DE2455552A1 - Verfahren zur herstellung von flammschutzkomponenten fuer holzspanplatten - Google Patents

Description

• Verfabren zur Herstellung von Blammschutzkomponenten für Holzspanplatten Um eine vielseitige Verwendbarkeit von aus Holzspänen erzeugten Formkörpern, wie beispielsweise Spanplatten, zu gewährleisten, müssen diese mit solchen Eigenschaften ausgestattet sein, daß sie möglichst viele der technischen Anforderungen erfüllen, die durch das jeweilige Anwendungsgebiet, wie beispielsweise auf dem Bausektor, an ein solches Material gestellt werden. Für viele dieser Anwendungswecke ist es auch wünschenswert, Spanplatten einsetzen zu können, die nur schwer entflammbar sind.
• Es ist bereits bekannt, phenolharz- oder carbamidharzverleimte Spanplatten mit flammwidrigen Eigenschaften herzustellen. Eine dieser Möglichkeiten besteht darin, unbrennbare Schichten aus anorganischen Stoffen, wie beispielsweise Asbest, Glaswolle, Vermiculit oder dergleichen, auf der Oberfläche oder im Innern der Platten anzubringen. Solche Schichten vermindern jedoch erheblich die Festigkeit der Platten.
• Außenschichten erschweren außerdem die Behandlung der Oberflächen und ergeben einen schlechten Haftgrund für Leime oder Lacke. Zudem ist in beiden Fällen nur eine geringe Flammwidrigkeit zu erreichen.
• Eine wesentlich bessere Wirkung läßt sich nach anderen bekannten Verfahren erzielen, wenn die Holzspäne der Platte direkt mit einem entsprechenden Flammschutzmittel behandelt werden. Dazu können die Späne mit flüssigen Mitteln oder den Lösungen fester Mittel getränkt oder mit festen Mitteln in feinverteilter Form vermischt werden.
• Unter den anorganischen Stoffen zur Blammschutzbehandlung von Holz stellen bekanntlich Borverbindungen, insbesondere Borsäure und Borax, die wirkungsvollsten Mittel dar. Die Anwendung dieser Flammschutzkomponenten bei Holzspanplatten ist jedoch schwierig. Eine Tränkung der Späne mit der wäßrigen Lösung dieser Borverbindungen und anschließendes Abdampfen des Wassers ist sowohl verfahrenstechnisch als auch wirtschaftlich sehr nachteilig. Das gleiche gilt vom Gränken oder Besprühen der fertigen Platten Bit solchen Lösungen. In diesem Fall kommt noch eine Verminderung der Festigkeit der behandelten Platten hinzu.
• Aber auch die Zugabe von feinvermahlenen, trockenen Borverbindungen zu den trockenen Holzspänen vor dem Verleimen ergibt kein einwandfreies Ergebnis. Die feinen Teilchen werden von den Holz spänen nicht gebunden, so daß im Verlauf des Fabrikationsprozesses, begünstigt durch das unterschiedliche spezifische Gewicht, eine Entmischung eintritt und Platten mit sehr unterschiedlichen Flammschutzeigenschaften entstehen.
• Eine Möglichkeit, diese Schwierigkeiten zu umgehen, beschreibt die deutsche Patentschrift 1 812 825.
• Nach dem darin erläuterten Verfahren werden den Holzspänen Faserstoffe, beispielsweise Holz- oder Textilstäube, Bangstoffe aus Abwässern oder dergleichen, zugegeben, an die die Flammschutzmittel, insbesondere Borsäure, in feinstgemahlenem Zustand angelagert worden sind. Durch Auswahl der Faserstoffe und der Menge der okkludierten Borsäure läßt sich ein präparierter Faserstoff schaffen, der das gleiche Schüttgewicht wie die zu verwendenden Holzspäne hat, so daß ein Entmischen beim Fabrikationsvorgang vermieden wird.
• Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei dieser Arbeitsweise zwar ein direktes Entmischen von Holzfasern und präpariertem Faserstoff vermieden wird. Jedoch ist beim Vermischen der Faserstoffpräp arate mit den Holz spänen eine erhebliche Staubbelästigung festzustellen, die außerdem in bestimmten Phasen der Brzeugung dieser Faserstoffpräparate auch auftritt.
• Daher wurde nach einem Verfahren gesucht, das es gestattet, Flammschutzkomponenten für Holzspanplatten herzustellen, die nicht mit den genannten Nachteilen behaftet sind.
• Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von Flammschutzkomponenten aus pulverförmigen Borverbindungen mit feinzerteilten Faserstoffen für Holzspanplatten gefunden. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß feinzerteilte Faserstoffe und feinteiliges Calciumborat mit einer wasserbindenden Substanz innig vermischt werden und dieses Gemisch mit einer wäßrigen Lösung von anorganischen Verbindungen, die sich mit Calciumborat unter Bildung von Borsäure umsetzen, in einer Menge besprüht wird, die zur Bildung eines trokkenen, faserigen Produkts ausreicht.
• Als Ausgangsstoffe für die erfindungsgemäße Herstellung der Flammschutzkomponenten eignen sich die verschiedensten Arten von faserigen und saugfähigen Materialien, wie beispielsweise Holz- oder Teftilfasern, Holzspäne, tierische Federn, synthetische Fasern oder mineralische Fasern, wie Asbestfasern, Glasfasern oder Schlackenwolle. Als besonders geeignet hat sich zerfasertes Papier erwiesen.
