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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer brandhemmenden Holzwerkstoffplatte, insbesondere Spanplatte, sowie eine danach hergestellte Holzwerkstoffplatte.
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An den Brandschutz werden vor allem in öffentlichen Gebäuden oder beim Fahrzeugbau hohe Anforderungen gestellt. Vor allem im Schiffs- und Fahrzeugbau werden geeignete Holzwerkstoffe wegen ihrem geringeren Gewicht Metall vorgezogen.
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Die Klassifizierung der Brandschutzeigenschaften von Werkstoffen im Bauwesen wurde in Deutschland bisher durch die DIN 4102 geregelt (in Österreich ÖNorm 3800). Im Zuge der europaweiten Harmonisierung ist dafür nun die EN 13501-1 (Brandverhalten) bzw. die EN 13501-2 (Feuerwiderstand) zugrunde zu legen.
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Holzwerkstoffe werden vielseitig im Bauwesen eingesetzt. Wo Anforderungen hinsichtlich Brandschutz bestehen, sind in der Regel besondere Vorkehrungen zu treffen. Diese können einmal in der vollflächigen Beschichtung mit speziellen brandhemmenden Anstrichstoffen oder der Beplankung der Holzwerkstoffplatten mit mineralisch gebundenen Werkstoffen, bspw. Gipskartonplatten, bestehen, oder in der Wahl einer mit Brandschutzmitteln verbesserten Holzwerkstoffplatte selber.
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Genannte Brandschutzmittel, welche nach dem Stand der Technik eingesetzt werden, weisen jedoch einige Nachteile auf. Bei zement- oder gipsgebundenen Holzspanplatten wird die gewünschte Eigenschaft durch das nicht brennbare mineralische Bindemittel hergestellt. Solche Platten weisen jedoch ein vergleichsweise hohes Gewicht auf und sind in ihrer Herstellung wesentlich teurer.
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Alternativ können auch Flammschutzmittel auf Basis spezieller Salze, heute bevorzugt Ammoniumphosphate, eingesetzt werden. Diese Zusätze sind jedoch ebenso nachteilhaft teuer und weisen weiters den Nachteil auf, dass sie bei Kontakt mit den Preßwerkzeugen diese verkleben bzw. Anbackungen an diesen bilden. Entsprechend können diese nur in der Mittelschicht zudosiert werden oder es wird der Spänekuchen an Ober- und Unterseite mit einer zusätzlichen Schicht, bspw. aus Schleifstaub, versehen, die anschließend von der fertigen Platte wieder abgenommen werden muss. Für einschichtig aufgebaute Platten bzw. wo entsprechende Vorrichtungen nicht zur Verfügung stehen, können solcherart brandhemmend ausgerüstete Platten bis dato nicht hergestellt werden. Dies trifft besonders bei Dünnplatten zu, da diese in der Regel einschichtig aufgebaut sind.
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Aus dem Stand der Technik ist als brandhemmendes Mittel auch sogenannter Blähgraphit bekannt, der im Brandfall, also bei starker Erwärmung, die Eigenschaften hat, die Wärmeleitfähigkeit zu verringern und eine Entflammungsverzögerung zu schaffen.
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Graphit ist eine kristalline Form von Kohlenstoff, umfassend Atome, die in flachen geschichteten Ebenen mit schwächeren Bindungen zwischen den Ebenen gebunden sind. Durch Behandeln von Graphitteilchen, beispielsweise natürlichen Graphitflocken, mit einem Interkalat von zum Beispiel einer Lösung aus Schwefel- und Stickstoffsäure reagiert die Kristallstruktur des Graphits so, dass eine Verbindung aus Graphit und dem Interkalat gebildet wird. Die behandelten interkalierten Graphitteilchen sind als Teilchen von Blähgraphit bekannt und im Handel erhältlich. Bei Aussetzung einer hohen Temperatur erfahren die Teilchen des interkalierten Graphits ein Aufschäumen und dehnen sich in ihrer Größe um ein Vielfaches, durchaus bis zum 80-fachen, ihres ursprünglichen Volumens in die Richtung senkrecht zu den kristallinen Ebenen des Graphits aus.
