行测量。从分析的至少5000根纤维的样品中计算出平均值。

精制的纤维素纤维的特征在于在纤维壁的外表面处存在可见的大原纤维。大原纤维含量的量度被定义为

[数学式1]

特别优选的是，大原纤维含量在0.1％至1.5％之间(基于对根据以上定义的至少300根纤维的评估)。

还优选的是，细纤维含量为5-80％。因此，细纤维含量由以下方程式定义：

[数学式2]

优选地，无机纤维的份额等于或大于90％，并且纤维素纤维的份额大于0％最高至10％。在一个特别优选的实施方案中，无机纤维的份额为92至98％，而纤维素纤维的份额为2至8％。特别优选的是，无机纤维的份额为94％至98％，并且纤维素纤维的份额为2％至6％。这些百分比值涉及混合物(悬浮液)中固体的重量。

优选地，有助于形成混合物的固体物质的其它化合物的份额为固体的≤3重量％。此类其它不是粘合剂的化合物可以例如为是遮光剂，填充剂，染料等。

还优选的是，混合物不包含任何额外的粘合剂。由无机纤维和纤维素纤维的协同相互作用提供了足够的机械性能，这使得可以避免使用粘合剂以获得增强的机械性能。此外，无粘合剂的产品对于多种特定应用是有益的，例如用作为用于真空绝热板的不散发气/不劣化的芯材。

在对机械性能有特定要求的情况下，混合物/悬浮液必要时可以包含粘合剂，粘合剂可以特别地相对于100重量份没有粘合剂固体物质的混合物固体以≤4重量份粘合剂固体物质的质量比进行添加。

还要求对根据上述制备方法制备的产品进行特殊保护。

在一个优选的实施方案中，经受1巴压缩的产品的原始(或表观)密度≤250kg/m

优选地，经受1巴压缩的产品的原始密度(densité brute)的增大低于经受250Pa的压缩的产品的原始密度的150％，特别地低于100％。结果，由于该产品在经受该特定应用的通常条件时的抗压机械强度，因此该产品满足对于作为真空隔热板用芯材的用途所要求的条件。

因此，由于该产品在经受该特定应用的通常条件时的抗压机械强度，因此该产品满足对于作为真空隔热板用芯材所要求的条件。

压缩/可压缩性的测量是使用配备有5kN测量腔室的刚性压板测试机(例如Buchel-Van Der Korput压机)进行的。测试期间压板的速度为1.4厘米/分钟，所选的测量范围为0到5000N。在250Pa的厚度(ISO 29466：2008)是使用单独的设备测量的。承受压力的表面为10x10cm²。该测量值对应于用于计算压缩率的参照厚度。一旦测量了在250Pa的厚度，就将10cm半径的圆盘放在底板上，该底板上升以压缩垫/衬垫。位于设备上方的传感器测量在上板上的感知力。在此操作中，当力达到对应于1bar压力(对于直径为20cm的样品为3140N)的值时，压缩停止，并立即测量厚度。压力保持30s。然后，降低底板并释放该垫5分钟，然后重复压缩程序。为了获得足够的厚度(大约10毫米)以执行压缩测试，将多个半径为10厘米的样品堆叠在一起。

实验表明，经过压缩释放5分钟后，其厚度在长期内几乎保持恒定。出于实践原因，对于测试的实施例，厚度数据被转换为原始密度。

在一个优选的实施方案中，产品的抗拉伸强度指数为至少1.5Nm/g，优选至少2.0Nm/g，最优选至少2.5Nm/g，在使用移动的多孔带的动态制备方法的情况下，抗拉伸强度指数在走带方向上进行测量。

在静态制备方法的情况下，抗拉伸强度指数没有显示出显著的取向的影响。在这种情况下，抗拉伸强度指数是在两个取向上的抗拉伸强度指数均是较低的。

因此，该产品适合用作过滤材料，特别地滤纸或作为电池隔膜，这两种应用都需要提高抗拉伸强度。

抗拉伸强度指数(IRT)如下进行确定：

使用切刀在走带方向上和在所制备的垫或片材的横向中切出拉伸样品(150mm x20mm)(以限制边缘效应)。走带方向表示机器的生产方向，在大多数情况下，其表示纤维的优先取向。横向方向垂直于走带方向。

