DE19906764C2 - Borverbindung enthaltende Gipsfaserplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Borverbindung enthaltende Gipsfaserplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft Gipsfaserplatten mit einer verringerten Kohlenmonoxid-Emission im Brandfall, verbesserten mechanischen Eigenschaften und erhöhter Resistenz gegen Schimmelbefall und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Die Verwendung von Borverbindungen als flammhemmende Mittel ist beispielsweise aus der EP 563 536 A bekannt, die ein Isoliermaterial aus Cellulosefasern betrifft, welche mit einer Borsäuresalzlösung behandelt wurden. Nach der Behandlung der Fasern erfolgt die Verpressung zu einer Platte, die als Isoliermaterial im Hinblick auf Warme und Schall einsetzbar ist. Die US 3 453 160 offenbart eine Gipskartonplatte oder Gipsbauplatte, die 4 bis 10 Gew.-% Borsäure, ausgedruckt als B2O3 und bezogen auf die Masse aus Borsäure und Gipskristallen, enthält. Es wird vorgeschlagen, diese Gipsbauplatte zur Absorption von Neutronen zu verwenden. Aus der JP 5-9 199 585 ist eine Gipskartonplatte bekannt, deren Papierdeckschichten vor der Plattenherstellung mit Borsäure oder einem Borsäuresalz behandelt worden sind. Alternativ wird vorgeschlagen, schon die Fasern der Papierpulpe mit den zuvor genannten Verbindungen zu behandeln. Durch diese Behandlung wird die Feuerbeständigkeit erhöht.
Die DE 42 27 920 A1 beschreibt einen plattenförmigen wärmedämmenden Baustoff der Baustoffklasse B2 und somit einen normal entflammbaren Baustoff, der Gips als Bindemittel und Borax als Mittel zur Fäulnishemmung enthält. Borax ist in der wäßrigen Masse in einer Menge von etwa 3 Gew.-% enthalten.
Die EP 33 391 B1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen schwer entflammbarer oder nicht brennbarer Produkte auf der Basis faseriger Materialien, in dem die faserigen Materialien zu einem wäßrigen Brei aufbereitet werden, dem Brei calciumhaltige Borminerale und Schwefelsäure zugemischt werden und das so erhaltene Gemisch nach einer Reifezeit zur Umwandlung des calciumhaltigen Borminerals in Borsäure und Calciumsulfat Vliesbildungs- und Faserentwässerungsmaschinen zugeleitet, entwässert und getrocknet wird. Die hier beschriebenen Gipsplatten besitzen einen Borgehalt von mehr als 10 Gew.-%.
Die EP 258 064 A2 beschreibt eine hochfeste feuerwiderstandsfähige Zusammensetzung zur Herstellung der Kernmatrix einer Gipsfaserplatte. Diese Platte enthält 1 bis 5 Gew.-% Fasern, 1 bis 25 Gew.-% eines feuerhemmenden Mittels, jeweils bezogen auf das Calciumsulfat-Halbhydrat, ein die Festigkeit erhöhendes Mittel und Wasser. Feuerhemmende Mittel sind Borverbindungen wie Borsäure, Borsäureanhydrid, wasserfreies Natriumborat oder Natriumtetra­ boratdekahydrat. Dieser Offenbarung ist ferner zu entnehmen, daß die Kombination von Borsäure und natürlichen Fasern bei der Einwirkung von Feuer eine größere Festigkeit liefert als Glasfaser. Es ist folglich bekannt, daß Borsäure auch die Feuerfestigkeit erhöht.
