DE102011018300B4

DE102011018300B4 - Holzwolle-Leichtbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Holzwolle-Leichtbauelements

Info

Publication number: DE102011018300B4
Application number: DE201110018300
Authority: DE
Inventors: Günter Moser; Karl-Heinz Gasser; Horst Grießer
Original assignee: Knauf Insulation SPRL
Current assignee: Knauf Insulation SPRL
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2031-04-21
Also published as: DE102011018300A1; EP2514730A3; EP2514730A2; EP2514730B1; DK2514730T3

Abstract

Holzwolle-Leichtbauelement, hergestellt mit einem Bindemittelsystem, umfassend – ein Bindemittel, bestehend aus einem ersten Bindemittel, in Form von Weißzement, Tonerdezement oder Tonerdeschmelzzement und einem zweiten Bindemittel in Form von Gips, – ein Fließmittel und – einen Abbindebeschleuniger, in Form von Alkalimetallcarbonat, Alkalimetallchlorid oder Kombinationen davon, wobei das Mengenverhältnis des ersten Bindemittels zum zweiten Bindemittel 95%:5% bis 65%:35% beträgt.

Description

Holzwolle-Leichtbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Holzwolle-Leichtbauelements Die vorliegende Erfindung betrifft ein unter Verwendung eines Bindemittelsystems hergestelltes Holzwolle-Leichtbauelement (HWL-Element) und ein Verfahren zur Herstellung von HWL-Elementen unter Verwendung des Bindemittelsystems.
Die Herstellung von Holzwolle-Leichtbauelementen, beispielsweise in einer Doppelbandanlage, ist hinlänglich bekannt und im Stand der Technik dokumentiert. Die im Strangpreßverfahren hergestellten Platten bedürfen nach der Wärmebeaufschlagung einer Reifezeit, die notwendig ist, um den Platten eine zur weiteren Manipulation notwendigen Festigkeit zu verleihen. In dieser Reifezeit geschehen auch die – bei hydraulischen Bindemittel üblichen – Veränderungen der Dimension, dem sogenannten ”Schwinden und Kriechen”. Dies ist bei den derzeitig verwendeten Bindemittelsystemen in einem Ausmaß anzutreffen, die außerhalb der normativ festgelegten Toleranzgrenzen liegen.
Durch diese Tatsachen ergibt sich eine notwendige Reifezeit für die frisch hergestellten HWL-Elemente von mindestens drei, jedoch häufig mehr als vierzehn Tagen. Erst nach diesem Zeitpunkt können die beispielsweise in Plattenform vorliegenden HWL-Elemente auf ihr Endmaß zugeschnitten werden, da erst dann garantiert werden kann, daß die Längenänderungen nunmehr in einem geringfügigen Ausmaß auftreten und die vorgeschriebenen Toleranzen eingehalten werden können.
Die üblicherweise in sogenannten ”Warmhallen” durchgeführte Reifung bedingt somit eine nachteilige Verzögerung in der Herstellung der entsprechenden HWL-Elemente, und bedeutet zudem einen erhöhten Energieaufwand, der in Form von Wärme den Warmhallen zugeführt werden muß. Hiermit verbunden ist darüber hinaus ein erhöhter Ausstoß an CO₂.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das Maß der Längenänderung in Folge von vorstehend genanntem ”Schwinden und Kriechen” soweit zu reduzieren, daß diese grundsätzlich innerhalb der normativ festgelegten Toleranzgrenzen liegen und andererseits die Holzwolle-Leichtbauelemente bereits nach der Verpressung, beispielsweise im Doppelband, eine diesbezüglich ausreichende Stabilität aufweisen, so daß eine Konfektionierung und Besäumung auf das Endmaß innerhalb kurzer Zeit ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Errindung durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche 1 und 6 gelöst.
Der Ausdruck ”Leichtbauelement” schließt jegliche Art eines geformten Erzeugnisses ein, beispielsweise eine Platte. Die Holzwollefasern weisen üblicherweise eine Länge von mehr als 8 cm, eine Breite von 1 bis 6 mm und eine Dicke von 0,2 bis 0,5 mm auf. Die in unregelmässiger Geometrie angeordneten, spröden Holzwollefasern liegen innerhalb des Bauelementes in Form eines offenporigen, dreidimensionalen Gerüstes verteilt vor und sind zumindest abschnittsweise untereinander über ein Bindemittelsystem verbunden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, betrifft der Ausdruck ”Bindemittelsystem” jede Zusammensetzung, welche unter die in Anspruch 1 aufgeführte Definition fällt.