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Die
EP 0 694 372 B1 betrifft eine dreischichtig aufgebaute OSB-Platte (Oriented-Strands-Board), bei der die Strands (Holzspäne) der Deckschichten mit Blähgraphit als brandhemmendem Zusatz behandelt sind, während die Mittelschicht frei von brandhemmenden Mitteln ist. Die ausschließlich in den äußeren Schichten mit Blähgraphit versehene Holzwerkstoffplatte wird hergestellt, indem die Strands, die die äußeren Schichten der Platte bilden sollen, zunächst mit flüssigem Phenolharz als Bindemittel zu einem Spänekuchen vermischt werden und in einem nachfolgenden Schritt dem Spänekuchen Blähgraphit zugegeben wird. Die erhaltene Masse wird zu einer Matte aus ausgerichteten Strands geformt und mit einer Blähgraphit-freien weiteren Matte und schließlich noch einer Blähgraphit enthaltenden Matte zu der endgültigen OSB-Platte verpresst.
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Auch gemäß der
JP 2006 015 677 A erfolgt zuerst die Beleimung des kleinstückigen lignocellulosehaltigen Materials und dann in einem nachfolgenden Schritt die Zugabe des Blähgraphits.
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Die
DE 10 2004 017 578 A1 behandelt eine Mittellage von Türen mit zu Dekorationszwecken eingebrachten Vertiefungen, wobei diese zum Ausgleich der dort vorliegenden Querschnittschwächung oberflächlich mit einem brandhemmenden Mittel, das Blähgraphit enthalten kann, versehen sind.
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Problematisch bei den zuvor beschriebenen, Blähgraphit enthaltenden Holzwerkstoffplatten ist allerdings, dass neben Graphit auch Blähgraphit die Eigenschaft hat, alles was mit diesem in Kontakt gebracht wird, dunkel einzufärben (Bleistifteffekt). Es herrschen daher auf vielen technischen Gebieten berechtigte Vorbehalte hinsichtlich der Anwendung von Blähgraphit in Holzwerkstoffplatten.
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Schließlich ist aus der
DE 10 2005 049 788 A1 eine intumeszierende Brandschutzplatte bekannt, die einen Kern aus einem Polyurethan und einem intumeszierenden Gemisch, das Blähgraphit enthält, sowie zumindest eine darauf angeordnete brennbare Deckschicht aufweist. Da bei dieser Brandschutzplatte die äußeren Schichten frei von Blähgraphit sind, besteht hier auch nicht das Risiko unerwünschter Abfärbung auf Materialien, die mit der Platte in Kontakt kommen. Nachteil ist allerdings, dass die Deckschichten brennbar sind und damit die Holzwerkstoffplatte nur bedingt als Brandschutzplatte einsetzbar ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Holzwerkstoffplatte anzugeben, mit welchem ein optimales Brandschutzverhalten und gleichzeitig ein auf ein Minimum reduzierter Bleistifteffekt gewährleistet wird.
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Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer brandhemmenden Holzwerkstoffplatte, insbesondere Span- oder Faserplatte, bei dem nacheinander die folgenden Schritte durchgeführt werden:
- – Bereitstellen von lignozellulosehaltigem, kleinstückigem Material,
- – Vermengen des lignozellulosehaltigen, kleinstückigen Materials mit Blähgraphit zu einem Gemisch,
- – Beleimen des Gemisches mit einem Bindemittel,
- – Streuen des beleimten Gemisches zu einer insbesondere einschichtigen Matte,
- – Verpressen der Matte unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur zu einer Holzwerkstoffplatte.
