DE19621606A1

DE19621606A1 - Brandschutzmittel für Platten oder Formteile aus Spänen oder Fasern und Verfahren zum feuerbeständigen Ausrüsten von solchen Platten oder Formteilen

Info

Publication number: DE19621606A1
Application number: DE1996121606
Authority: DE
Inventors: Herbert G Nopper; Hubert F Schmidt
Original assignee: Picon Schmidt & Co GmbH
Current assignee: Sued-West-Chemie 89231 Neu-Ulm De GmbH
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1997-12-04
Also published as: AU3030197A; CA2256398A1; BR9709375A; WO1997046635A1; EP0958330A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Brandschutzmittel für Platten oder Formteile aus Spä nen oder Fasern, die aus Holz oder Bestandteilen von Einjahrespflanzen gewon nen wurden, sowie derartige Platten und Formteile, die ein solches Brandschutz mittel enthalten. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum feuerbeständi gen Ausrüsten von solchen Platten oder Formteilen.

Platten oder Formteile der genannten Art sind in der Regel leicht entflammbar. Aufgrund ihrer Materialeigenschaften werden sie aber in vielfältiger Weise als Werkstoff verwendet, wie zum Beispiel beim Möbelbau, beim Innenausbau von Gebäuden sowie in Kraftfahrzeugen. Bei vielen möglichen Verwendungen stört jedoch die leichte Entflammbarkeit der Span- oder Faserplatten und Formteile, die aus der leichten Brennbarkeit der verwendeten organischen Rohstoffe her rührt. Vor allem in der Bauwirtschaft ist man aus sicherheitstechnischen Grün den bestrebt, nur schwer entflammbare bzw. feuerbeständige Werkstoffe zu ver wenden.

In der Vergangenheit wurden immer wieder Versuche unternommen, Holzwerk stoffplatten und Platten aus nachwachsenden Rohstoffen feuerhemmend oder feuerbeständig auszurüsten. Hierzu wurde beispielsweise in der DE 31 44 773 A1 vorgeschlagen, auf ein Holzspangranulat, das zu einem Holzspanformkörper verpreßt werden soll, eine wäßrige Lösung von anorganischen Salzen aufzubrin gen, das Granulat anschließend zu beleimen und zu verpressen. Um Holzspan formkörper herstellen zu können, die nicht nur feuerhemmend, sondern feuerbe ständig oder gar hochfeuerbeständig sind, war es bislang jedoch in jedem Fall nötig, auf die Oberflächen der Holzspanformkörper zusätzlich eine feuerbestän dige Schicht aufzubringen.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Brandschutzmittel vorzu schlagen, mit dem Platten oder Formteile aus Spänen oder Fasern, welche aus Holz oder Bestandteilen von Einjahrespflanzen gewonnen wurden, feuerbestän dig ausgerüstet werden können. Des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, Plat ten und Formteile der genannten Art bereitzustellen, die feuerbeständig oder hochfeuerbeständig sind sowie ein Verfahren zum feuerbeständigen Ausrüsten von Platten oder Formteilen der genannten Art vorzuschlagen. Das vorgeschla gene Brandschutzmittel muß dabei mit den üblichen Bindemitteln zum Beleimen der Späne oder Fasern verträglich sein und darf unter Flammeneinwirkung keine gesundheitsschädlichen Rauchgase entwickeln.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Brandschutzmittel gelöst, welches 65 bis 85, vorzugsweise 74 Gewichtsanteile Ammoniumsulfat, 10 bis 25, vorzugs weise 19 Gewichtsanteile Borax und 4 bis 10, vorzugsweise 7 Gewichtsanteile Trinatriumphosphat enthält. Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Platten und Formteile enthalten dieses Brandschutzmittel.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum feuerbeständigen Ausrüsten von Platten oder Formteilen der eingangs genannten Art umfaßt folgende Verfahrensschritte:

- Die Späne oder Fasern werden mit einer Lösung des vorgeschlagenen Brandschutzmittels imprägniert,
- die imprägnierten Späne oder Fasern werden bis zu einem Feuchtegehalt von ca. 1% bis ca. 12%, vorzugsweise 1 bis 4% getrocknet,
- die imprägnierten und getrockneten Späne oder Fasern werden mit einem Bin demittel beleimt,
- die imprägnierten, getrockneten und beleimten Späne oder Fasern werden zu Preßvliesen zusammengefaßt und anschließend zu Platten oder Formteilen verpreßt.