• Diesen feinzerteilten Faserstoffen wird dann ein Calciumborat zugesetzt. Besonders bewährt hat sich dazu das Calciumborat-Mineral Colemanit, das zu diesem Zweck besonders fein vermahlen sein muß. Vorteilhaft sollen etwa 96 Gewichtsprozent dieses Colemanits eine Korngrö ße unter 0,1 mm haben. Die Zugabemenge an Calciumborat wird'vorzugsweise so bemessen, daß pro 100 Gewichtsteile feinzerteilter Faserstoff 10 bis200 Gewichtsteile Calciumborat, als wasserfreies Salz gerechnet, eingesetzt werden.
• Um das bei der nachfolgenden Behandlung mit der wäßrigen Lösung einer anorganischen Verbindung autgebrachte Wasser sicher binden zu können, wird den feinzerteilten Faserstoffen neben dem feinteiligen Calciumborat gleichzeitig noch eine wasserbindende Substanz zugegeben. Als solche haben sich insbesondere Stärke oder abbindefähiges Calciumsulfat bewährt. Die aufzubringende Menge beträgt bei Stärke bis zu 20 Gewicht steilen und bei abbindefähigem Calciumsulfat bis zu 70 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile Faserstoff.
• Diese Substanzen werden innig vermischt. Hierzu können gebräuchliche Vorrichtungen, wie beispielsweise Drehtrommeln, eingesetzt werden.
• Damit das feinteilige Calciumborat zusammen mit der wasserbindenden Substanz ausreichend fest auf den Fasern haftet, wird das trockene Gemisch dieser drei Stoffe erfindungsgemäß und vorteilhaft unter lebhafter Bewegung mit einer wäßrigen Lösung besprüht, die anorganische Verbindungen enthält, welche sich mit dem Calciumborat unter Bildung von Borsäure umzusetzen vermögen. Eine solche anorganische Verbindung ist vor allem Phosphorsäure, die dabei vorteilhaft in einer Konzentration von 45 bis 63 Gewichtsprozent P205 angewendet wird. Dabei ist die Menge an Phosphorsäure so zu bemessen, daß zur Bildung von Borsäure aus dem Calciumborat annähernd die stöchiometrische Menge zur Anwendung gelangt.
• Anstelle der Phosphorsäure lassen sich auch wäßrige Lösungen von Ammoniumhydrogensulfat mit gutem Erfolg verwenden. Solche Lösungen sollen einen Gehalt von 40 bis 90 Gewichtsprozent Ammoniumhydrogensulfat enthalten. Anstelle des Ammoniumhydrogensulfats kann ebenfalls ein Gemisch aus Ammoniumsulfat und Schwefelsäure verwendet werden, wobei die wäßrige Lösung dann 20 bis 60 Gewichtsprozent (NH4)2S04 und 20 bis 50 Gewichtsprozent H2S04 enthält. Auch die Lösungen der Ammoniumsalze kommen in annähernd stöchiometrischer Menge zur Anwendung.
• Beim Zusammentreffen der Lösungströpfchen mit den auf der Faser zunächst nur leicht haftenden Calciumboratteilchen werden letztere zumindest oberflächlich angelöst. In dieser entstehenden Lösung findet offenbar die Umsetzung statt, die zu einem Reaktionsprodukt führt, das fest auf der Oberfläche jeder einzelnen Faser des feinzerteilten Faserstoffs haftet. Je nach den in der wäßrigen Lösung vorliegenden anorganischen Verbindungen können dabei beispielsweise folgende Reaktionen ablaufen: 2 CaO#3 B2O3#5 H2O+4 H3PO4+4 H2O -->6 H3BO3+2 Ca(H2PO4)2#H2O oder 2 ao. 3 B203 5 H20+4 NH4HSO4+6 H20 --+6 H3B03+2 0aS 2 H20+2¢H4)2S04 Das Besprühen der mit dem Calciumborat und der wasserbindenden Substanz vermischten Fasern mit diesen Lösungen kann bei Temperaturen zwischen 10 und 2000C vorgenommen werden, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 20 und 10000, und besonders günstig bei Raumtemperatur.
• Durchdiese Umsetzungen entstehen äußerst feinteilige Substanzen, die sich auf der Einzelfaser des feinzerteilten Faserstoffs niederschlagen. Gleichzeitig wird, je nach der Lösungskonzentration, ein Teil oder das gesamte Wasser von den Produkten dieser Umsetzung als Kristallwasser gebunden und dadurch eine Agglomerierung von Einzelfasern des feinzerteilten Faserstoffs bewirkt. Diese Bindung des Wassers wird durch die in dem Gemisch vorliegenden wasserbindenden Substanzen, wie beispielsweise Stärke oder abbindefähiges Calciumsulfat, so weitgehend vervollständigt, daß normalerweise keine oder nur eine geringe Nachtrocknung des entstehenden Produkts erforderlich ist, die ohne stärkere Erwärmung im Vakuum vorgenommen werden kann. Das Kristallwasser unterstützt im Brandfall die Wirkung der Flammschutzkomponenten, da zum Verdampfen dieses Kristallwassers zusätzliche Wärmeenergie verbraucht wird.
• Wird die Eonzentration und die Menge an aufzusprühender wäßriger Lösung so bemessen, daß für die genannten Umsetzungen annähernd stöchiometrische Mengen an Reaktionskomponenten vorliegen, entstehen schwach saure Reaktionsprodukte. Sollte jedoch eine schwach saure Reaktion des Produkts nicht erwünscht sein, dann kann diese durch Nachbehandlung mit einem basischen Neutralisationsmittel, vorzugsweise mit gasförmigem Ammoniak, beseitigt werden.