Eine wichtige Anforderung an Gipsfaserplatten besteht darin, daß sie im Brandfall eine möglichst geringe Kohlenmonoxid-Emission zeigen sollen. Bei der sogenannten inhalationstoxikologischen Prüfung nach DIN 4102 und DIN 53 436 stellte sich bei einer Gipsfaserplatte mit einer Dicke von mm und einem Faseranteil von etwa 11% nach einstündiger Prüfung eine Kohlenmonoxid(CO)-Konzentration in den Schwelgasen von 1200 ppm ein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gipsfaserplatte bereitzustellen, die in die Baustoffklasse A2 klassifiziert werden kann und die über verbesserte mechanische Eigenschaften, insbesondere eine verbesserte Biegzugfestigkeit und einen verbesserten Elastizitäts(E)-Modul verfügt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Gipsfaserplatte der Baustoffklasse A2, enthaltend einen abgebundenen Gips, übliche Additive sowie 5 bis 45 Gew.-% Cellulosefasern und 0,1 bis 0,6 Gew.-% einer Borverbindung, jeweils bezogen auf das Gewicht der fertigen Gipsfaserplatte.
Wesentliches Merkmal für die Erfindung ist die Einstellung der zuvor genannten Konzentration der Borverbindung. Die Prüfung der erfindungsgemäßen Platten nach DIN 53 436 zeigt, daß diese in die Baustoffklasse A2 nach DIN 4102 einzuordnen sind.
Nach DIN 4102 Teil 1 gehören zu der Baustoffklasse A2 Bauteile, die zwar nicht selbst entzündbar sind, aber in geringem Maße brennbare Anteile enthalten. Zur Klassifizierung muss das Abbrandverhalten (Brandschacht), die Entflammbarkeit und die Temperaturerhöhung (Ofenprüfung), die Rauchdichte und die Rauchgastoxizität geprüft werden. Nach der Norm müssen Wärmeabgabe und Brandausbreitung sehr gering, die entzündbaren Gase begrenzt und die Rauchentwicklung unbedenklich sein, um die Voraussetzungen für die Einreihung in die Baustoffklasse A2 zu erfüllen.
Wenn auch in bezug auf die Verringerung der CO-Emission keine Beschränkung der Konzentration der Borverbindung in der Gipsfaserplatte erforderlich ist, so hat sich überraschend herausgestellt, daß sich die Biegzugfestigkeit und das E-Modul bei einer Konzentration der Borverbindung von mehr als 0,6 Gew.-% in der Platte wieder verschlechtern.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Platte besteht in der dem Schimmelbefall vorbeugenden Wirkung der Borverbindung, die überraschender Weise bereits bei der niedrigen angegebenen Konzentration gegeben ist. Wegen des relativ hohen Anteils an organischen Fasern, beispielsweise Cellulosefasern, besteht die Gefahr, daß Gipsfaserplatten unter konstanten feuchtwarmen Bedingungen von Schimmel befallen werden. Durch den Einsatz von mindestens 0,1 Gew.-% Borverbindung, bezogen auf die Masse der Gipsfaserplatte, wird dem Schimmelbefall vorgebeugt.
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung von Borverbindungen, ausgewählt aus Boroxid, Borsäure, Borat, insbesondere Alkaliborat, und deren Mischungen in Gipsplatten zur Verringerung der Kohlenmonoxid-Emission von Gipsplatten im Brandfall.
Erfindungsgemäße eine Borverbindung enthaltende Gipsfaserplatten sind einschichtige oder mehrschichtige Platten. Mehrschichtige Platten enthalten beispielsweise eine Schicht geringerer Dichte und mindestens zwei Schichten höherer Dichte. Mehrschichtige Platten können eine Sandwichstruktur aufweisen mit einer Kernschicht geringerer Dichte und jeweils einer Deckschicht mit höherer Dichte als der Kernschicht auf beiden Seiten der Kernschicht.
Erfindungsgemäß geeignete Borverbindungen sind beispielsweise Boroxide, Borsäure und Borate. Es können auch Gemische dieser Verbindungen eingesetzt werden, um die erfindungsgemäß erwünschten Eigenschaften einzustellen. Beispiele geeigneter Borate sind Alkaliborate wie Borax, insbesondere Kristallwasser enthaltendes Natriumborat.