Das vorgeschlagene Brandschutzmittel ist eine Mischung von anorganischen Sal zen, die keine Chloride enthalten und nicht toxisch sind. Es ist verträglich mit al len bekannten Kondensations- und Polymerisationsharzen, zum Beispiel Harn stoff-, Melamin- und Phenolformaldehydharzen, Epoxidharzen, Novolakharzen, PMDI-Harzen etc. Außerdem verursacht es kein Abdampfen von schädlichen Gasen aus der fertigen Platte oder dem fertigen Formteil.

Das im vorgeschlagenen Brandschutzmittel enthaltene Ammoniumsulfat fördert die oberflächige Verkohlung von Zellulose durch Bildung von Schwefelsäure.

Borax bläht beim Erhitzen und wirkt zusätzlich desinfizierend; ferner dient es beim Verpressen der Preßfliese als Schmelzflußmittel. Das außerdem im Brand schutzmittel enthaltene Trinatriumphosphat zersetzt sich ab 75°C zu NaOH und P₂O₅; es besitzt emulgierende, wasserenthärtende und puffernde Eigenschaften.

Durch Mischung dieser drei Salze im angegebenen Verhältnis erhält man ein Brandschutzmittel, mit dem Platten oder Formteile aus Spänen oder Fasern, die aus Holz oder Bestandteilen von Einjahrespflanzen gewonnen wurden, feuerbe ständig gemacht werden können.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brandschutzmittels be steht darin, daß zusätzlich 0,5 bis 2 Gewichtsanteile, vorzugsweise 1 Gewichtsan teil Natriummetasilikat beigemischt wird. Natriummetasilikat wirkt wasserent härtend, besitzt einen Netzmitteleffekt sowie eine desinfizierende Wirkung und gibt bei Erhitzung Wasser ab. Wenn es einer Lösung des Brandschutzmittels bei gemischt wird, dient es als Netzmittel und fördert so die Benetzung der Späne oder Fasern mit dem Brandschutzmittel. Ein vorteilhafter Nebeneffekt besteht in den fungiziden und insektiziden Eigenschaften, die das Brandschutzmittel durch Beimischung des Natriummetasilikats erhält.

Das vorgeschlagene Brandschutzmittel ist am vorteilhaftesten anzuwenden, wenn es in einer wäßrigen Lösung vorliegt, wobei die Lösungskonzentration 20 bis 50%, vorzugsweise 30 bis 35% betragen kann. Mit solch einer wäßrigen Lö sung können die Späne oder Fasern schon vor dem Beleimen und dem Verpres sen zu Platten oder Formteilen mit dem Brandschutzmittel durchtränkt und so mit imprägniert werden.

Zur Lösung der weiteren Aufgaben werden erfindungsgemäß Platten oder Form teile aus Spänen oder Fasern, die aus Holz oder Bestandteilen von Einjahres pflanzen gewonnen wurden, vorgeschlagen, welche das obengenannte, erfin dungsgemäße Brandschutzmittel enthalten. Dieses Brandschutzmittel kann Am moniumsulfat, Borax und Trinatriumphosphat in den oben angegebenen Mi schungsverhältnissen umfassen oder als vorteilhafte Weiterbildung zusätzlich Natriummetasilikat enthalten.

Die besten flammhemmenden Eigenschaften weisen diese Platten oder Formteile auf, wenn das Verhältnis zwischen der Trockenmasse des vorgeschlagenen Brandschutzmittels und der Trockenmasse der Späne oder Fasern 0,1 bis 0,4, vor zugsweise 0,2 beträgt.

Die Herstellung von feuerbeständigen Platten oder Formteilen aus Spänen oder Fasern erfolgt erfindungsgemäß mit dem in Anspruch 11 beschriebenen Verfah ren. Es wird also eine Lösung des vorgeschlagenen Brandschutzmittels zur Vor imprägnierung der Späne oder Fasern verwendet, mit der die Späne oder Fasern durchtränkt werden. Das Brandschutzmittel kann dabei die in Anspruch 1 ange gebene Salzmischung oder die in Anspruch 2 beschriebene Salzmischung enthal ten. Bevorzugterweise liegt das Brandschutzmittel in einer wäßrigen Lösung mit einer Konzentration von 20 bis 50%, vorzugsweise 30 bis 35% vor. Das Vorim prägnieren der Späne oder Fasern mit dem Brandschutzmittel kann in einem Tauchbad erfolgen, oder aber durch Eindüsen des Brandschutzmittels in einen Durchlaufmischer oder eine Mischschnecke. Die Dichte der verwendeten Brand schutzmittellösung liegt vorzugsweise bei ca. 1,2 g/cm³, wobei sie einen pH-Wert im leicht alkalischen Bereich, vorzugsweise bei ca. 8,5 aufweist.

