BE1022919B1 - Ammoniumfosfaat samenstellingen als brandvertragende additieven voor plaatmateriaal - Google Patents

Abstract

De huidige uitvinding betreft een vaste samenstelling geschikt voor het brandwerend maken van houtgebaseerd plaatmateriaal, waarbij de samenstelling omvat: - 5 tot 95 gewichtsprocent ammoniumfosfaat; - 2 tot 95 gewichtsprocent ammoniumsulfaat; waarbij ammoniumfosfaat en ammoniumsulfaat aanwezig in de vorm van zowel optisch detecteerbare vaste partikels als niet-optisch detecteerbare vaste partikels.

Description

AMMONIUMFOSFAAT SAMENSTELLINGEN ALS BRANDVERTRAGENDE ADDITIEVEN VOOR PLAATMATERIAAL

TECHNISCH DOMEIN

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op ammoniumfosfaat samenstellingen systemen en de productie ervan. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op ammoniumfosfaat samenstellingen met brandvertragende eigenschappen die geschikt zijn als additieven voor brandbaar materiaal zoals plaatmateriaal.

STAND DER TECHNIEK

De brandvertragende eigenschappen van ammoniumfosfaat zijn gekend in de stand der techniek. Zo is ammoniumfosfaat onder meer onderdeel van de droge poeders in brandblusapparaten. Door hun brandvertragende eigenschappen worden ammonium fosfaat samenstellingen tevens aangewend als brandvertragende additieven in plaatmateriaal of composiet materiaal op basis van natuurlijke vezels (niet limitatief) zoals hout, cellulose, vlas, stro, katoen, wol. US4514327 beschrijft een waterige samenstelling op basis van mono-ammonium fosfaat en ammonium sulfaat voor toevoeging aan een houtgebaseerd materiaal. Het houtgebaseerd materiaal wordt hierbij in een drukketel of autoclaaf geplaatst en ondergedompeld met de samenstelling, waarna de container onder druk wordt geplaatst. Als gevolg hiervan wordt het materiaal geïmpregneerd met het brandvertragend additief. EP2505326 beschrijft een brandwerend OSB materiaal voorzien van een brandvertragend additief.

Hoewel veelgebruikt, bieden de gekende samenstellingen niet altijd voldoende stabiliteit wanneer toegevoegd aan houtgebaseerd materiaal. Tevens bestaat het risico erin dat de toevoeging van het additief bepaalde mechanische eigenschappen van het houtgebaseerd materiaal negatief beïnvloeden. Er is bijgevolg behoefte aan een bij voorkeur ammoniumfosfaat gebaseerde samenstelling die zorgt voor een adequate brandvertragende werking wanneer toegevoegd aan houtgebaseerd materiaal, die tevens zo weinig mogelijk impact heeft op de eigenschappen van het materiaal.

Daarnaast is er ook nood aan een geschikte werkwijze om houtgebaseerd materiaal brandwerend te maken middels toevoeging van het additief tijdens de productie van plaatmateriaal.

De huidige uitvinding beoogt een oplossing te vinden voor tenminste enkele van bovenvermelde problemen.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De uitvinding betreft een samenstelling zoals in conclusie 1. De samenstelling is geschikt als additief bij de productie van brand- of vlamvertragend houtgebaseerd plaatmateriaal. Het verkregen plaatmateriaal geeft goede mechanische kenmerken en voldoet aan alle kwaliteitsnormen wat betreft brandwerendheid. Des samenstelling is eenvoudig toe te voegen aan de reeds bestaande productieprocessen van houtgebaseerd plaatmateriaal.

In een tweede aspect beschrijft onderhavige uitvinding het gebruik van deze samenstelling als vlamvertragend additief in houtgebaseerd plaatmateriaal volgens conclusie 6.

In een laste aspect beschrijft onderhavige uitvinding een werkwijze voor de productie van HDF, MDF, spaanderplaat of isolatiemateriaal op basis van natuurlijke vezels zoals hout, cellulose, vlas, stro, katoen, wol. Het productieproces laat toe om houtgebaseerde platen te maken die voldoen aan alle kwaliteitseisen.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING

De uitvinding betreft een vaste samenstelling die geschikt is voor het brandwerend maken van houtgebaseerd plaatmateriaal, zoals OSB, MDF, HDF, spaanderplaat of houtvezelmateriaal. Met de term 'vast' wordt een samenstelling aangeduid die niet vloeibaar is, en die bij voorkeur in poedervorm is.