Der Ausdruck ”Fließmittel” wie hierin verwendet, unterliegt keiner spezifischen Einschränkung, solange das Fließmittel geeignet ist, eine für die Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittelsystems geeignete Viskosität herzustellen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise ein einziges Fließmittel verwendet oder es können mehrere für die jeweiligen Bindemittel geeigneten Fließmittel kombiniert werden. Beispiele für Fließmittel sind anorganische Alkali- oder Erdalkalisalze, als auch weitere im Stand der Technik bekannte organische Fließmittel.
Neben dem im erfindungsgemäß verwendeten Bindemittelsystem eingesetzten Abbindebeschleuniger können auch weitere Reaktionsbeschleuniger eingesetzt werden. Der Ausdruck ”Reaktionsbeschleuniger” wie hierin verwendet, unterliegt keiner spezifischen Einschränkung und beinhaltet sämtliche für die jeweiligen Komponenten des erfindungsgemäßen Bindemittelsystems notwendigen Reaktionsbeschleuniger. Beispiele für solche Reaktionsbeschleuniger sind allgemeine Zementbeschleuniger, etc., und dem Fachmann bekannt. Ein Beispiel eines solchen Beschleunigers ist die Verwendung von Lithiumcarbonat in Tonerdeschmelzzement enthaltenen Bindemittelsystemen.
Das erste Bindemittel liegt in Form von Weißzement, Tonerdezement bzw. Aluminatzement, Tonerdeschmelzzement (hierin, wie im Handel erhältlich, auch ”Istra-Zement” genannt) vor und das zweite Bindemittel liegt in Form von Gips vor.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, können sich das erste und zweite Bindemittel in ihrer Zusammensetzung, Körnung oder weiteren physikalischen Eigenschaften unterscheiden.
Das Mengenverhältnis des ersten und zweiten Bindemittels (BM1:BM2) liegt im Bereich von 95:5% bis 65:35%.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein wie vorstehend definiertes Bindemittelsystem, wobei das mindestens eine Fließmittel aus der Gruppe, bestehend aus Polycarboxylatethern (PCE, beispielsweise VP217 (ViscoCrete G 217 der Firma Sika)), Ligninsulfonaten, Melamin-Formaldehyd-Sulfonaten, Naphthalin-Formaldehyd-Sulfonaten, Polycarboxylaten, Hydroxycarbonsäuren und deren Salzen, als auch Kombinationen davon, ausgewählt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung unterliegt der Abbindebeschleuniger keiner spezifischen Einschränkung, solange er aus der Gruppe, bestehend aus Alkalimetallcarbonaten, Alkalimetallchloriden, und Kombinationen davon ausgewählt ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen HWL-Elements beträgt die Menge an Bindemittel 15 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des eingesetzten Bindemittelsystems. Beispielsweise beträgt die Menge an Bindemittel, welches aus einem ersten und einem zweiten Bindemittel besteht, 20 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt 25 bis 50 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittelsystems. Grundsätzlich sorgen gemäß der vorliegenden Erfindung die vorstehend erwähnten ”(Abbinde)beschleuniger” für die Anfangsfestigkeit zur Manipulation der Platten, wobei die Weißzemente in diesen Systemen die Endfestigkeit der Platten verursachen. Die Funktion der jeweiligen Bindemittelkomponente bestimmt sich jedoch nicht ausschließlich aus ihrer Art (chemischen Zusammensetzung), sondern wird darüber hinaus beispielsweise durch ihren Mengenanteil im Gesamtbindemittelsystem und ihre physikalischen Eigenschaften (Körnung, Porosität, etc.) beeinflußt.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das wie vorstehend definierte Bindemittelsystem, wobei die Menge an Fließmittel 0,01 bis 5 Gew.-%, beispielsweise 0,05 bis 3 Gew.-% oder 0,1 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittelsystems, beträgt.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das wie vorstehend definierte Bindemittelsystem, wobei die Menge an Reaktionsbeschleunigern 0,1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittelsystems, beträgt. Beispielsweise beträgt die Menge an Reaktionsbeschleunigern 0,2 bis 20 Gew.-% oder 0,5 bis 15 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des wie vorstehend definierten Bindemittelsystems.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Holzwolle-Leichtbauelements (HWL-Element), umfassend (a) das Bereitstellen von Holzwollefasern, (b) das Aufbringen des wie vorstehend definierten Bindemittelsystems auf die Holzwollefasern, (c) das Aufbringen des unter (b) erhaltenen Gemisches aus Holzwollefasern und Bindemittelsystem auf einen Träger, und (d) das Pressen der Holzwollefasern, gegebenenfalls unter Zuführung von Wärmeenergie.