Zum Beleimen der Späne oder Fasern dürfen diese einen Feuchtegehalt von ca. 12% üblicherweise nicht überschreiten. Daher ist es nach dem Imprägnieren mit einer wäßrigen Brandschutzmittellösung notwendig, die imprägnierten Späne oder Fasern zu trocknen. Nach dem Trocknen weisen die imprägnierten Späne oder Fasern einen pH-Wert von ca. 3,5 bis 4,5 auf.

Vorzugsweise werden zum Beleimen der mit dem Brandschutzmittel imprägnier ten Späne oder Fasern Harnstoff- oder Melaminharze verwendet. Dies bietet den großen Vorteil, daß das im Brandschutzmittel enthaltene Ammoniumsulfat wäh rend des Verpressens der Späne oder Fasern aufgrund der dabei erfolgenden Er wärmung disoziiert und als Härter für das Bindemittel fungiert. Die Zugabe ei ner separaten Härtersubstanz erübrigt sich dadurch. Bei Spänen oder Fasern aus Stroh werden hingegen vorzugsweise PMDI-Harze als Bindemittel eingesetzt.

Das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in Platten oder Form teilen aus Spänen oder Fasern, die feuerbeständig bis hochfeuerbeständig sind, ohne daß es nötig wäre, eine zusätzliche flammhemmende Beschichtung aufzu bringen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Beispiele weiter erläutert.

Beispiel 1

Späne aus Kiefernholz wurden in bekannter Weise durch Zerspanung von Rund holz gewonnen, so daß ihre Länge 5 bis 15 mm, ihre Breite 2 bis 4 mm und ihre Dicke 0,2 bis 0,5 mm betrugen. Diese Späne wurden auf einen Feuchtegehalt von etwa 30% vorgetrocknet.

In einem Durchlaufmischer wurde den vorgetrockneten Spänen eine Brand schutzmittellösung der folgenden Zusammensetzung zugegeben:

50 Gewichtsanteile Wasser,
37 Gewichtsanteile Ammoniumsulfat,
9,5 Gewichtsanteile Borax,
3,5 Gewichtsanteile Trinatriumphosphat.

Das Verhältnis zwischen der Masse der zugegebenen Brandschutzmittellösung und der Trockenmasse der Späne betrug 0,6.

Das imprägnierte Spangut wurde sodann in einem Trommeltrockner auf eine Restfeuchte von ca. 1% getrocknet und in einen Beleimungsmischer eindosiert. Im Beleimungsmischer wurde dem imprägnierten Spangut ein wäßriges Binde mittel der folgenden Zusammensetzung beigegeben:

82,5 Gewichtsanteile Harnstoff-Formaldehyd-Flüssigharz (65%ig),
5 Gewichtsanteile Paraffinemulsion (50%ig),
12,5 Gewichtsanteile Wasser.

Bei diesem Verfahrensschritt konnte auf die Zugabe einer Härtersubstanz ver zichtet werden, da das getrocknete, imprägnierte Spangut einen pH-Wert von 3,5 bis 4 aufwies und das zugegebene Brandschutzmittel somit beim Pressen als Här ter fungierte. Das Verhältnis zwischen der Masse des wäßrigen Bindemittels und der Masse des getrockneten, imprägnierten Spanguts betrug ca. 0,2.

Die beleimten Späne wurden zu einem Vlies aufgestreut und 3,4 min lang bei ei ner Temperatur von 180°C mit einem Preßzeitfaktor von 10 sec/mm zu einer Spanplatte verpreßt. Die so hergestellte Spanplatte wies folgende Parameter auf:

Dicke: 20,4 mm
Dichte: 650 kg/m³
Gewicht pro m²: ca. 13,3 kg
Biegefestigkeit: ca. 24 N/mm²
Querzugfestigkeit (V 20): ca. 0,42 N/mm²
Querzugfestigkeit (V 100): ca. 0,18 N/mm²
Dickenquellung (2 h): ca. 5,5%.