Met de term 'hputgebaseerd' wordt een materiaal aangeduid op basis van natuurlijke vezels zoals hout, cellulose, of andere afgeleiden van voorgenoemde materialen.

In het bijzonder betreft onderhavige uitvinding een vaste samenstelling geschikt voor het brandwerend maken van houtgebaseerd plaatmateriaal, waarbij de samenstelling omvat: - 5 tot 95 gewichtsprocent ammoniumfosfaat; en - 2 tot 95 gewichtsprocent ammoniumsulfaat.

In het bijzonder zal zowel het ammoniumfosfaat en ammoniumsulfaat aanwezig zijn in de vorm van zowel optisch detecteerbare vaste partikels als niet-optisch detecteerbare vaste partikels in de samenstelling.

Met de term niet-optisch detecteerbare partikels worden partikels aangeduid die een gemiddelde partikelgrootte hebben die kleiner is dan 0.1 micron.

Het onderscheid tussen optisch detecteerbare en niet-optisch detecteerbare partikels kan door een vakman worden vastgesteld met methodes gekend in de stand der techniek. De standaard referentie in dit verband is laser diffractie analyse. Met de huidige gekende techniek kan men momenteel deeltjes tot 0.1 micron detecteren, dit is de onderlimiet. De kwantificering van de hoeveelheid niet optische gebeurt vervolgens via indirecte methode, tevens gekend in de stand der techniek. Het dient duidelijk te zijn dat de laserdiffractiedeeltjesgrootte analyse methode zoals hierin aangehaald wordt niet beperkend is voor onderhavige uitvinding.

Deze specifieke samenstelling met welbepaalde partikelgrootte heeft als voordeel dat de samenstelling uitermate geschikt zal zijn voor toevoeging aan het productieproces van houtgebaseerd plaatmateriaal om deze brand- of vlamvertragend te maken, zonder hierbij de kenmerken van het plaatmateriaal aan te tasten. Het materiaal is door de specifiek gekozen deeltjesgrootte makkelijk op te mengen met de houtsnippers of -vezels en zal zich eenvoudig uniform gaan verdelen, zonder lokale ophopingen te veroorzaken. Afhankelijk van het te produceren eindmateriaal, kan de gemiddeld deeltjesgrootte bepaald worden.

Bij voorkeur zal het aanwezige ammoniumfosfaat gekozen worden uit de groep van mono-ammoniumfosfaat (MAP), di-ammonium fosfaat, oligo-ammonium fosfaat en fosfaten van aardalkali metalen. Meer bij voorkeur wordt gebruik gemaakt van mono-ammoniumfosfaat (MAP).

Naast ammoniumfosfaat en ammoniumsulfaat als actieve ingrediënten kan de samenstelling ook hulpstoffen omvatten. Deze hulpstoffen worden bij voorkeur gekozen uit de groep van rookonderdrukkende chemicaliën zoalsbijvoorbeeld boorverbindingen, In een voorkeursvorm zal de boorverbinding zinkboraat zijn.

Bij voorkeur zullen alle bestanddelen opgemengd worden in een blender.

Optioneel kan de samenstelling naast ammonium fosfaat en ammoniusulfaat ook nog een derde of verder brandvertragend bestanddeel omvatten. Bij voorkeur zal deze derde agent gekozen worden uit de groep van guanidine sulfamaat, guanidine sulfaat en (di)guanidine fosfaat, boorzuur, borax, sodium octaboraat, polyboraat, zinkboraat verbindingen of mengsels ervan.

De samenstelling is uitermate geschikt voor gebruik als vlam- of brandvertragend additief en kan in droge toestand gebruikt worden of opgemengd met water in vloeibare toestand. De pH van de samenstelling wordt specifiek aangepast aan de gebruikte lijm of bindmiddel in het proces.

In het bijzonder zal de samenstelling geschikt zijn als additief bij OSB (oriented strand board), MDF (medium density fiber board), HDF (high density fiber board), multiplex, spaanderplaat of (houtvezel)isolatiemateriaal. Dit materiaal wordt in het bijzonder gebruikt als constructie- en/of isolatiemateriaal en dient bij voorkeur brandvertragende eigenschappen te hebben. Op die manier wordt een veilig gebruik gegarandeerd.