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Ferner wird die Aufgabe gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer brandhemmenden Holzwerkstoffplatte, insbesondere Span- oder Faserplatte, bei dem nacheinander die folgenden Schritte durchgeführt werden:
- – Bereitstellen von lignozellulosehaltigem, kleinstückigem Material,
- – Vermengen von Bindemittel und Blähgraphit zu einem Gemisch,
- – Beleimen des lignozellulosehaltigen, kleinstückigen Materials mit dem Blähgraphit und Bindemittel enthaltenden Gemisch,
- – Streuen des beleimten Materials zu einer insbesondere einschichtigen Matte,
- – Verpressen der Matte unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur zu einer Holzwerkstoffplatte.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist also, zunächst den Blähgraphit mit einer der beiden Hauptkomponenten einer Holzwerkstoffplatte, das heißt entweder mit den Holzpartikeln oder mit dem Bindemittel, zu vermischen, bevor die jeweils andere der beiden Hauptkomponenten zu diesem Gemisch hinzugefügt wird.
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Wie zuvor beschrieben, herrschen auf vielen technischen Gebieten, darunter auf dem technischen Gebiet der Herstellung von Holzwerkstoffplatten, Vorbehalte hinsichtlich der Anwendung von Blähgraphit als brandhemmendes Mittel in Holzwerkstoffplatten, da Blähgraphit einen Bleistifteffekt verursacht. Entgegen dieser Erwartung hat sich aber gezeigt, dass dann, wenn der Blähgraphit vor dem Beleimen der Späne oder mit dem Bindemittel eingebracht wird, kein Bleistifteffekt resultiert, das ungewünschte Abfärben des Graphit also unterbleibt, da die Blähgraphitteilchen von dem Bindemittel vollständig ummantelt und dadurch eingeschlossen werden können. Weiters entstehen beim Einsatz von Blähgraphit keine ungewünschten Ablagerungen an den Pressblechen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im Folgenden näher erläutert.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Blähgraphit über den gesamten Querschnitt der Matte verteilt. Mit Blähgraphit kann der gesamte Querschnitt einer Platte brandhemmend ausgerüstet werden, also speziell auch in den oberflächennahen Zonen.
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Mit Blähgraphit ausgerüstete Platten können auf jede Art beschichtet werden. Es bestehen keine Einschränkungen, wie sie durch einen Brandschutzanstrich gegeben sein können. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher die Holzwerkstoffplatte mit einer Beschichtung versehen, die insbesondere frei von brandhemmenden Mitteln, insbesondere frei von Blähgraphit, ist.
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Der Einsatz von Blähgraphit hat kaum bis gar keine negativen Einflüsse auf die mechanischen Eigenschaften einer Platte, insbes. Querzug- und Biegefestigkeit sowie E-Modul.
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Die mit Blähgraphit ausgerüsteten Platten färben nicht ab, der vermutete Bleistifteffekt tritt wider erwarten nicht auf.
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Blähgraphit ist bereits in geringen Mengen sehr effektiv und daher in seiner Anwendung sehr wirtschaftlich.
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Blähgraphit ist einfach zu handhaben und geruchsneutral. Bei seiner Manipulation sind keine besonderen Vorkehrungen erforderlich. Blähgraphit ist toxikologisch unschädlich und eine Substanz, die unter den jeweilig gegebenen Bedingungen mit potentiellen Reaktionspartnern nicht oder nur in verschwindend geringem Maße reagiert, womit er die Umwelt nicht belastet.
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Es kann Blähgraphit unterschiedlicher technischer Spezifikation eingesetzt werden: der Blähgraphit kann beispielsweise einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 90%, insbesondere mindestens 92% und vorzugsweise mindestens 98% aufweisen. Ferner kann der Aschegehalt im Blähgraphit so gewählt sein, dass er bei maximal 10%, insbesondere maximal 8% und vorzugsweise maximal 2% liegt. Die Kornverteilung im Blähgraphit kann so gewählt sein, dass mindestens 80% der Körner größer als 300 μm sind. Es sind aber auch Fälle denkbar, bei denen die Kornverteilung so gewählt ist, dass mindestens 80% der Körner kleiner als 150 μm sind. Die Expansion, bezogen auf eine Temperatur von 1000°C, kann mindestens 100 ml/g, insbesondere mindestens 250 ml/g und vorzugsweise mindestens 350 ml/g betragen. Die Starttemperatur, bei der die Expansion beginnt, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 230 bis 270°C, insbesondere von 240 bis 260°C und vorzugsweise bei etwa 250°C.