Als Gipse zur Gipsfaserplattenherstellung können grundsätzlich alle abbindefähigen Gipse eingesetzt werden, β-Halbhydratgipse sind besonders geeignet. Es können auch Gemische von β-Halbhydratgipsen und anderen abbindefähigen Gipsen eingesetzt werden.
Bevorzugt werden Cellulosefasern in Form von Holzabfällen, Papierabfällen und Pappeabfällen. Besonders bevorzugt sind Altpapierfasern. Die Fasermenge in der Platte beträgt 5 bis 45 Gew.-%, bevorzugt 8 bis 20% Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der fertigen Gipsfaserplatte. In mehrschichtigen Platten können die Faserkonzentrationen in den einzelnen Schichten verschieden sein. Auch ist es denkbar, daß eine Schicht nahezu keine Fasern enthält.
Zur Modifizierung des Gewichts oder der Dichte der Gipsfaserplatte können sogenannte Leichtzuschlagstoffe der Herstellungsmasse zugesetzt werden und in der Platte enthalten sein. In mehrschichtigen Gipsfaserplatten wird vorzugsweise die Kernschicht einen Leichtzuschlagstoff enthalten. Geeignete Leichtzuschlagstoffe sind Perlite, Schaumglasgranulat oder geblähter Vermiculit. Die Konzentration der Leichtzuschlagstoffe wird in Abhängigkeit vom gewünschten Gewicht und bei einschichtigen Platten von deren nach Zugabe von Leichtzuschlagstoff erhaltenen Oberflächeneigenschaften gewählt. Sie kann beispielsweise in der Mittelschicht einer dreischichtigen Platte 2 bis 50 Gew.-%, insbesondere etwa 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mittelschicht betragen.
Neben den Hauptbestandteilen Gips, Fasern, Wasser und gegebenenfalls Leichtzuschlagstoffen enthält die Gipsfaserplatte übliche Additive. Solche Additive sind beispielsweise Abbindebeschleuniger, Abbindeverzögerer, Benetzungsmittel, Mittel, die die Verklumpung der Fasern verhindern wie Kalk, Zement und Schönungsmittel wie Bentonit.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Gipsfaserplatten kann nach dem sogenannten Naßverfahren, dem Trockenverfahren oder Halbtrockenverfahren erfolgen. Alle Verfahren sind in der einschlägigen Literatur beschrieben und dem Fachmann bekannt. Besonders empfehlenswert ist das in der WO 93/01932 beschriebene Halbtrockenverfahren, auf deren Offenbarung hier beispielhaft Bezug genommen wird.
Zunächst wird ein Teil oder die Gesamtheit der Cellulosefasern in einer Mischstufe mit Anmachwasser angefeuchtet, wobei feuchte lose Fasern erhalten werden. Die Fasern können eine Teilchengröße von weniger als 2000 µm aufweisen. Zur Verhinderung des Aneinanderbackens von Fasern kann den Fasern Calciumoxid (CaO) zugemischt werden. Das Zumischen von CaO erfolgt beim Vermahlen des trockenen Papiers. CaO kann auch im Gemisch mit Natriumsilicat und den weiteren zuvor genannten Mitteln zur Verhinderung des Verklumpens der Fasern zugesetzt werden. Über das Anmachwasser wird die Borverbindung zugesetzt, wobei die Konzentration der Borverbindung im Anmachwasser 0,5 bis 5 Gew.-% betragen kann. Ein Teil des Anmachwassers kann auch dem Leichtzuschlagstoff zugesetzt werden.
Mit dem trockenen calcinierten Gips können die angefeuchteten Fasern während des Transports zum Formband vermischt werden. Nach Aufgabe auf das Formband kann die dabei erhaltene Matte sofort verpreßt und entgast werden. Anschließend kann in einer Nachbefeuchtungsstufe weiteres Wasser auf die verpreßte Matte aufgegeben werden. Dieses Wasser kann einen Abbindebeschleuniger enthalten. Das Abbinden des Gipses und der größte Teil der Hydratation erfolgt im wesentlichen innerhalb weniger Minuten während die Matte kontinuierlich verpreßt wird. Es erfolgt die Trocknung der Gipsfaserplatte und anschließend wird die Platte auf das gewünschte Maß gesägt.
Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Beispiel
Eine nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Gipsfaserplatte mit einer Faserkonzentration von etwa 11 Gew.-% und einem Natriumtetraborat-Dekahydrat in einer Konzentration von etwa 0,3 Gew.-% besitzt eine Dicke von etwa 10 mm. Eine solche Platte wurde verglichen bezüglich der CO-Emission, der Biegezugfestigkeit, dem E-Modul und dem Schimmelbefall mit einer entsprechenden Platte ohne Zusatz einer Borverbindung. Die Bestimmung der CO- Emission erfolgte nach DIN 4102 und DIN 53 436. Biegezugfestigkeit und E-Modul wurden auf der Grundlage der DIN 18 180 ermittelt. Zur Ermittlung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Schimmelbefall wurden die Platten über einen längeren Zeitraum bei 25 bis 28°C und 90 bis 100% relativer Feuchte ohne Luftaustausch gehalten. Die ermittelten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben.
Aus den dargestellten Ergebnissen wird deutlich, daß im angegebenen Fall die CO-Emission nach einer Stunde Schwelbrand durch Zusatz der Borverbindung auf ein Drittel verringert wurde. Die Biegezugfestigkeit wird um etwa 15% verbessert. Der E-Modul steigt sogar um 44% an. Ferner wurde festgestellt, daß bei einer Konzentration der Borverbindung von 0,6 Gew.-%, also oberhalb des Optimums, die Biegefestigkeit nur noch auf 7,5 N/mm2 und der E-Modul nur noch auf 5500 N/mm2 gesteigert werden konnte. Bei der Überprüfung des Schimmelbefalls konnte an der erfindungsgemäßen Platte auch sechs Wochen noch kein Befall festgestellt werden.

Claims (12)

1. Gipsfaserplatte der Baustoffklasse A2, enthaltend einen abgebundenen Gips, übliche Additive sowie
5 bis 45 Gew.-% Cellulosefasern und
0,1 bis 0,6 Gew.-% einer Borverbindung,
jeweils bezogen auf das Gewicht der fertigen Gipsfaserplatte.
2. Gipsfaserplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Borverbindung ein Boroxid, eine Borsäure und/oder ein Borat ist.
3. Gipsfaserplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Borat ein Alkalimetallborat ist.
4. Gipsfaserplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimetallborat ein Kristallwasser enthaltendes Natriumborat ist.
5. Gipsfaserplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte mehrschichtig aufgebaut ist und sich die Schichten der Platte durch unterschiedliche Dichten und/oder Faserkonzentrationen unterscheiden.
6. Gipsfaserplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gipsfaserplatte aus drei Schichten aufgebaut ist und die mittlere Schicht eine geringere Dichte als die äußeren Schichten aufweist.
7. Verfahren zur Herstellung einer Gipsfaserplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aus einem abbindfähigen Gips, Cellulosefasern, Anmachwasser, mindestens einer Borverbindung und weiteren üblichen Additiven, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Anmachwasser mindestens eine Borverbindung in einer Konzentration von 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Menge des Anmachwassers, zusetzt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Herstellungsmasse zur Herstellung der Gipsfaserplatte Leichtzuschlagstoffe zugesetzt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des Anmachwassers den Fasern zusetzt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasern mit fein zerstäubtem Anmachwasser, das die Borverbindung(en) nach einem der Ansprüche 2 bis 4 enthält, besprüht.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Anmachwasser eine oberflächenaktives Mittel zusetzt.
12. Verfahren nach 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Masse des aufgesprühten Anmachwassers auf 60 bis 140 Gew.-% der Masse der trockenen Fasern einstellt.
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