CH645085A5 - Nicht brennbarer werkstoff. - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft einen nicht brennbaren Werkstoff sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung unter Verwendung von mineralischen Stoffen.
Plattenförmige Bauelemente aus Gips, Asbest und Zement, wobei die Gips enthaltenden Elemente dem Innenausbau vorbehalten sind, werden in steigendem Masse benutzt. Dies deshalb, weil die heute bevorzugte Leichtbauweise derartige Bauelemente verlangt. Allerdings lassen die bekannten Werkstoffe hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften noch viele Wünsche offen. So ist im allgemeinen die Wasseraufnahme wie auch die Quellung der damit hergestellten Bauteile zu hoch, sie lassen sich schlecht verarbeiten und weisen auch eine zu geringe Festigkeit auf. Die starre Kompressionsbindung der angeführten Stoffe bestimmt hierbei die verhältnismässig niedrige Biegefestigkeit der damit hergestellten Bauteile. Allerdings sind diese aus solchen mineralischen Bestandteilen bestehenden Bauelemente nach DIN 4102 schwer entflammbare oder nicht brennbare Baustoffe.
In dem Bestreben, plattenförmige Bauelemente mit verbesserten physikalischen Eigenschaften zu schaffen, sind auch bereits zementgebundene Holzspanplatten und Gipsfaserplatten entwickelt worden, die zum grossen Teil auch zu den schwer entflammbaren bzw. unbrennbaren Baustoffen gehören.
Weiter bekannt sind kunstharzgebundene Holzspanplattenwerkstoffe, die ausserordentlich hohe physikalische Festigkeitswerte durch die bestimmbare Spanform und die elastische Kunstharzbindung erreichen. Die Wasseraufnahme und Quellung derartiger Werkstoffe sind durch die Auswahl bestimmter Harze und Zusatzstoffe beeinflussbar. Hinsichtlich des Brandverhaltens derartiger Holzspan-Werkstoffe gibt es auch bereits eine Reihe von Verfahren, um die Stoffe mit einem Flammschutz zu versehen. Teilweise gehören daher auch derartige Holzspan-Werkstoffe zu den schwer entflammbaren Baustoffen nach DIN 4102. Allerdings ist es noch nicht möglich, solche Holzspann-Werkstoffe als nicht brennbare Baustoffe nach DIN 4102 eingestuft herzustellen.
Weiter bekannt geworden sind auch Bauwerkstoffe, die aus mineralischen, faserförmigen, granulatförmigen oder flockigen Mineralstoffen wie Asbest, Glimmer und Vermicu-lite bestehen und ebenfalls mit Kunstharzen verleimt sind. Um die Kunstharzbindung zu verbessern, wurden diesen Werkstoffen auch teilweise feine Holzspäne beigegeben. Da die mineralischen Rohstoffe selbst nicht brennbar sind, allerdings auch keine flammen- oder feuerhemmenden Reaktionen im Brandfalle auslösen, bestimmt allein der Anteil der in diesen Werkstoffen enthaltenen organischen Bestandteile ihre Einstufung in brennbare oder nicht brennbare Stoffe nach DIN 4102. Zu berücksichtigen ist allerdings, dass die mineralischen Rohstoffe durch die bereits erwähnte Kompressionsbindung nur sehr wenig zu den physikalischen Festigkeitswerten beitragen, wodurch reine mineralische Bauwerkstoffe nur begrenzt verwendbar sind.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen nicht brennbaren Werkstoff anzugeben, der gegenüber den bekannten mineralischen Bauwerkstoffen hohe Festigkeitswerte aufweist und der auch gut verarbeitbar ist. Dieser Werkstoff ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch ein mittels heisshärtbarer Kunstharze verleimtes Netzwerk von Zellulosefasern und/oder Holzschneidspänen, denen Partikel von Calciumsulfat, Borsäure und weiteren zumindest teilweise glas- oder keramikbildenden Mineralien angelagert sind. Ein derartiger Werkstoff besteht somit nicht nur aus mineralischen nicht brennbaren Baustoffen, die durch organische Fasern armiert sind, sondern es sind in diesem Werkstoff auch noch flammhemmende Elemente, nämlich Borsäure und die zumindest teilweise glas- oder keramikbildenden Mineralien, enthalten. Im Brandfalle beginnt damit nicht nur die bekannte brandhemmende Wirkung der Borsäure, sondern es werden auch, wie entsprechende Versuche bestätigt haben, die organischen Bestandteile, also die Zellulosefasern bzw. Holzspänen verglast bzw. in Keramik eingeschlossen, so dass sie nicht zur Brandlast beitragen.
