DE2530295A1

DE2530295A1 - Feuerbestaendige spanplatte und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2530295A1
Application number: DE19752530295
Authority: DE
Inventors: Robert P Coyle
Original assignee: Champion International Corp
Current assignee: Champion International Corp
Priority date: 1974-07-08
Filing date: 1975-07-07
Publication date: 1976-01-22
Also published as: FR2277669A1; FR2277669B1; CA1057184A; NL7507884A; JPS519170A; SE7507307L; FI751707A

Description

- GRCBNINO - DISUFHL · SCHÖN · HERTEL

PAT KNTAXWÄ I, T Κ
MÜNCHEX - BRAUNS CHWKIG - KOLN 2530295

DR. W. kCU£R-BOR£· 0RAUNSCHWEtO H.W.aRO£NINO,DIPi.-tNe.> UONCHCM OB.R- DEUFEL, DIPl-CHEM.· UOnCHEN DSbA-SCHOM, DIPl-CHEM-- MÜNCHEN WCRNfER HERTEL, DrPL₁-PHYS. - KÖLN

-7. JUL! 1975

C 2911

CHAMPION INTERNATIONAL CORPORATION

777 Third Avenue

New York, New York 10017/USA

Feuerbeständige Spanplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine feuerbeständige bzw. schwerbrennbare Spanplatte und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Holzteilchen bzw. Holzspäne vor ihrem Verpressen (bereinigen) zu einer Spanplatte (Pressspanplatte) mit Borverbindungen, wie Borsäure oder Allcalimetallboraten, in Kombination mit Säuren von Schwefel, wie Schwefelsäure, behandelt werden.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von Holzspanplatten bekannt. Dabei werden im allgemeinen Teilchen, z. B. Holzteilchen bzw. Holzspäne der verschiedensten Größe und geometrischen Fornijunter Verwendung von Leim- oder Bindemitte lmischungen, wie Harnstofformaldehyd, Phenolformaldehyd, Melaminformaldehyd, sauren Phenolharzen und dgl., unter Wärme

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und Druck zusammengepreßt (vereinigt). Typische derartige Verfahren sind beispielsweise in*den US-Patentschriften 2 642 3 71 und 2 686 143 bzw. in den .entsprechenden kanadischen Patentschriften 521695 und 536 289 beschrieben.

Es ist auch bekannt, daß den Spänen bzw. Schnitzeln Chemikalien zugesetzt werden können, um die Brennbarkeit (Entflammbarkeit) dieser Produkte, zu vermindern. Es sind bereits viele Verbindungen vorgeschlagen und verwendet worden, um den verschiedenen Tests der Feuerversicherer, wie z. B. dein "7,5 m (25 feet)-Tunnel-Flammenausbreitungstest,zu genügen. In vielen Anlagen bzw. Einrichtungen müssen diese Produkte •auch Rauchbewertungstests genügen. Die Entwicklung auf diesem Gebiet ist beispielsweise in den US-Patentehriften 3 383 (kanadische Patentschrift 759 866)und 3 360 822 beschrieben.

Es ist auch bekannt, Borate zu verwenden zur Herstellung sogenannter "Borate Fire Retardant Systems" unter Anwendung verschiedener Verfahren. Ein derartiges Verfahren besteht darin, die grünen Späne bzw. Schnitzel mit dem Natriumborat Polybor (eingetragenes Warenzeichen der Firma U.S. Borax &

Chem. Corp., Los Angeles, Californien/USA) (Na₂BgO₁₃.4H₂O) entweder in Lösung oder in Form eines trockenen Pulvers zu behandeln. Es ist ferner üblich, der Harzmischung gepulverte Borsäure (H~BO„) zuzusetzen, bevor diese zum Verpressen (Veianigen) der behandelten Holzspäne verwendet wird. Die Zugabe von Borsäuren zidar Leimmischung ist erforderlich, da alle Natriumborate, wie Na₂BgO.„.4H₂O. einen verhältnismäßig hohen pH-Wert von beispielsweise etwa 7 haben, welcher den Härtungszyklus verzögert, insbesondere

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bei Verwendung eines Harnstofformaldehydharzes. Dieser Verzögerungseffekt wird bis zu einem gewissen Grade durch Zugabe eines stark gepufferten Katalysators, wie Borsäure, zu der Leimm5schung ausgeglichen. Die Borsäure in der Leimmischung verändert den pH-Wert an der HoIz-Harz-Grenzfläche und erlaubt so die Durchführung des normalen Aushärtungssyklus.