Algemeen worden voorgenoemde plaatmaterialen geproduceerd met houtpartikels als basis. Met de term houtpartikels zoals gebruikt in deze beschrijving en in de bijgaande conclusies worden onder meer houtdeeltjes, chips, schaafsel, vlokken, en dergelijke van het type bedoeld, geschikt voor gebruik bij de productie van voorgenoemd plaatmateriaal.

Bij voorkeur zal de brand-of vlamvertragende samenstelling zoals hierboven beschreven in-lijn toegevoegd worden aan de houtpartikels tijdens de productieproces van het plaatmateriaal. Dit geeft als voordeel dat bestaande productieprocessen op eenvoudige wijze kunnen worden aangepast. Een ander voordeel is het feit dat door een toevoeging tijdens het productieproces vermeden wordt dat de kenmerken van het eindproduct door de additie van de samenstelling worden aangetast.

Bij voorkeur zal de samenstelling volgens onderhavige uitvinding toegevoegd worden in een concentratie tussen 3 en 30 gewichtsdelen op 100 gewichtsdelen houtpartikels.

Het is gebleken dat dit concentraties zijn waarbij de verkregen brandwerende eigenschappen en de te gebruiken hoeveelheid samenstelling, en dus de kostprijs, een goed optimum vertonen.

In een uitvoeringsvorm zullen de houtpartikels droge houtpartikels zijn. In een andere uitvoeringsvorm zijn dit natte houtpartikels. De keuze tussen droge of natte houtpartikels zal afhangen van het te produceren eindmateriaal. Zo zal er voor de productie van MDF en HDF plaatmateriaal gebruikt gemaakt worden van droge vezels. Voor de productie van hardboard (harde vezelplaat) wordt dan weer bij voorkeur gebruik gemaakt van houtvezels die bevochtigd zijn.

Onderhavige uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor de productie van houtgebaseerd plaatmateriaal.

Voor de productie van HDF, MDF plaatmateriaal of houtvezelisolatiemateriaal met vlam- en brandvertragende eigenschappen, zal de samenstelling zoals hierboven beschreven in-lijn met de bestaande productie worden toegevoegd.

Bij voorkeur zal voor de productie van HDF en/of MDF de samenstelling aan een gemiddelde deeltjesgrootte tussen 1 en 500 micron worden voorzien. Voor (houtvezel)isolatiemateriaal met vlamvertragende eigenschappen, zal de samenstelling een deeltjesgrootte tussen 200 en 3000 micron bezitten. Er werd gevonden door de uitvinders van onderhavige uitvinding dat een dergelijke gemiddelde deeltjesgrootte een goede dispersie doorheen het plaatmateriaal

De productie van brandvertragende MDF, HDF platen of (houtvezel)isolatiemateriaal volgens onderhavige uitvinding gebeurt bij voorkeur in vijf grote stappen: een refining stap, een verlijmingsstap, een droogstap, een persstap en een afkoelingsstap.

Rondhout, gezaagd hout en afvalhout uit de houtverwerkende industrie zijn geschikt voor het produceren van MDF of HDF. Rondhout wordt ontdaan van de bast en samen met eventueel gezaagd hout verkleind tot spanen in een verspaningsmachine. Daarna kunnen spanen toegevoegd worden uit houtzagerijen. Het mengsel wordt dan gezeefd om te grote en te kleine spanen te verwijderen, waarna het wordt gewassen.

Vervolgens ondergaan de vezels een refining stap, waarbij de vezels ontdaan worden van eventuele contaminanten, gecompacteerd worden en tot een houtpulp worden verwerkt. Deze stap vindt plaats in een speciaal daartoe ontworpen refiner, waarbij gebruik gemaakt wordt van hogere temperatuur en/of specifieke druk.

In een uitvoeringsvorm volgens onderhavige uitvinding wordt de brandvertragende samenstelling toegevoegd voor of na de refining stap.

In een volgende stap worden de vezels opgemengd met bindmiddel of lijm, meestal op basis van ureumformaldehyde (UF) of melamine ureumformaldehyde (MUF) of een polycondensatielijm (MDI). Deze vezels worden bij voorkeur verlijmd in een 'blowline'. Een blowline kan beschouwd worden als een buis waar lijm en vezels met hoge snelheid doorheen worden geblazen.