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Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Blähgraphit wird insbesondere aus Flockengraphit in Form von Flocken oder Pudern hergestellt. Flockengraphit wird durch eine Säurebehandlung blähfähig gemacht. Nach dem Waschen der Oberfläche, Einstellen des pH-Werts und Trocknen ist der Blähgraphit einsatzbereit. Er besteht im wesentlichen aus kristallisiertem Kohlenstoff und aus geringfügigen Beimengungen von natürlichen Gesteinsbestandteilen und Mineralien. Hinzu kommen noch Reste von der Säurebehandlung, die im Innern der Flocken eingebunden sind. Ein solchermaßen hergestellter Blähgraphit weist eine Schmelz- und Verdampfungstemperatur bei Abwesenheit von Sauerstoff von etwa 3600°C auf. Die Zündtemperatur liegt bei ca. 600°C. Der Blähgrafit kann eine relative Dichte zwischen 2,1 und 2,3 g/cm3 und/oder eine Schüttdichte von 0,2 bis 1,0 g/cm3 aufweisen. Der pH-Wert der Oberfläche liegt vorzugsweise zwischen 3 und 12.
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Zusätzliches Einmischen von Melaminpulver bringt durch Freisetzung des Stickstoffs weitere Verbesserung des Brandverhaltens. Daher ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass Melaminpulver eingemischt wird. Bei dem Verfahren gemäß der ersten Alternative, bei dem also zunächst das kleinstückige Material mit dem Blähgraphit vermengt wird und das Gemisch anschließend mit einem Bindemittel versehen wird, wird das Melaminpulver vorzugsweise in das das kleinstückige Material und den Blähgraphit enthaltende Gemisch eingemischt. Im Falle der zweiten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem zunächst das Bindemittel mit Blähgrafit versehen wird und anschließend das kleinstückige Material mit diesem Gemisch beleimt wird, wird vorzugsweise das Melaminpulver in das das Bindemittel und den Blähgraphit enthaltende Gemisch eingemischt.
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Es besteht keine Einschränkung hinsichtlich der Anwendbarkeit der Bindemittel. Es können also sämtliche der üblichen Bindemitteltypen wie UF-, MUF-, PF-, MUPF- sowie Mischungen davon und/oder auch PMDI-Leime eingesetzt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das lignozellulosehaltige, kleinstückige Material mit einer Feuchte bereitgestellt wird, die in einem Bereich von 2 bis 8%, insbesondere 3 bis 7%, vorzugsweise 4 bis 6%, bezogen auf die Trockenmasse des Materials, liegt. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Feuchte des kleinstückigen Materials 5% beträgt. Erst nachdem das kleinstückige Material eine solche Feuchte aufweist, wird es gemäß dieser Ausgestaltung bei der ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Blähgraphit bzw. bei der zweiten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Blähgraphit und Bindemittel enthaltenden Gemisch vermengt.
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Gemäß wiederum einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Anteil an Blähgraphit in einem Bereich von 2 bis 12%, insbesondere 3 bis 8%, vorzugsweise 4 bis 6%, bezogen auf die Trockenmasse des Materials, liegt. Besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn der Anteil an Blähgraphit 5% beträgt.
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Es sind keine besonderen Vorkehrungen bei der Mischung des Blähgraphit mit dem Bindemittel erforderlich. Ein Absetzen des Blähgraphit im Bindemittel konnte nicht beobachtet werden, entsprechend kann durch einfaches einrühren eine homogene Verteilung des Blähgraphit im Bindemittel erreicht und damit auch eine regelmäßige Verteilung des Blähgraphit in der fertigen Platte erreicht werden.