Bei Zugabe von Borsäure zu der Leimmischung treten jedoch bestimmte lästige Probleme auf. Ein Faktor, der die Borsäuremenge begrenzt, die der Leimmischung zugegeben werden kann, ist die Viskosität des Harzes, bei der dieses in dem Harzsprühsystem verwendet werden kann. Auch treten große Schv/ierigkeiten auf bei der Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung der Borsäure innerhalb des Harzs}rstems, insbesondere innerhalb eines Harnstofformaldehydsystems. Um eine zufriedenstellende Verteilung bzw. Dispersion der gepulferten Borsäure zu gewährleisten, sind teure HochgeschwindigkeitsmiScheinrichtungen erforderlich. Da die Löslichkeit der Borsäure in diesem System gering ist, bleibt auch der größere Anteil der Borsäure in Suspension, was zu Schwierigkeiten beim Versprühen und zu Verstopfungen innerhalb des Sprühsystems führt. Außerdem mußbei Verwendung von Borsäure in der Harzmischung der Harzgehalt der fertigen Platte erhöht werden, um die schlechte Harzverteilung durch die zum Versprühen der Borsäuresuspension erforderlichen größeren Düsen auszugleichen.

Durch die vorliegende Erfindung werden diese Nachteile vermieden und man erhält erfindungsgemäß eine qualitativ hochwertige ,feuerbeständige (schwerbrennbare) Spanplatte,

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wenn man bei der direkten Behandlung der grünen Schnitzel bzw. Späne Borverbindungen in Verbindung mit Schwefelsäure verwendet. Die Harzmischung, J.nsbesondere eine Harnstoffformaldehydliarzmiscfeung, ist nicht durch Borsäure verdünnt und ist deshalb stabiler und wirksamer und erlaubt die Verwendung von vjeniger Harz, wobei alle übrigen Faktoren gleich sind. Auch ist es dadurch möglich, die für die Zugabe von Borsäure zu der Harzmischung zur Herstellung einer feuerbeständigen (schwerbrennbaren) Spanplatte unter Anwendung des Boratsystems erforderliche teure Stufe zu eliminieren.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die -beiliegende Zeichnung in der eine Ausfülirungsform der Erfindung scbeiaatisch dargestellt ist, näher erläutert.

In der beiliegenen Zeichnung werden rohe Holzabfälle durch die Leitung 1 in eine Mihle oder Zerkleinerungseinrichtung eingeführt. Die Schnitzel oder Späne werden dann durch ein Gebläse 3 in einen Abschnitt eines Blasrohres 8 eingeführt. Die Schnitzel oder Späne können jede beliebige Größe und Gestalt, wie sie bei der Herstellung von Spanplatten bekannt ist, haben. Sie können beispielsweise eine Längevon etwa 5 bis etwa 50 mm, eine Breite von etwa 5 bis etwa 10 ran und eine Dicke von etwa 1 bis etwa 5 nm haben· Vorzugsweise weisen die Schnitzel oder Späne einen Feuchtigkeitsgehalt von mehr als etwa 100 %, beispielsweise einen solchen von etwa 125 bis etwa 150, insbesondere einen solchen von etwa 135%,bezogen auf das trockene Holz, auf. In der Blasrohreinrichtung 8 werden die Schnitzel oder Späne mittels der Sprühdüse 9 oder entsprechenden Auftragseinrichtungen der feuerbe-

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ständigmachenden bzw. schwerbrennbarmachenden Lösung besprüht. Die feuerbeständigmachende bzw. schwerbrennbarmachende Lösung besteht aus einem Borat, vorzugsweise einer Mischung von Boraten, die durch die Leitung 5 in den Vorratsbehälter 4 eingeführt werden, und Schwefelsäure,die durch die Leitxmg 6 eingeführt wird. Die feuerbeständig bzw. schwerbrennbar machende Lösung wird mittels der Pumpe 7 den Düsen 9 zugeführt,

Wie oben erwähnt, enthält die oben erwähnte, feuerbeständig bzw. schwerbrennba'jtfiiachende Lösung eine Borverbindung oder 'ein Borat oder eine Mischung von Boraten und Schwefelsäure. Borsäure ist für das Aufbringen auf die grünen Späne bzw. Schnitzel nicht ausreichend, da die Schnitzel bzw. Späne nicht mehr als etwa 5 % Borsäure aufnehmen. Die darübeiThinausgehende Menge (überschüssige) Borsäure fällt von den Oberflächen der Schnitzel bzw. Späne wieder abJMetevorzugte Säure ist Schwefelsäure mit einer Konzentration von vorzugsweise 90 bis 98, insbesondere von etwa 96 %.