In een mogelijke uitvoeringsvorm volgens onderhavige uitvinding wordt de brandvertragende samenstelling voor, na of tijdens toevoeging van de lijm toegevoegd in de blowline.

Na opmenging met lijm worden de natte vezels gedroogd. De gedroogde vezels worden vervolgens naar een vormstation getransporteerd en daar uitgestrooid op een band. Aan de onderzijde van de band wordt lucht afgezogen, waardoor de vezels een mat gaan vormen. Vervolgens worden de verkregen matten geperst tot platen.

In een uitvoeringsvorm volgens onderhavige uitvinding gebeurt het persen in twee stappen. In een eerste stap wordt de vezelmat door een bandpers gebracht, waardoord deze wordt afgeplat en denser wordt. Vervolgens worden de randen recht afgesneden. Vervolgens gaat de mat naar een tweede pers (bij voorkeur een continu- of oplooppers werkend op staalbanden) die de mat onder hoge druk en temperatuur zal persen.

In een laatste stap worden de platen afgekoeld in een geconditioneerde ruimte. Tijdens dit afkoelen hardt de lijm uit. Nadat de resulterende platen voldoende afgekoeld zijn, kunnen zij opgeschuurd worden om eventuele oneffenheden te verwijderen en kunnen ze op maat verzaagd worden.

In een ander aspect biedt onderhavige uitvinding een werkwijze voor de productie van vlam- of brandvertragende spaanderplaat. Dergelijke spaanderplaten worden geproduceerd uit houtspanen en zaagsel die samengeperst en verlijmd worden. In het bijzonder bestaat het productieproces uit volgende stappen: voorbereiding van de houtpartikels en drogen, opmenging met een bindmiddel of lijm, persen en afwerking van de plaat.

Het houtmateriaal voor spaanderplaat is veelal afkomstig van houtafval en residuen zoals zaagsel, schaafsel, etc. Gezien de verscheidenheid in afkomst, dient het materiaal vooraf geselecteerd en/of gescheiden worden. Eventueel dient een verdere reductie in grootte te gebeuren. Vervolgens worden de houtpartikels gedroogd tot deze een watergehalte tussen de 1 en 10% bevatten. Een dergelijk watergehalte laat goede verlijming toe met watergedragen lijmen.

De houtpartikels worden vervolgens verlijmd. Lijmen op basis ureumformaldehyde (UF), melamine ureumformaldehyde (MUF) of een polycondensatielijm (MDI) dragen hierbij de voorkeur weg. De opmenging met de lijm gebeurt bij voorkeur in een blender. Meer bij voorkeur wordt 1 tot 10 gewichtsprocent lijm gebruikt.

In het bijzonder zal de brandvertragende of vlamvertragende samenstelling zoals hierboven beschreven worden toegevoegd voordat de lijm wordt toegevoegd of samen met de lijm in de blender. Meer in het bijzonder zal de gemiddelde deeltjesgrootte van de samenstelling in de spaanderplaat zich tussen 100 en 1500 micron bevinden.

Vervolgens wordt van het verkregen mengsel een mat gemaakt die in een vervolgstap naar een pre-pers en een droogpers worden gebracht waarbij de mat onder hoge temperatuur en druk tot de uiteindelijke plaat wordt geperst. Na het persen wordt de plaat afgekoeld en verder afgewerkt. Dit houdt tevens in dat deze op maat wordt gesneden.

Onderhavige uitvinding levert belangrijke voordelen op ten opzichte van de gekende brandvertragende systemen in de stand der techniek, en dit vooral door de specifieke deeltjes grootte en de samenstelling. De uitvinding biedt: - eenvoudige inbouw in het productieproces van houtgebaseerde plaatmaterialen; - vermindering van de ontvlambaarheid van de eindproducten en hoge tevredenheid met betrekking tot de kwaliteitseisen van het eindproduct; en - goede verdeling van het additief in het eindproduct.

In wat volgt, wordt de uitvinding beschreven a.d.h.v. niet-limiterende voorbeelden die de uitvinding illustreren, en die niet bedoeld zijn of geïnterpreteerd mogen worden om de omvang van de uitvinding te limiteren.