Gemäß der vorliegenden Erfindung unterliegt der Schritt des Aufbringens des wie vorstehend definierten Bindemittelsystems auf die Holzwollefasern keiner speziellen Einschränkung, solange die jeweiligen Komponenten in einer für eine entsprechende Bindung wirksamen Menge vorhanden sind. Beispielsweise liegt der Bindemittelanteil, bezogen auf die gesamte Holzwolle-Leichtbauplatte, üblicherweise in einem Bereich von 10 bis 40 Masse-%, vorzugsweise in einem Bereich von 15 bis 35 Masse-%, oder mehr bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 30 Masse-%:
Das Bindemittelsystem wird gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise in Form einer Lösung oder Dispersion auf die Holzwollefasern aufgebracht, wobei das Bindemittelsystem weitere Lösungs- oder Dispersionsmittel, wie Wasser, in geeigneten Mengen enthalten kann, um eine entsprechende Lösung oder Dispersion zu erhalten.
Auch der Schritt (c) des Aufbringens des unter Schritt (b) erhaltenen Gemisches aus Holzwollefasern und Bindermittelsystem auf einen Träger unterliegt keiner spezifischen Einschränkung. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Träger dabei ein Stahlband einer Doppelbandanlage, als auch eine Preßform oder ein entsprechender Rahmen sein. Dementsprechend erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung das Pressen der Holzwollefasern beispielsweise mittels einer Doppelbandanlage, oder einer Presse, wobei Wärme in einer zur Bindung erforderlichen Menge hinzugeführt werden kann. Beispielsweise kann die Temperatur am Ofeneingang etwa 400 bis 600°C, die Temperatur am Ofenausgang etwa 150 bis 250°C und die Temperatur am Produkt selbst etwa 80 bis 150°C betragen, wobei die Durchlaufzeit durch den Ofen je nach Produktdicke üblicherweise 1 bis 15, bevorzugt 1,5 bis 10 oder mehr bevorzugt 2 bis 7 Minuten betragen kann.
Zwar ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung eines Holzwolle-Leichtbauelements durch Verwendung einer Doppelbandanlage oder einer Preßform, jedoch ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung hierauf nicht beschränkt, und beinhaltet sämtliche weitere, dem Fachmann bekannte Verfahren zum Herstellen von Komposit- oder Laminatprodukten.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung des wie vorstehend definierten Bindemittelsystems in der Herstellung von Holzwolle-Leichtbaulementen. Darüber hinaus betrifft ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Holzwolle-Leichtbauelement, welches durch das wie vorstehend definierte Verfahren erhältlich ist, bzw. das wie vorstehend definierte Bindemittelsystem, beispielsweise in abgebundener Form, enthält.
Durch die Verwendung des vorstehend definierten Bindemittelsystems erreichen die hiermit hergestellten HWL-Elemente in einem Zeitraum von weniger als 24 Stunden eine ausreichende Festigkeit, um sie einer weiteren Bearbeitung, beispielsweise einer Besäumung, zuführen zu können. Die Längenänderung in Folge von ”Schwinden und Kriechen” treten hierbei in einem solch geringen Ausmaß auf, daß sie innerhalb der normativ geregelten Toleranzgrenzen liegen, so daß nach der endgültigen Beendigung dieser Längenänderung die Plattendimensionen keiner signifikanten Änderung mehr unterliegen. Hierdurch wird eine kürzere Reifezeit in den sogenannten ”Warmhallen” ermöglicht, was einerseits zu einer vorteilhaften Reduktion des dafür notwendigen Energiebedarfs und somit auch einer damit verbundenen Reduktion des Ausstoßes an CO₂ einher geht.
Beispiel 1: Bindemittelsystem V MB P 80