Die fertige Spanplatte ist als Möbelplatte in Trocken- und Feuchträumen sowie im Außenbereich entsprechend den DIN-Normen 68 761 (Teile 1 und 4), 68 762, 68 763 und 68 800 verwendbar.

Die feuerbeständige Ausrüstung der Spanplatte wurde getestet, indem die volle Flamme eines Bunsenbrenners im Abstand von 13,5 cm auf die Plattenoberfläche gerichtet wurde, wodurch dort eine Temperatur zwischen 800°C und 1000°C herrschte. Eine Beflammungsdauer von 5 min konnte kein Entflammen der Span platte bewirken. Es wurde lediglich eine oberflächige Verkohlung festgestellt; die Rauchentwicklung war äußerst gering. Die Spanplatte erfüllte die Anforderun gen der DIN-Norm 4102.

Beispiel 2

Weizenstroh wurde bis zu einer Länge von 4 bis 8 mm, einer Breite von 0,5 bis 2 mm und einer Dicke von ca. 0,15 mm zerkleinert und zerfasert. Diese Strohfasern wurden in einer Mischschnecke mit einer Brandschutzmittellösung der folgenden Zusammensetzung vermischt:

21 Gewichtsanteile Ammoniumsulfat,
5,4 Gewichtsanteile Borax,
3 Gewichtsanteile Trinatriumphosphat,
0,6 Gewichtsanteile Natriummetasilikat,
70 Gewichtsanteile Wasser.

Das Verhältnis zwischen der Masse der zugesetzten Brandschutzmittellösung und der Trockenmasse der Strohfasern betrug 0,67.

Anschließend wurden die imprägnierten Strohfasern in einer Entwässerungs schnecke von überschüssiger Brandschutzmittellösung befreit und danach auf ei nen Restfeuchtegehalt von ca. 4% getrocknet.

Auf diese Strohfasern wurde PMDI-Harz aufgesprüht, so daß sich ein Verhältnis zwischen der Masse des PMDI-Harzes und der Trockenmasse der Strohfasern von 0,06 einstellte.

Die imprägnierten und beleimten Strohfasern wurden zu einem Vlies aufge streut, in einer Vorwärmstation bis zu einer Kerntemperatur von ca. 60°C er wärmt und sodann während 4,4 min, bei einer Temperatur von 200°C und mit einem Preßzeitfaktor von 15 sec/mm, zu einer Faserplatte verpreßt. Die fertige Faserplatte wies folgende Parameter auf:

Dicke: 17,5 mm
Dichte: 550 kg/m³
Gewicht pro m²: 9,6 kg.

Auch diese Faserplatte wurde der Flamme eines Bunsenbrenners im Abstand von 13,5 cm ausgesetzt, so daß sich an der Plattenoberfläche eine Temperatur zwi schen 800°C und 1000°C ergab. Nach einer Beflammungsdauer von 5 min erfuhr die Platte, außer einer sich ohne Flammenausbildung entwickelnden oberflächi gen Verkohlung, keine Veränderung. Es war dabei eine nur sehr geringe Rauch entwicklung festzustellen. Die DIN-Norm 4102 wurde ebenfalls erfüllt.

Claims

1. Brandschutzmittel für Platten oder Formteile aus Spänen oder Fasern, die aus Holz oder Bestandteilen von Einjahrespflanzen gewonnen wurden, enthaltend: 65 bis 85, vorzugsweise 74 Gewichtsanteile Ammoniumsulfat, (NH₄)₂SO₄;
10 bis 25, vorzugsweise 19 Gewichtsanteile Borax, Na₂B₄O₇·10 H₂O;
4 bis 10, vorzugsweise 7 Gewichtsanteile Trinatriumphosphat, Na₃PO₄·12 H₂O.

2. Brandschutzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich 0,5 bis 2 Gewichtsanteile, vorzugsweise 1 Gewichtsanteil Natriumme tasilikat, Na₂SiO₃·9 H₂O, enthält.

3. Brandschutzmittel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß es in Wasser gelöst ist.

4. Brandschutzmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung eine Konzentration von 20 bis 50%, vorzugsweise 30 bis 35%, aufweist.