VOORBEELD

Een mengsel van cederspaanhout, spalken en zaagsel wordt in een shredder verwerkt, door een refiner gestuurd en vervolgens gedroogd. Het verkregen mengsel bestaat uit houtpartikel-fracties met verschillende grootte. Vervolgens wordt petroleumwas (45% waterige emulsie) in een hoeveelheid van 1.25% (droge basis) per drooggewicht van de houtpartikels gesproeid in een trommel mixer. In een vervolgestap wordt ureum formaldehyde hars in een hoeveelheid van 6% per drooggewicht van de houtpartikels toegevoegd.

Vervolgens wordt 10% per drooggewicht hout van een brandwerend additief op basis van MAP en ammoniumsulfaat toegevoegd. Het brandwerend zout wordt opgemengd met de andere ingrediënten waarna een mat wordt gevormd van het verkregen mengsel. Deze mat wordt heet geperst tot een afgewerkt plaatmateriaal.

Claims (15)

1. CONCLUSIES

   1. Een vaste samenstelling geschikt voor het brandwerend maken van houtgebaseerd plaatmateriaal, waarbij de samenstelling omvat: - 5 tot 95 gewichtsprocent ammoniumfosfaat; - 2 tot 95 gewichtsprocent ammoniumsulfaat; waarbij ammoniumfosfaat en ammoniumsulfaat aanwezig zijn in de vorm van zowel optisch detecteerbare vaste partikels als niet-optisch detecteerbare vaste partikels.
2. 2. Samenstelling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat ammoniumfosfaat gekozen wordt uit de groep van mono-ammoniumfosfaat (MAP), di-ammonium fosfaat, oligo-ammonium fosfaat en fosfaten van aardalkali metalen.
3. 3. Samenstelling volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het ammoniumfosfaat mono-ammoniumfosfaat is.
4. 4. Samenstelling volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de pH van de samenstelling specifiek wordt aangepast aan het type lijm of bindmiddel
5. 5. Samenstelling volgens één der voorgaande conclusies, verder omvattende rookonderdrukkende chemicaliën.
6. 6. Gebruik van de samenstelling volgens één der conclusies 1 tot en met 5, als vlamvertragend additief in houtgebaseerd plaatmateriaal.
7. 7. Gebruik volgens conclusie 6, met het kenmerk dat het houtgebaseerd plaatmateriaal OSB, MDF, HDF, multiplex, spaanderplaat, of isolatiemateriaal is.
8. 8. Gebruik volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de samenstelling in vaste of in oplossing kan worden toegevoegd.
9. 9. Werkwijze voor de productie van een HDF of MDF plaat met vlamvertragende eigenschappen, met het kenmerk, dat een samenstelling volgens één der conclusies 1 tot 5 wordt voorzien, waarbij de samenstelling een deeltjesgrootte tussen 1 en 500 micron bezit.
10. 10. Werkwijze volgens conclusie 9, omvattende een refining stap van de houtvezels, gevolgd door een droogstap, waarbij een bindmiddel aan de houtpartikels wordt toegevoegd, met het kenmerk, dat de samenstelling vóór of na de refining stap wordt toegevoegd en/of vóór of na het toevoegen van het bindmiddel.
11. 11. Werkwijze voor het maken van isolatiemateriaal met vlamvertragende eigenschappen, met het kenmerk, dat een samenstelling volgens één der conclusies 1 tot 5 wordt voorzien, waarbij de samenstelling een gemiddelde deeltjesgrootte tussen 200 en 3000 micron bezit.
12. 12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de samenstelling vóór of tijdens een opmengstap van houtpartikels met een harsmiddel wordt toegevoegd.
13. 13. Spaanderplaat voorzien van een samenstelling volgens één der conclusies 1 tot 5, met het kenmerk, dat de gemiddelde deeltjesgrootte van de samenstelling in de spaanderplaat zich tussen 100 en 1500 micron bevindt.
14. 14. HDF of MDF plaat voorzien van een samenstelling volgens één der conclusies 1 tot 5, met het kenmerk, dat de gemiddelde deeltjesgrootte van de samenstelling in de spaanderplaat zich tussen 1 en 500 micron bevindt.
15. 15. Isolatiemateriaal voorzien van een samenstelling volgens één der conclusies 1 tot 5, met het kenmerk, dat de gemiddelde deeltjesgrootte van de samenstelling van het materiaal zich tussen 200 en 3000 micron bevindt.