Das Borat kann aus der Klasse ausgewählt werden: Boraxdecahydrat (Ka₂B,O₇.10H₂O), dehydriertes Borax (Na₃B O₇), Boraxpentahydrat (Na₂B₄O₇^H₂O) und Polybor (Na₂B₃O .4H₇O) oder den Salzen der meta- oder ortho-Borsäuren. Unter bestimmten Bedingungen kann auch Borsäure in Verbindung mit dem Borat und Schwefelsäure verwendet werden, um das richtige Na₂O; B₉O,.-* Verhältnis für die Erzielung einer maximalen Löslichkeit der Endmischung zu ergeben. Eine bevorzugte, feuerbeständig bzw. sdwerfrrennbairmachende Sprühlösung besteht daher aus einem Borax Na₉B,O₇.XH₉O„worin χ die Zahl 5, 10 oder 0 bedeuten kann, und 96 %iger Schwefelsäure, wobei des Gewichtsverhältnis von Borax zu Schwefelsäure etwa 1,5 bis

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4,0:1, vorzugsweise etwa 2 bis 0,5:1 beträgt.

Ein vorteilhaftes Verhältnis beträgt etwa 52 Gew.-Teile wasserfreies Borax (oder entsprechende Gew.-Teile- an Boraxpentahydrat oder Boraxdecahydrat) zu 15 bis; 25 Gew. -Teilen 96%iger Schwefelsäure. Ein besonders bevorzugtes Verhältnis liegt bei 52 Teilen wasserfreiem Borax zu 2] Teilen 9G%iger Schwefelsäure. Der pH-Wert der feuerbeständig bzw. s clivrer brennbautnachenden Lösung liegt innerhalb des Bereiches von etwa 4,5 bis etwa 6,0, vorzugsweise von 5,0 bis 5,5, insbesondere 'bei etwa 5,25. Die Lösung wird mit Wasser auf einen Feststoffgehalt von 30 bis 50, vorzugsweise von 40 Gew.-% eingestellt ■und auf eine Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 66 bis etwa 107 C ( 150 bis 225 F), vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 77 C (170 F) erhitzt, wenn sie auf die Schnitzel bzw.. Späne aufgesprüht wird.

Die behandelten Schnitzel bzw. Späne werden dann durch das Blasrohr in einen Zyklon 10 und von da in einen Naßvorratsbehälter 11 befördert. Nach einer gewissen Aufenthaltszeit (beispielsweise mehr als 10 Minuten) in dem Behälter oder Silo werden die feuchten Späne oder Teilchen entweder mittels einer Blasrohr-Zyklon-Anlage (nicht dargestellt) oder mittels eines Förderbandes 12 in einen Trockner 13 eingeführt. Der Naßvorratsbehälter oder Konditionierbehälter 11 ermöglicht das gründliche Imprägnieren der· Schnitzel oder Späne und das Sättigen derselben mit der feuerbeständig bzw. schwerbrennbai/machenden Lösung. Nach dem Trocknen bis zu einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 3 bis etwa 7, vorzugsweise von 5 % werden die Schnitzel bzw. Späne durch ein Blasrohr 14

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5_n einen Zyklon 15 und von da in ein Trockenlagersilo überführt, /ms diesem werden die Schnitzel bzv?. Späne mittels eines Blasrohares oder eines Förderbandes 17 zu einem Sieb 18 transportiert, v;o die Feinteile 20 von den Grobteilen 19 getrennt werden; Die Feinteile werden in ein Feinteil-Lager si Io 22 und dann durch eine Leimauftragseinrichtung 24 transxjortiert und daraus werden die Deckschichten (Oberflächenschichten) 27 und 29 hergestellt. Die Grobteile werden in dem Behälter 21 gelagert, in einer Leimauftragseinrichtung 23 mit Leim. versetzt und als Kernschicht 28 verwendet. In die Leiiiiauftaragseinriclitung werden das Ilarnstoffharz 25 und. 26 eingeführt. Die dabei erhaltene Schiclitanordramg wird in einer Uarmpresse 30 zusammengepreßt und durch eine Plattenkühlciiirichtung 31 geführt zur Herstellung der fertigen Platte.

Wie oben angegeben wird die Harzleimmischung, vorzugsweise eine Harnstofformaldeh3^dleiiiimischung, mittels der Auftragseinrichtungen 23 und 24 auf die Schnitzel bzw. Späne aufgebracht. Die Menge der dafür verwendeten Harzleimmischung beträgt etwa 2 bis etwa 12, vorzugsweise etwa 8 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Schnitzel bzw. Späne» Die wie angegeben imprägnierten Kernschnitzel bzw.-späne werden an den Stellen 27, 28 und 29 auf eine glatte Unterlage (Polierblech) aufgebracht.