这些样品然后使用标准张力测量设备，例如连接Bluehill采集软件的INSTRON设备以10mm/min的恒定速度进行测试。2kN范围的用于传感器的抗拉伸强度测试的常规测力计用最大能力为10N的测力计替代，以符合约1N数量级的测试样品的典型断裂力。

抗拉伸强度指数使用在断裂时的抗拉伸强度值(以N表示)进行计算，使用以下公式通过宽度(20mm)(即相对于撕裂力垂直的测试样品延伸量)和测试样品的克重(以g/m²表示)进行归一化以进行直接比较：

[数学式3]

本发明通过参照有利实施方案的描述将得到更详细地理解。

由巴西的Cenibra销售的基于桉木的漂白牛皮纸浆被用作为用于纤维素纤维化合物的原料。

第一步，将漂白的牛皮纸浆进一步根据标准ISO 5264在精制设备PFI中进行预处理和精制。对于粗制浆料/纸浆和精制浆料/纸浆已确定了精制指数，即Schopper-Riegler指数。该指数根据ISO 5267进行归一化。漂白牛皮纸浆的精制旨在对于第一精制纸浆获得为40+/-5的Schopper-Riegler指数，对于第二精制纸浆获得为70+/-5的Schopper-Riegler指数。

表1显示了粗制漂白牛皮纸浆和在精制方法后漂白牛皮纸浆的形态参数。

[表格1]

为了评估Schopper-Riegler指数对抗拉伸强度指数的影响，类似地分别制备了两个其它精制纸浆3和4，其Schopper-Riegler指数分别为83和85。

分别提供了两种不同的玻璃纤维，纤维1和纤维2，分别具有为18 l/min和4 l/min的马克隆值。

形成了分别包含纤维1和纤维2和精制桉木纸浆的液体混合物，通过滴定将其pH值调节为3，并使用动态方法将其转化成垫。未添加其它粘合剂。悬浮液被投射到在旋转的网上形成的水壁上，以再现取向效果，这是造纸机或浸没成型机的重要特征。动态成型具有产生各向异性网络的效果，其中纤维在滚筒的旋转方向即走带方向上进行取向。纤维的这种取向导致在片材的方向与其垂直的横向方向之间的机械强度差异。如此制备的垫已经在130℃温度的烘箱中干燥，直到获得恒定的质量。该方法的目的是制备对于VIP芯材在干燥后其克重为400g/m²的样品，而对于电池的隔膜纸在干燥后其目标克重为300g/m²的样品。

在第一种测试中，通过使用在表1中显示的具有不同的Schopper-Riegler指数的三种桉木纸浆，如此使用纤维1、固体含量为6重量％的精制桉木纸浆进行了实施。

压缩/可压缩性测量是用如上所述的配备有5kN测量室的Buchel-Van Der Korput压机进行的。

表2列出了混合物参数和由其制备的垫的原始密度，其是根据垫的压缩/可压缩性测量值进行计算的。给出了在250Pa负载和1巴负载下的参照值的原始密度。

表2：混合物参数和由其制备的垫的原始密度

[表2]

*原始密度的增大是通过(1巴的原始密度–参照原始密度)/参照原始密度之比计算得出的。

该表显示，Schopper-Riegler指数对产品的机械性能有显著影响。当使用SR指数为约40的精制纸浆时，在1巴的负荷下，原始密度增大到约280kg/m³。对于未经处理的且未精制的纸浆，其原始密度甚至增大到约480kg/m³。对于在大气压力下使用的VIP(真空绝热板)元件发生的280kg/m³的原始密度是较不接受的，这是由于它是非常高的，从而使VIP元件较重，并潜在地增加了在缝焊位置和/或气密性覆盖层的损坏风险。使用未经处理的纸浆获得的原始密度是过高的，使得不允许用作用于VIP元件的芯材。

类似于所描述的步骤，已经进行了实施例和对比实施例，没有调节pH或未添加具有最高的Schopper-Riegler指数(即67度)的精制桉木纸浆2。没有调节的液体混合物的pH值为约9；它主要由所用玻璃纤维的pH值决定，添加到混合物中的桉树纤维对pH值几乎没有影响。