• Die Fixierung der Reaktionsprodukte auf der Faser kann dadurch verstärkt werden, daß nach Abschluß der Reaktion und Anlagerung des Kristallwassers bzw. nach dem Begasen mit gasförmigem Ammoniak ein Eonditionierungsmittel auf die behandelte Faser aufgesprüht wird. Als solche Eonditionierungsmittel, die in Mengen bis zu 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des behandelten Produkts, zugegeben werden können, sind beispielsweise Öl, Fette, Wachse oder sonstige Eohlenwasserstoffe sowie die davon abgeleiteten Alkohole, Amine, Säuren usw. in Lösung oder Emulsion geeignet, ferner Hydrophobierungsmittel, wie sie bei der Spanplattenherstellung üblicherweise verwendet werden, oder Isocyanate, wie beispielsweise Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat.
• Die erfindungsgemäß erzeugten Produkte können vor oder nach der Konditionierung aber auch getrocknet und gegebenenfalls gemahlen werden.
• Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Flammschutzkomponenten sind ein stabiles, nicht staubendes Produkt. Durch Variation von Art und Menge an Trägermaterial und/oder an aufgebrachten Reaktionsprodukten kann praktisch jedes gewünschte Schüttgewicht zwischen etwa 25 und 500 g/l erzielt werden.
• Auch bei starker mechanischer Belastung, beispielsweise bei Erschütterung, werden nur unwesentliche Mengen der flammwidrig wirkenden Verbindungen von der Faseroberfläche abgelöst. Das Produkt ist hervorragend geeignet für die Herstellung schwer entflammbarer Holzspanplatten. Dazu werden die erfindungsgemäß hergestellten Brandschutzfasern mit Holz spänen vermischt und nach Aufsprühen des Leime in üblicher Weise zu Platten gepreßt. Es tritt auch bei stärkeren mechanischen Einwirkungen keine Entmischung zwischen Holzspänen und Flammschutzkomponente ein, so daß eine gleichmäßige und gleichbleibende Flammwidrigkeit der hergestellten Platten weitgehend sichergestellt ist. Von besonderem Vorteil ist die Möglichkeit, 10 bis 60 % der für diesen Zweck eingesetzten Holzspäne durch das erfindungsgemäß erzeugte Produkt zu ersetzen. Weiterhin ist es auch möglich, die gesamten für die Spanplattenherstellung eingesetzten Holzspäne selbst erfindungsgemäß zu behandeln, so daß diese dann Grundmaterial und Flammschutzkomponenten zugleich sind.
• Beispiel~~l Es werden 108 g zerkleinertes, aufgefasertes Altpapier in einer Drehtrommel von 5 Liter Fassungsvermögen mit 60 g gepulvertem Colemanit und 4 g Stärke 5 Minuten lang gemischt. Dann werden unter weiterem Mischen 76 g einer technischen Phosphorsäure von Raumtemperatur mit einem P205-Gehalt von 54 Gewichtsprozent innerhalb von 15 Minuten aufgedüst. Es entsteht ein Produkt mit einem Schüttgewicht von 71 g/l.
• Beispiel 2 Es werden 108 g zerkleinertes, aufgefasertes Altpapier in einer Drehtrommel von 5 Liter Fassungsvermögen mit 45 g gepulvertem Colemanit und 1 g Stärke 5 Minuten lang gemischt. Dann wird unter weiterem Mischen eine Lösung mit einer Temperatur von 73°C aufgedüst, die aus 29 g Ammoniumsulfat, 22,5 g einer 96/%gen Schwefelsäure und 13 g Wasser besteht. Die Zugabe dieser Lösung erfolgt im Verlauf von 15 Minuten. Es entsteht ein Produkt mit einem Schüttgewicht von 60 g/l.
• Beispiel 3 Es wird ein Produkt nach der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise hergestellt und anschließend mit etwa 8 g gasförmigem Ammoniak behandelt. Das Produkt hat ein Schüttgewicht von 75 g/l.
• Beispiel 4 Es wird ein Produkt nach der in Beispiel 2 beschriebenen Arbeitsweise hergestellt und anschließend mit etwa 5 g gasförmigem Ammoniak behandelt. Das Produkt hat ein Schüttgewicht von 70 g/l.
• Beispiel 5 In einem auf eine Temperatur von 800C vorgeheizten Mischer mit einem Fassungsvermögen von 5 Litern werden 167 g grobe Holz späne mit einer Teilchengröße von 2 bis 3 mm und 186 g Colemanit 1 Minute lang gemischt und dieser Masse unter weiterem Mischen 235 g einer technischen Phosphorsäure mit einem P205-Gehalt von 54 Gewichtsprozent im Verlauf von 5 Minuten aufgesprüht. Das dabei entstehende Produkt wird 20 Minuten bei einer Temperatur von 80°C getrocknet und grob vermahlen. Danach wird es Im Mischer mit 1 g Ammoniakgas behandelt,und schließlich werden innerhalb 3 Minuten 5 g Paraffinöl aufgesprüht. Es entsteht ein Produkt mit einem Schüttgewicht von 280 g/l.
• Beispiel 6 Nach der gleichen Arbeitsweise wie in Beispiel 5 werden anstelle der groben Holz späne 83 g zerkleinerte Hühnerfedern verarbeitet. Es entsteht ein Produkt mit einem Schüttgewicht von 260 g/l, das nur sehr wenig Feininaterial enthalt.
• Die in den Beispielen 1 bis 6 hergestellten Produkte werden einer Sieb analyse unterzogen, die mit Hilfe einer Vibr at ions s iebmaschine durchgeführt wird, um die Produkte ähnlichen mechanischen Belastungen wie in einem Spanplattenwerk zu unterwerfen. Sie werden dabei verglichen mit zwei Proben A und B, die dem bisherigen Stand der Technik entsprechen und die hergestellt werden, indem jeweils 50 g aufgefasertes Altpapier mit 50 g gemahlener Borsäure 5 Minuten lang in einer Mischvorrichtung gemischt werden. Probe B wird anschließend noch vermahlen. Die Ergebnisse der Siebanalyse zeigt nachfolgende Tabelle 1.
• g a b e l l e 1