Das erfindungsgemäße Bindemittelsystem V MB P 80 setzt sich aus den in der nachfolgenden Tabelle 1 genannten Komponenten in den jeweiligen Mengenverhältnissen (Massenprozent) zusammen. Neben dem Bindemittelsystem enthält die Tabelle auch die verwendete Menge Holz. Tabelle 1

Komponente	Bemerkung	Anteil [%]
Istra-Zement P 80	Bindemittel 1	41,23
Gips	Bindemittel 2	7,28
PE2 Zementbeschleuniger		0,81
Holz		21,56
Lithiumcarbonat	Abbindebeschleuniger	0,02
VP 217	Fließmittel	0,29
Wasser		28,8
Summe		100,00

Vergleichsbeispiel 1: Bindemittelsystem HAD fine 25
Das Bindemittelsystem HAD fine 25 ist im Stand der Technik bekannt und basiert unter anderem auf den Bestandteilen Kauster Magnesit Hochfein und MgSO₄.
Vergleichsbeispiel 2: Bindemittelsystem Heraklith M 25
Das Bindemittelsystem Heraklith M 25 ist im Stand der Technik bekannt und basiert unter anderem auf den Bestandteilen Kauster Magnesit Hochfein, MgSO₄ und Aluminiumsulfat.
Vergleichsbeispiel 3: Bindemittelsystem Heraklith C25
Das Bindemittelsystem Heraklith C25 ist im Stand der Technik bekannt und basiert unter anderem auf den Bestandteilen Kauster Magnesit Hochfein und MgCl₂.

Claims

Holzwolle-Leichtbauelement, hergestellt mit einem Bindemittelsystem, umfassend – ein Bindemittel, bestehend aus einem ersten Bindemittel, in Form von Weißzement, Tonerdezement oder Tonerdeschmelzzement und einem zweiten Bindemittel in Form von Gips, – ein Fließmittel und – einen Abbindebeschleuniger, in Form von Alkalimetallcarbonat, Alkalimetallchlorid oder Kombinationen davon, wobei das Mengenverhältnis des ersten Bindemittels zum zweiten Bindemittel 95%:5% bis 65%:35% beträgt.
Holzwolle-Leichtbauelement nach Anspruch 1, wobei das Fließmittel des Bindemittelsystems Polycarboxylatether, Ligninsulfonat, Melamin-Formaldehyd-Sulfonat, Naphthalin-Formaldehyd-Sulfonat, Polycarboxylat, Hydroxycarbonsäure und deren Salze oder eine Kombinationen davon ist.
Holzwolle-Leichtbauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Menge an Bindemittel im Bindemittelsystem 15 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittelsystems, beträgt.
Holzwolle-Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Menge an Fließmittel im Bindemittelsystem 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittelsystems, beträgt.
Holzwolle-Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Menge an Abbindebeschleuniger im Bindemittelsystem 0,1 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittelsystems, beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Holzwolle-Leichtbauelements, umfassend (a) das Bereitstellen von Holzwollefasern, (b) das Aufbringen eines Bindemittelsystems welches – ein erstes Bindemittel, in Form von Weißzement, Tonerdezement oder Tonerdeschmelzzement, – ein zweites Bindemittel in Form von Gips, – ein Fließmittel und – einen Abbindebeschleuniger, in Form von Alkalimetallcarbonat, Alkalimetallchlorid oder Kombinationen davon, umfasst, wobei das Mengenverhältnis des ersten Bindemittels zum zweiten Bindemittel 95%:5% bis 65%:35% beträgt, auf die Holzwollefasern, (c) das Aufbringen des unter (b) erhaltenen Gemisches aus Holzwollefasern und Bindemittelsystem auf einen Träger, und (d) das Pressen der Holzwollefasern.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Pressen der Holzwollefasern in Schritt (d) unter Zuführung von Wärmeenergie durchgeführt wird.