Durch die elastische Kunstharzbindung und die ebenfalls elastischen Zellulosefasern oder Holzschneidspäne bedingt, weist der erflndungsgemässe Werkstoff sehr hohe physikalische Festigkeitswerte auf, die es nun auch zulassen, dass aus diesem Werkstoff hergestellte Bauelemente als tragende Teile eines Bauwerks eingesetzt werden. Diese Festigkeitswerte gehen auch, wie wiederum durch Versuche ermittelt werden konnte, im Brandfalle nur sehr langsam zurück, da durch den Gehalt an Borsäure bzw. durch die oberflächige Verglasung bzw. Keramikbildung der Flammenangriff auf das Bauelement schon an der Oberfläche aufgehalten wird.
Hervorzuheben ist auch die wirtschaftliche Herstellbarkeit derartiger Bauelemente, die nicht zuletzt dadurch bedingt ist, dass Maschinen zum Verpressen von Materialien unter Einsatz von heisshärtbarem Kunstharz in grosser Zahl bekannt sind und deren Bedienung auch allgemein geläufig ist.
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Schliesslich ist jedoch auch das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines derartigen nicht brennbaren Werkstoffes sehr einfach und wirtschaftlich, das nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass faserführende Restab-wasserklärschlämme mit einem Wassergehalt bis etwa 80 Gew.-% aus Papier- oder Zellstoffabriken und/oder feuchte Holzschneidspäne mit einem Feuchtigkeitsgehalt bis etwa 80 Gew.-% mit Bormineralien innig vermischt und bei weitergeführter Mischung mit konzentrierter (96%) Schwefelsäure versetzt werden, dass das Mischgut einer Abdampfstrecke zugeführt und anschliessend mit einem Harz beleimt wird und dass sodann diese Masse unter Verwendung von Druck und Wärme zu einem festen Körper verleimt wird. Durch die Verwendung der faserführenden Restabwasserklärschlämme ist der faserige Teil des Bauelementes äusserst billig, da es sich hier ja um sonst nicht weiter verwertbares Material handelt. Gleichfalls ist die konzentrierte Schwefelsäure ein Abfallprodukt, also ebenfalls billig bei dem angegebenen Verfahren einzusetzen. Durch die innige Vermischung der in den Restabwasserklärschlämmen vorhandenen Fasern bzw. den Schneispänen mit den Bormineralien und deren anschliessende Umsetzung in Borsäure und Calciumsulfat verbinden sich die Borsäurepartikel wie auch die Gipsartikel fest mit den Fasern bzw. den Spänen, wie angenommen werden kann, so, dass sie nur punktförmig deren Oberfläche bedecken. Gleiches gilt auch für die sonstigen Mineralien, die an diesen Fasern durch die vorherige Papier- bzw. Zellstoffa-brikation bereits anhaften. Dadurch bleiben genügend freie Faserflächen bzw. Spanflächen frei, die von dem Kunstharz erreicht werden und damit eine sichere Verbindung des Faser- bzw. Spangerüstes, das ausschlaggebend für die hohen physikalischen Festigkeitswerte sein dürfte, ergeben. In Weiterbildung der Erfindung können den faserführenden Restabwasserklärschlämmen wie auch den Holzschneidspänen Holzfasern und Holzstaub beigemengt werden, wodurch nicht nur eine weitere Erhöhung der Festigkeitswerte zu erzielen, sondern auch ein sonst nicht verwertbares Material sinnvoll mit grossem Nutzen einzusetzen ist.
Als Bormineral wird zweckmässigerweise Colemanit eingesetzt; diese Mineralerde ist verhältnismässig preiswert zu erhalten und eignet sich vorzüglich zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Als Harz wird nach der Erfindung ein kondensierendes Kunstharz, vorzugsweise Harnstoff- und Melaminharz, aber auch Isocyanat-Kleber und thermoplastischer Kunstharzleim, verwendet.