  Teilchen >0,5 mm Teilchen < 0,5 mm Gesamtprobe
  An- Gehalt in % an An- Gehalt in % an Gehalt in % an
  teil teil
  % H3BO3 P2O5 SO3 % H3BO3 P2O5 SO3 H3BO3 P2O5 SO3
  A 63,6 26,5 - - 36,4 76,0 - - 50,0 - -
  B 63,0 18,8 - - 37,0 84,2 - - 50,0 - -
  1 92,2 17,9 16,5 - 7,8 26,9 16,6 - 19,0 16,4 -
  2 93,1 13,2 - 14,3 6,9 28,2 - 21,6 16,2 - 16,1
  3 88,0 17,6 14,3 - 12,0 32,8 21, 2 18,4 15,8 -
  4 92,5 14,9 - 14,8 7,5 27,2 - 24,1 15,6 ~ 15,5
  5 82,0 25,5 - - 18,0 20,2 - - 24,8 - -
  6 99,3 29,4 - - 0,7 31,2 - - 29,41 - -

  Aus den nach den Beispielen 1 bis 6 hergestellten Brandschutzfasern (Produkte der Beispiele 1 bis 4 30 Minuten nachgetrocknet) werden Dreischicht-Spanplatten hergestellt, wobei die beiden Deckschichten zusammen 40 Gewichtsprozent und die Mittelschicht 60 Gewichtsprozent der Platten ausmachen.
• Zusammensetzung der Schichten (Gewichtsteile in der Trockensubstanz)