如同在第一个测试系列中，压缩/可压缩性测量是通过如上所述的配备有5kN测量腔室的Buchel-Van Der Korput压机进行的。表3示出了混合物的参数列表和由其与第一纤维产生的垫的原始密度，其由压缩/可压缩性的测量值计算出的。如同在表2中，同时列出了在250Pa负载的参照值和在1bar负载的值。

表4对于第二种纤维列出了相同参数。

表3：混合物参数和用其与第一种纤维制备的垫的原始密度

[表3]

表4：混合物参数和由其与第二种纤维制备的垫的原始密度

[表4]

在对比实施例3和4的情况下，由于纤维1的粗糙结构而没有任何粘合剂存在，因此无法测量原始密度。纤维2的较细纤维分布，其提供一定的抵抗压力负荷的机械强度，允许测量该原始密度。

所提供的原始密度数据表明，负载下的原始密度取决于所用纸浆的Schopper-Riegler指数，在垫的形成期间混合物的pH值以及纤维素纤维/纸浆的量。SR指数(请参阅表2和结果分析)是特别有利的。在其它参数(玻璃纤维的性质和玻璃纤维的含量，精制纸浆的含量；例如实施例1与对比实施例7相比)相同的情况下，pH从pH3增加到pH9导致在负载下的原始密度增大，原始密度至少增加了70kg/m³，与实施例相比，这代表过多的质量余量。

除了其它优点(例如材料成本)外，降低在VIP制备中芯材的原始密度还允许实现更快的操作，这主要是由于显著缩短了芯材抽空时间，并且通常对于VIP芯材允许获得改善的热性能，这是因为降低了芯材的热导率。

通过直接比较，对于纤维1以及对于纤维2，在垫的成型期间该混合物的pH值变化的作用下，在1巴下的原始密度得到改善。

–对比实施例5相对于实施例1从282kg/m³变至221kg/m³，即约21％。

–对比实施例6相对于实施例2从578kg/m³变至296kg/m³，即约49％。

–对比实施例9相对于实施例3从263kg/m³变至160kg/m³，即约39％。

–对比实施例10相对于实施例4从454kg/m³变至277kg/m³，即约39％。

必须记住的是，对于用作用于真空隔热板的芯材的情况，对于不同纤维的原始密度数据不应该就其本身进行比较。纤维1和纤维2的不同纤维形态会导致具有相应芯材的VIP元件的热性能有所不同。

除了提高抗压缩强度的主要目的之外，根据本发明的测试样品还显示出抗拉伸强度指数的增加。但是，由于抗压缩强度的优化，与以下描述的抗拉伸强度优化的产品相比，该增加的幅度较小。

具有改善的抗拉伸强度指数的产品样品

已经按照上述动态方法用玻璃纤维1(马克隆值18l/min)和精制桉木纸浆2、3和4制备了同时在走带方向和横向的测试实施例，目的是为300g/m²的目标重量。由玻璃纤维1和玻璃纤维2制成而没有添加精制纤维的实施方式作为对比实施例。

考虑到关于pH的影响的结论，所有实施方案，包括比较实施方案，均在pH提高3的情况下进行制备。

对于所有测试的实施例，测量了克重、原始密度(在250Pa的载荷下)和抗拉伸强度指数(IRT)(根据上述方法)。下表中汇总了各实施例在走带方向上的值：

表5：悬浮液的参数，由其制备的垫的原始密度和抗拉伸强度指数

[表5]

在图1中还示出了抗拉伸强度指数与精制桉木纸浆的性质和浓度的函数关系。为了可见，在图1中未示出对比实施例2。

尽管两个对比实施例的抗拉伸强度指数都非常低，但是实施例5-15显示出抗拉伸强度指数随着纸浆浓度和Schopper-Riegler指数而稳定增加。

遵循图1所示，通过将每种纸浆的纸浆含量和Schopper-Riegler指数相结合可实现至少1.5Nm/g的优选抗拉伸强度指数。

实施例7(7％纸浆2，°SR69)，实施例10(7％纸浆3，°SR83)和实施例13(5％纸浆4，°SR85)具有高于优选IRT的测量值。

除了改善抗拉伸强度指数的主要目标外，根据本发明的测试样品还显示出抗压缩强度的增加。但是，由于抗拉伸强度的优化，与对于上述抗压缩强度进行优化的产品相比，抗压缩强度的增加幅度不大，特别地对于作为VIP的芯材的应用而言。