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Besonders bevorzugt ist der Einsatz des Blähgraphit bei Dünnplatten, also Platten mit einer Dicke kleiner 10 mm, bevorzugt kleiner 5 mm, besonders bevorzugt kleiner 3 mm, insbesondere bei Dünnspan- oder -faserplatten. Diese lassen sich besonders wirtschaftlich mit Hilfe von Kalanderpressen herstellen.
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Weiterhin ist es bevorzugt, Blähgraphit bei der Herstellung von einschichtig aufgebauten Platten einzusetzen, da einfach der gesamte Querschnitt einer Platte brandhemmend ausgerüstet werden kann.
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Die Aufgabe wird schließlich gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine brandhemmende Holzwerkstoffplatte, insbesondere Span- oder Faserplatte, die durch ein Verfahren hergestellt ist, wie es zuvor beschrieben wurde, wobei die Blähgraphitteilchen von dem Bindemittel vollständig ummantelt und dadurch eingeschlossen sind.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Holzwerkstoffplatte auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu sei einerseits verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung und
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3 eine Schnittansicht einer entsprechenden Holzwerkstoffplatte.
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Beispiele:
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Beispiel 1:
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Zur Herstellung einer Dünnspanplatte werden, wie 1 zeigt, Späne auf eine Feuchte von etwa 5% (bezogen auf die Trockenmasse der Späne) getrocknet. Zu diesen wird (wieder bezogen auf die Trockenmasse der Späne) 5% Blähgraphit zugemischt, bis dieser gleichmäßig im Spanmaterial verteilt ist. Die so vorbehandelten Späne werden dann mit einem handelsüblichen MUPF-Bindemittel beleimt, wobei die zudosierte Menge an Bindemittel derart eingestellt wird, dass auf je 1.000 kg trockener Holzmasse etwa 220 kg Festharz entfallen. Anschließend werden die mit Blähgraphit versehenen und beleimten Späne zu einem Spänekuchen gestreut und mit einer Kalanderpresse bei einer Temperatur von bis zu 210°C verpresst. Die so erhaltene Platte wird nicht geschliffen und weist eine Dichte von ca. 780 kg/m3 auf.
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Eine Probe der solcherart erhaltenen Platte wurde zur Bestimmung des Brandverhaltens, des Abtropfverhaltens und der Rauchentwicklung nach EN 13823 sowie nach EN ISO 11925-2 geprüft. In Übereinstimmung mit EN 13501-1 konnte die geprüfte Platte bezüglich seines Brandverhaltens mit D – s2, d1 klassifiziert werden.
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Beispiel 2:
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Zu einem handelsüblichen MUPF-Bindemittel werden, wie 2 zeigt, bezogen auf den Festharzgehalt etwa 25% Blähgraphit gemischt, bis dieses im Bindemittel homogen verteilt ist. Mit dem so aufbereiteten Bindemittel werden Späne, die zuvor auf einen Feuchtegehalt von ca. 5% getrocknet wurden (bezogen auf die Trockenmasse des Holzes) beleimt. Wiederum wird die Menge an Bindemittel derart gewählt, dass auf je 1.000 kg trockener Holzmasse etwa 220 kg Festharz entfallen.
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Eine Probe der solcherart hergestellten Platte wurde auf deren Brandverhalten untersucht, wobei gegenüber der Probe aus Beispiel 1 keine veränderten Eigenschaften festgestellt wurden.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Holzwerkstoffplatte 1, hier einer Spanplatte, die nach einem der zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Die Holzwerkstoffplatte 1 enthält ein Lignozellulosehaltiges, kleinstückiges Material 3, Blähgraphit 2 und Melaminpulver 5, wobei diese Bestandteil mit einem Bindemittel (nicht dargestellt) vermengt und unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur verpresst wurden. Die Holzwerkstoffplatte 1 weist ferner eine Beschichtung 4 auf, die frei von brandhemmenden Mitteln ist.