  Deck- Mittel-

  schicht schicht

  Holzspäne 67,5 67,5

  Brandschutzfaser 22,5 22,5

  Earnstoff-Formaldehyd-Harz 11,0 q,o

  Paraffin 1,0 1,0

  Härter 1,0 1,0

  Dazu werden die Holzspäne mit der jeweiligen Brandschutzfaser gemischt. Gleichzeitig wird das Harnstoff-Formaldehyd-Harz als 65%ige wäßrige Lösung mit dem Paraffin in 5O0Äiger wäßriger Emulsion und dem Härter vermischt. Diese Mischung wird auf das Gemisch aus Holzspänen und Brandschutzfasern aufgesprüht. Das so beleimte Material wird in. Formen gestreut, vorgepreßt -und dann in einer Etagenpresse mit einer Preßzeit von 15 bis 25 sec/mm sowie einer Temperatur von 130 bis 180°C zu Platten verpreßt.
• Die auf diese Weise hergestellten Spanplatten besitzen eine sehr gute Flammwidrigkeit. Im Vergleich mit Platten gleicher Zusammensetzung und Herstellungsweise, jedoch ohne Zusatz von Brandschutzfasern, sind ihre mechanischen Eigenschaften praktisch unverändert.

Claims (10)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Flammschutzkomponenten aus pulverförmigen Borverbindungen und feinzerteilten Faserstoffen für Holzspanplatten, dadurch gekennzeichnet, daß feinzerteilte Faserstoffe und feinteiliges -Calciumborat mit einer wasserbindenden Substanz innig vermischt werden und dieses Gemisch mit einer wäßrigen Lösung von anorganischen Verbindungen, die sich mit Calciumborat unter Bildung von Borsäure umsetzen, in einer Menge besprüht wird, die zur Bildung -eines trockenen, faserigen Produkts ausreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetz daß pro 100 Gewichtsteile feinzerteilter Faserstoff 10 bis 200 Gewichtsteile Calciumborat, als wasserfreies Salz gerechnet, eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennseichnet daß als wasserbindende Substanz Stärke oder abbindefähiges Calciumsulfat in einer Menge bis zu 20 Gewichtsteilen bei Stärke bzw. bis zu 30 Gewichtsteilen bei abbindefähigem Calciumsulfat pro 100 Gewichtsteile Faserstoff eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß als wäßrige Lösung einer sich mit Calciumborat umsetzenden Substanz Phosphorsäure mit einem P205-Gehalt von 30 bis 65 Gewichtsprozent in einer in bezug auf Calciumborat annähernd stöchiometrischen Menge eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß als wäßrige Lösung einer sich mit Calciumborat umsetzenden Substanz eine wäßrige Lösung.

von Ammoniumhydrogensulfat mit einem NH4HS04-Gehalt von 40 bis 90 Gewic-htsprozent oder das Gemisch einer wäßrigen Lösung von Ammoniumsulfat mit einem (NH492S04-Gehalt von 20 bis 60 Gewichtsprozent und Schwefelsäure mit einem H2S04-Gehalt von 20 bis 50 Gewichtsprozent in einer in bezug auf Calciumborat annähernd stöchiometrischen Menge eingesetzt wird.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während des Besprühens mit der wäßrigen Lösung von anorganischen Verbindungen in dem zu besprühenden Gemisch eine Temperatur von 10 bis 2000C, vorzugsweise von 20 bis 100°C, aufrechterhalten wird.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß das faserige Produkt nach dem Auf sprühen der wäßrigen Lösung mit gasförmigem Ammoniak begast wird.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch Eekennzeichnet, daß das faserige Produkt nach dem Auf sprühen der wäßrigen Lösung bzw. nach dem Begasen mit gasförmigem Ammoniak mit einem Konditionierungsmittel überzogen wird.

9. Verwendung der nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 8 erzeugten Flammschutzkomponenten anstelle von 10 bis 60 % der Holzbestandteile in Holzspanplatten.

10.Verwendung der nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 8 behandelten Holzspäne als einzigen Holzbestandteil in Holzspanplatten.