Die Platte wird dann an der Stelle 30 warmverpaeßt. Die Pressbedingungen variieren etwas in Abhängigkeit von den Betriebsfaktoren. Wenn die Platte beispielsweise eine 1,90 eindicke

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3 (3/4¹¹) Platte mit einer Dichte von 0,7 g/cm ist, beträgt

die Temperatur etwa 135 bis etwa 182°G ( 275 bis 36O°F), vorzugsweise ärwa 171 G (340 F). Der Druck beträgt etwa 14,1 bis

2
etwa 21,1 kg/cm (200 bis 300 psi), vorzugsweise etwa 17,6

2
kg/cm (250 psi) für einen Zeitraum von etwa 5 bis etwa 20, vorzugsweise von etwa 10 Hinuten. Die Platte wird dann in der Zone 31 trocken abgekühlt und als fertiges Produkt herausgenommen .

Die Borverbindung und die Schwefelsäure werden vorzugsweise •mit Wasser gemischt unter Bildung einer 20 bis 50 gew.%igen, vorzugsweise einer 35gew.%igen Lösung. Die im Vergleich zu der Schwefelsäure verwendete Menge der Borverbindung ist so groß, daß ein Gew.-Verhältnis von wasserfreiem Borax zu 96%ige: Säure erhalten wird, das innerhalb des Bereiches von 52 Teilen wasserfreiem Borax*,15 bis 25, vorzugsweise 21 Teilen 96%iger Säure liegt. Wie bereits erwähnt, ist es wichtig,, daß der pH-Wert der Lösung unterhalb etwa 6,5, vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 4,0 bis etwa 6,0, speziell bei etwa 5,25 liegt. '

Die Menge der verwendeten Borverbindung-Schwefelsäure-Lösung liegt, bezogen auf das Gewicht der trockenen Schnitzel bzw. Späne, innerhalb des Bereiches von etwa 10 bis etwa 40, vorzugsweise von etwa 15 bis.etwa 35, speziell bei etwa 25 %.

Die Erfindung wird durch das fiigende Beispiel näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

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Beispiel

Eine 1:1-Mischung aus Fichten- und Douglas-Fichten-Hobelspänen wurde mit einer feuerbeständig bzw. schwerbrennbar machenden Lösung mit einem Feststoffgehalt von 30 %, bestehend aus 100 Teilen Natriumtetraboratdecalrydrat und 21 Teilen 96%iger ItUSO^ in 122 Teilen Wasser^ besprüht. Die Lösung wurde vor dem Versprühen auf 77 C (170 F) erhitzt, um die Materialien zu .lösen und das Eindringen in das Holz zu erleichtern. Dabei wurde eine Gesamtmenge von 25 Teilen feuerbeständigen Feststoffen auf 100 Teile trockenes Holz erhalten. Die behandelten Holzteilchen wurden dann bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 3 bis 7 % getrocknet und mit einem handelsüblichen Spanplattenharz, bestehend aus Harnstof fornialdehydkondensaten und einem Amnioniumsulfatkatalysator, besprüht. Die aufgesprühte Harzinenge betrug 8 %, bezogen auf die Gesaratmenge der Harafeststoffe in dem trockenen, behandelten Holz..

Das verleimte Material wurde dann zu einem Schichtstoff verarbeitet und 10 Minuten lang bei 171 C (340 F) gepreßt unter Bildung einer Spanplatte (Preßspanplatte) mit einer Dichte

3
von 0,70 g/cm und einer Dicke von 1,90 cm (3/4 "). Diese Platte wurde dann in drei 53,3 cm χ 244 cm (21" χ 96") große Stücke zerschnitten und dem ASTM E84-68 25-Tmm3ltest unterworfen. Dabei wurde eine Flamrnenausbreitungsbewertung von 20 bei einer Rauchbewertung von'O erhalten, dies entspricht einer Bewertung der Klasse I.