5. Platte aus Spänen oder Fasern, die aus Holz oder Bestandteilen von Einjahres pflanzen gewonnen wurden, enthaltend ein Brandschutzmittel mit folgenden Be standteilen: 65 bis 85, vorzugsweise 74 Gewichtsanteile Ammoniumsulfat, (NH₄)₂SO₄;
10 bis 25, vorzugsweise 19 Gewichtsanteile Borax, Na₂B₄O₇·10 H₂O;
4 bis 10, vorzugsweise 7 Gewichtsanteile Trinatriumphosphat, Na₃PO₄·12 H₂O.

6. Platte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Brand schutzmittel zusätzlich 0,5 bis 2 Gewichtsanteile, vorzugsweise 1 Gewichtsanteil Natriummetasilikat, Na₂SiO₃·9 H₂O, enthält.

7. Platte nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Trockenmasse des Brandschutzmittels und der Trockenmasse der Späne oder Fasern 0,1 bis 0,4, vorzugsweise 0,2 beträgt.

8. Formteil aus Spänen oder Fasern, die aus Holz oder Bestandteilen von Einjah respflanzen gewonnen wurden, enthaltend ein Brandschutzmittel mit folgenden Bestandteilen: 65 bis 85, vorzugsweise 74 Gewichtsanteile Ammoniumsulfat, (NH₄)₂SO₄;
10 bis 25, vorzugsweise 19 Gewichtsanteile Borax, Na₂B₄O₇·10 H₂O;
4 bis 10, vorzugsweise 7 Gewichtsanteile Trinatriumphosphat, Na₃PO₄·12 H₂O.

9. Formteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Brand schutzmittel zusätzlich 0,5 bis 2 Gewichtsanteile, vorzugsweise 1 Gewichtsanteil Natriummetasilikat, Na₂SiO₃·9 H₂O, enthält.

10. Formteil nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Trockenmasse des Brandschutz mittels und der Trockenmasse der Späne oder Fasern 0,1 bis 0,4, vorzugsweise 0,2 beträgt.

11. Verfahren zum feuerbeständigen Ausrüsten von Platten oder Formteilen aus Spänen oder Fasern, die aus Holz oder Bestandteilen von Einjahrespflanzen ge wonnen wurden, mit folgenden Verfahrensschritten:

- die Späne oder Fasern werden mit einer Brandschutzmittellösung imprägniert, deren gelöste Bestandteile enthalten:
65 bis 85, vorzugsweise 74 Gewichtsanteile Ammoniumsulfat, (NH₄)₂SO₄;
10 bis 25, vorzugsweise 19 Gewichtsanteile Borax, Na₂B₄O₇·10 H₂O;
4 bis 10, vorzugsweise 7 Gewichtsanteile Trinatriumphosphat, Na₃PO₄·12 H₂O;
- die imprägnierten Späne oder Fasern werden bis zu einem Feuchtegehalt von ca. 1% bis ca. 12%, vorzugsweise 1 bis 4%, getrocknet,
- die imprägnierten und getrockneten Späne oder Fasern werden mit einem Bin demittel beleimt,
- die imprägnierten, getrockneten und beleimten Späne oder Fasern werden zu Preßvliesen zusammengefaßt und anschließend zu Platten oder Formteilen ver preßt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gelö sten Bestandteile der Brandschutzmittellösung zusätzlich 0,5 bis 2 Gewichtsantei le, vorzugsweise 1 Gewichtsanteil Natriummetasilikat, Na₂SiO₃·9 H₂O, enthal ten.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Brandschutzmittellösung eine Lösungskonzentration von 20 bis 50%, vorzugsweise 30 bis 35% aufweist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß das Imprägnieren der Späne oder Fasern in einem Tauchbad erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß das Imprägnieren der Späne oder Fasern in einem Durchlauf mischer oder einer Mischschnecke erfolgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, daß die imprägnierten Späne oder Fasern in einer Entwässerungs schnecke von überschüssiger Brandschutzmittellösung befreit werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekenn zeichnet, daß die Brandschutzmittellösung einen pH-Wert im leicht alkali schen Bereich, vorzugsweise um 8,5 aufweist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekenn zeichnet, daß die imprägnierten und getrockneten Späne oder Fasern einen pH-Wert zwischen 3,5 und 4,5 aufweisen.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, daß das Bindemittel aus Harnstoff- oder Melaminharzen besteht.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, daß als Bindemittel für Späne oder Fasern aus Stroh PMDI-Harze verwendet werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekenn zeichnet, daß die Preßvliese bei Temperaturen von 180 bis 220°C und Drücken von 150 bis 300 N/cm² zu Platten oder Formteilen verpreßt werden.