Je nach Materialzugabe kann es zweckmässig sein, das Mischgut vor dem Beieimen nachzutrocknen, um eine erstrebenswerte Feuchte zwischen 3 Gew.-% und 10 Gew.-% zu erzielen. Ausserdem kann es auch zweckmässig sein, das Mischgut vor dem Beieimen einer Mühle, vorzugsweise einer Prallmühle, zuzuführen, um eventuell vorhandene zu grosse Granulate, die lediglich durch Kompressionsbindung zusammenhalten würden, zu zerkleinern.
Anhand einiger Beispiele soll das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert werden:
Beispiel 1
In einem Schaufelmischer werden chargenweise eingewogen:
15,0 kg Schneidspäne aus Fichtenholz 0,35 - 0,40 mm dick mit einer Restfeuchte von ca. 5 Gew.-%; 90 kg Restabwasserklärschlamm einer Feinpapierfabrik mit einem Feststoffgehalt von ca. 33 Gew.-% und etwa folgender Zusammensetzung:
66 Gew.-% Zellstoff (in Form von Zellulosefasern) 18 Gew.-% SÌO3
12 Gew.-% AI2O3 4 Gew.-% CaO;
85,0 kg Colemanit.
Während 4 bis 5 Minuten werden die Stoffe gut durchmischt. Anschliessend werden 49,0 kg konzentrierte Schwefelsäure (96%) während 1 bis 2 Minuten in den laufenden Mischer eingesprüht und das Gemisch noch ca. 2 Minuten homogenisiert. Während 10 Minuten wird das nunmehr granulatähnliche Produkt entdampft und abgekühlt, anschliessend auf 3% bis 5% Restfeuchte nachgetrocknet, dann einer in der Spanplattenindustrie üblichen Beleimungsanlage zugeführt, in der sie mit einer Leimflotte von ca. 55% Festharzgehalt mit 11% bis 12% Festharz bezogen auf das Gesamtgewicht beleimt werden und sodann wie bei der Fertigung von Holzspanplatten geformt und heiss verpresst. Es ergibt sich damit ein plattenförmiger Werkstoff, der solche Festigkeitswerte aufweist, dass er für tragende, mittragende oder auch versteifende Zwecke im Bauwesen, jedoch auch im Schiffsund Karosseriebau, verwendet werden kann. Der Werkstoff ist äusserst gut mit üblichen Holzbearbeitungswerkzeugen, wie Holz, bearbeitbar. Er lässt sich schleifen, schneiden, bohren, nageln, verleimen und furnieren bzw. auch anderweitig beschichten. Von besonderer Bedeutung ist auch, dass dieser Werkstoff, obwohl er in der Hauptsache aus mineralischen Stoffen besteht, mit spezifischen Gewichten herstellbar ist, die unter 1000 kg/m3 liegen.
Beispiel 2
436 g Schneidspäne aus Fichtenholz, 0,35-0,40 mm dick und 1734 g «Brandschutzfasern» mit folgender Zusammensetzung:
28,9 Gew.-% Zellstoff (in Form von Zellulosefasern) 34,8 Gew.-% H3BO3 13,8 Gew.-% CaO 22,5 Gew.-% SO3
werden in einem schnellaufenden Turbomischer gemischt, wobei gleichzeitig 260 g Leimflotte zugegeben werden. Die Leimflotte hat folgende Zusammensetzung:
250 g Rohleim (Harnstoffharz 60%)
16 g Paraffinemulsion (50%)
26 g Härtelösung (20%) (Ammonchlorid)
18 g Wasser.
Das verarbeitungsfertige Gemisch hat eine Feuchte von 14,7%. In einem Streurahmen werden 1050 g dieser Mischung zu einem Plattenkuchen gestreut, der dann in einer beheizbaren hydraulischen Presse mit der Abmessung 26 x 26 cm unter Beilage von 16 mm dicken Distanzleisten zu einer Platte gepresst wird. Dabei werden bei einer Presstemperatur von 420 K folgende Drücke angewandt:
während 2 Minuten 3,15 N/mm2 während Wi Minuten 1,40 N/mm2 während 0,5 Minuten 0,56 N/mm2.