Patentansprüche:

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Claims

- ίο -

Pate η t a η s ρ r ü c h e

/ !.] Verfahren zur Herstellung einer verbesserten feuerbeständigen bzvj. schv/orbrenribEiren Holzspanplatte, dadurch gekennzeichnet, daß man Holzteilchen nit einer wässrigen Lösung einer Borverbindung und einer Säure von Schwefel besprüht, die Rolzteilcheii anschlicCend konditioniert und trocknet, ein Harzleinisystem auf die HoIzteilchen aufbringt und die Teilchen unter Wärme und Druck verpreßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Borverbindung Borax Na„B,0-, . xüLO, worin χ eine Zahl von 0 bis 10 bedeutet, und als Säure von Schwefel Schwefelsäure verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine, wässrige Lösung mit einem pH-Wert innerhalb des Bereiches von etwa 4,5 bis etwa 6,0 verwendet und diese in einer Menge innerhalb des Bereiches von 10 bis Gev7.%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Ilolzteilchen, auf die Holzteilchen aufsprüht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß man als Harzleimsystem ein Harnstofformaldehydleimsystem verwendet und dieses in einer Menge innerhalb des Bereiches von etwa 2 bis etwa l2Gew.%, bezogen auf die Holzteilchen, einsetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß man die Lösung bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches

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von etv7a 66- bis etwa 1O7°C (150 bis 225°F) auf die Holzteilchen aufsprüht und daß man nach dem Aufsprühen die Teilchen sich selbst überläßt, bevor man sie 10 bis 20 Minuten lang trocknet.
6. Verfahren zur Herstellung einer verbessarten feuerbeständigen bzw. schwerbrennbaren Holzspanplatte und zur Verbesserung des Härtungszyklus des Ilarzleimsystems, dadurch gekennzeichnet, daß man Holzteilchen mit einer wässrigen Lösung einer Borverbindung und einer Säure von Schwe-.fel, die etwa 20 bis etwa 50 Gew.% Borverbindung enthält und in der das Gew.-Verhältnis von der Borverbindung zu der Säure innerhalb des Bereiches von etwa 1,5 bis 4 Borverbindung zu 1 Schwefelsäure einer Konzentration von etwa 96% liegt, besprüht, die Holzteilchen anschließend konditioniert und trocknet, auf die Holzteilchen ein Forrnaldehydharzleimsystem aufbringt und diese dann unter Wärme und Druck zu einer feuerbeständigen bzw. schwe!-brennbaren Spanplatte verpreßt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Borverbindung Borax (Ma^B,O₇) und als Säure von Schwefel Schwefel säure verwendet und daß man eine Lösung verwendet, die etwa 35 Gew.% Borax enthält und in der das Gew.-Verhältnis von Borax zu Schwefelsäure etwa 52:21 beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6·, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wässrige Lösung mit einem pH-Wert innerhalb des Bereiches von etwa 4,5 bis etwa 6,0 verwendet und

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diese in einer Menge innerhalb des Bereiches von 15 bis 35 Gew,%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Holzteilchen, auf die Holzteilchen aufsprüht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Harzleimsystem ein Harnstofformaldehydleimsystem verwendet und dieses in einer Menge innerhalb des Bereiches von etwa 2 bis etwa 12 Gew.7_Oi bezogen auf die Holzteilchen, einsetzt.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 66 bis etwa 107 G (150 bis 225 ]?) auf die Teilchen aufsprüht und daß man die Teilchen nach dem Besprühen sich selbst überläßt, bevor man sie etwa 10 Minuten lang trocknet.
11. Verfahren zur Herstellung einer verbesserten feuerbeständigen bzw. schwerbrennbaroi Holzspanplatte und zur Verbesserung des Härtungszyklus des Harzleimsystems, dadurch gekennzeichnet, daß man Holzteilchen mit einer wässrigen Lösung von Borax (Na_?B,O^.xH^O, worin χ eine Zahl von

0 bis 10 bedeutet) und Schwefelsäure, die etwa 35 Gew.% Borax enthält und worin das Gew.-Verhältnis von Borax zu Schwefelsäure etwa 1,5 bis 4,0:1 beträgt in einer Menge von etwa 25 Gew.%, bezogen auf die trockenen Teilchen, besprüht, wobei die .Lösung bei einer Temperatur von etwa 77 C (170 F) versprüht wird und einen pH-Wert innerhalb des Bereiches von etwa 4,5 bis etwa 6,0 aufweist, danach die besprühten Teilchen 10 bis 20 Minuten lang konditioniert,

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dann die Tei-lchen trocknet und etwa 2 bis etwa 12 Gew.% eines Harnstofformaldehydleimsystems auf die Teilchen aufbringt und diese anschließend bei einem Druck von etwa 14,1 bis etwa 21,1 kg/cm² (200 bis 300 psi) bei einer Tempera.tur innerhalb des Bereiches von etwa 135 bis etwa 182°C (275 bis 36O°F) für einen Zeitraum von etwa 10 bis etwa 20 Minuten zu einer Spanplatte verpreßt.

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