Es entsteht damit auf einer üblichen Holzspanplattenanlage eine nicht brennbare mineralische Bauplatte mit hoher Festigkeit; diese hohe Festigkeit wird durch die Armierung mit Holzspänen und Zellulosefasern bzw. durch die Kunstharzbindung erreicht.
Beispiel 3
In einem Schaufelmischer werden 25 kg Schneidspäne aus Fichtenholz und 20 kg Holzfasern und Holzstaub mit einem Wassergehalt von 40% sowie 85 kg Colemanit eingetragen und während 2 bis 3 Minuten gemischt. Anschliessend werden 49 kg konzentrierte Schwefelsäure (96%) während 1 bis 2 Minuten in den laufenden Mischer auf das Gemisch aufgesprüht und das Ganze noch ca. 1 bis 2 Minuten nachge-
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mischt. Die Mischung erwärmt sich dabei bis auf 373 K oder darüber, so dass der Trockenprozess bereits im Mischer eingeleitet wird. Die Mischung wird anschliessend auf eine Abdampfstrecke abgelassen und gegebenenfalls durch weitere Wärmezugabe auf 10 bis 12% Restwassergehalt getrocknet. Dieses Gemisch wird nun, um es zu homogenisieren, schonend nachgemahlen und kann anschliessend, falls erforderlich, auf 3 bis 5% Restwassergehalt nachgetrocknet werden. Es wird nun einer in der Spanplattenindustrie üblichen Beleimungsanlage zugeführt, mit 9 bis 11 Gewichtsteilen Kunstharzleim (atro) beleimt, anschliessend zu Platten oder Formkörpern geformt und in der üblichen
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Weise unter Druck und Wärme zu Platten oder Formkörpern verpresst. Bei Anwendung dieses Verfahrens werden Platten oder Formkörper mit hoher mechanischer Festigkeit und einem ausgezeichneten beständigen Brandschutz erreicht, s Mit einem derartigen Platten Werkstoff lassen sich Endprodukte herstellen, welche nach DIN 4102 in die Klasse der nicht brennbaren Baustoffe eingeordnet werden können.
Selbstverständlich können statt plattenförmiger Bauelemente stets auch Formkörper aus den Materialien gemäss io den Beispielen hergestellt werden, die, ebenso wie die plat-tenförmigen Bauelemente, auch bereits beim Verpressen in an sich bekannter Weise kaschiert werden können.
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Claims (10)

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1. Nicht brennbarer Werkstoff, gekennzeichnet durch ein mittels heisshärtbarer Kunstharze verleimtes Netzwerk von Zellulosefasern und/oder Holzschneidspänen, denen Partikel von Calciumsulfat, Borsäure und weiteren zumindest teilweise glas- oder keramikbildenden Mineralien angelagert sind.
2. Verfahren zum Herstellen eines nicht brennbaren Werkstoffs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass faserführende Restabwasserklärschlämme mit einem Wassergehalt bis 80 Gew.-% aus Papier- oder Zellstoffabriken und/ oder feuchte Holzschneidspäne mit einem Feuchtigkeitsgehalt bis 80 Gew.-% mit Bormineralien innig vermischt und bei weitergeführter Mischung mit konzentrierter, 96%iger Schwefelsäure versetzt werden, dass das Mischgut einer Abdampfstrecke zugeführt und anschliessend mit einem Harz beleimt wird und dass sodann diese Masse unter Anwendung von Druck und Wärme zu einem festen Körper verleimt wird.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Klärschlamm bzw. den Holzschneidspänen Holzfasern und Holzstaub beigemengt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzfasern und der Holzstaub vor dem Beimengen angefeuchtet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Bormineral Colemanit mit einem Borsäuregehalt grösser 42 Gew.-% eingesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz ein durch Fortsetzung der Polykondensationsreaktion härtbarer Kunstharzleim ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz ein Isocyanat-Kleber ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz ein thermoplastischer Kunstharzleim ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischgut vor dem Beieimen nachgetrocknet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischgut vor dem Beieimen einer Mühle zugeführt wird.
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