DE2831455A1 - Verfahren zur herstellung von nicht-brennbaren holzspanplatten bzw. -formkoerpern - Google Patents

Description

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Chemische Fabrik Kalk GmbH, 5000 Köln 91

Verfahren zur Herstellung von nicht-brennbaren Holzspanplatten bzw. -formkörpern

14. Juli 1978 OE_TDl/p

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Chemische Fabrik Kalk GmbH 14.7.1978

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Für bestimmte Einsatζzwecke sind in der Bautechnik Werkstoffe vorgeschrieben, die gemäß DIN-Norm 4102 nichtbrennbar (Klasse A2) sind. Für diese Zwecke werden bisher vorzugsweise Platten auf Mineralfaserbasis eingesetzt, die den sich aus dieser Wormvorschrift ergebenden Forderungen Genüge leisten. Allerdings sind die anderen Eigenschaften dieser Platten auf Mineralfaserbasis nicht zufriedenstellend. Außerdem sind die Verfahren zu ihrer Herstellung und die spätere Verarbeitung dieser Platten auf Mineralfaserbasis in vielen Fällen mit erheblichen Nachteilen behaftet. Diese Nachteile treten insbesondere dann auf, wenn Silikatfasern,wie beispielsweise Asbest,für die Herstellung dieser Platten auf Mineralfaserbasis eingesetzt werden, da Asbestfasemmeist einen hohen Staubanteil enthalten, der bei der Handhabung dieser Fasern aufgewirbelt wird und gesundheitsschädlich wirkt. Weiter ist besonders darauf hinzuweisen, daß die Biegefestigkeit von Platten auf Mineralfaserbasis meist so gering ist, daß sie nur zu Verkleidungszwecken in der Bautechnik eingesetzt werden können.

Aus diesen Gründen ist bereits auch versucht worden, Phenolharz oder carbamidharzverleimte Holzspanplatten mit flammwidrigen Eigenschaften herzustellen. Eine dieser Möglichkeiten besteht darin, unbrennbare Schichten aus anorganischen Stoffen, wie beispielsweise Asbest, Glaswolle, Vermiculit oder Blähglimmer auf der Oberfläche oder im Inneren der Platten anzubringen. Solche Schichten vermindern jedoch erheblich die Festigkeiten der Platten gegenüber solchen Holzspanplatten, die diese Zusatzstoffe nicht enthalten. Werden die Zusatzstoffe in Außenschichten angeordnet, so erschweren diese Schichten außerdem die Behandlung der Oberflächen und ergeben einen schlechten Haftgrund für Leime und Lacke. Darüber hinaus kann auf diese Art und V/eise nur eine geringe Flammwidrigkeit

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erreicht werden.

Eine wesentlich, bessere Wirkung läßt sich nach anderen bekannten Verfahren erzielen, wenn die Holzspäne der Platten direkt mit einem entsprechenden Flammschutzmittel behandelt werden. Dazu können Späne mit flüssigen Mitteln oder den Lösungen fester Mittel getränkt oder mit festen Mitteln in feinzerteilter Form vermischt werden.

Unter den anorganischen Stoffen zur Flammschutzbehandlung von Holz stellt bekanntlich Borsäure ein sehr wirkungsvolles Mittel dar. Die Anwendung dieser Flammschutzkomponente bei Holzspanplatten ist jedoch technisch schwierig. So ist aus der DE-OS 24 21 289 bzw. der DE-OS 25 30 295 ein Herstellungsverfahren für feuerhemmende Holzspanplatten bekannt, wonach die gesamten, zur Herstellung der Platten dienenden Holzspäne vor dem Verleimen mit der wäßrigen Lösung einer Borverbindung und einer anorganischen Säure besprüht werden. Die danach erforderliche Abdampfung des Wassers und Trocknung der Späne ist sowohl verfahrenstechnisch als auch wirtschaftlich sehr nachteilig. Das gleiche gilt vom Tränken oder Besprühen der fertigen Platten mit solchen Lösungen.

In diesem Fall kommt noch eine Verminderung der Festigkeit der behandelten Platten als nachteilige Folge hinzu.

Somit erscheint der Weg, die Flammschutzkomponenten in trockener Form den Holzspänen vor oder nach dem Beleimen zuzusetzen, erfolgversprechender. In der DE-AS 11 98 539 wird hierzu empfohlen, den Spanholζgemischen ausgeschiedene Feinstanteile oder Schleifstaub zuzugeben, die auch als Trägermaterial für Zusatzstoffe, wie beispielsweise für feuerhemmende Mittel,dienen können. Eine ähnliche

30. Arbeitsweise ist der DE-OS 16 53 254 zu entnehmen, nach da? der Schleifstaub oder andere Zerkleinerungsprodukte mit einem feingepulverten, festen Flammschutzmittel vermischt und in die Deckschichten von Holzspanplatten eingebracht

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werden, nachteilig ist für diese Arbeitsweise, daß die feinteiligen Flammschutzmittel von den Trägermaterialien bei veitem nicht so fest gebunden werden, wie dies erforderlich erscheint, so daß im Verlauf des Herstellungs-Verfahrens der Spanplatten Entmischungen eintreten, die die Ursache sind, daß die Spanplatten in ihren Eigenschaften nicht gleichmäßig sind. Außerdem treten durch die Verwendung dieser Feinprodukte erhebliche Staubbelästigung bei der Erzeugung der Holzspanplatten auf.

Diese Nachteile sollen nach der DE-PS 18 12 825 dadurch vermieden werden, daß als Trägermaterial für die feingepulverten festen Flammschutzmittel ein Fasermaterial verwendet wird, das die feinteiligen Zusatzstoffe wesentlich fester binden soll. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch bei den nach dieser Arbeitsweise erzeugten Produkten Entmischungs- und Staubprobleme nicht zu vermeiden sind.

In der US-PS 3 983 04-0 wird ein Flammschutzmittel beschrieben, das außer einem Reaktionsprodukt aus einem Bormineral und Schwefelsäure noch erhebliche Mengen an Calcium-, Magnesium- und Kaliumsulfaten enthalten soll.

Diese Flammschutzkomponente kann in trockenpulvriger Form oder als flüssige Suspension mit Papier oder anderem Cellulose-Material vermischt werden, um aus diesen Gemischen flammgeschützte Gegenstände zu produzieren. Da die nach diesem bekannten Verfahren erhaltenen Flammschutzkomponenten pulverisiert, d.h. gemahlen werden müssen, bevor sie dem flammzuschützenden Material zugesetzt werden, ergeben sich auch hier Entmischungs- und Staubprobleme, wenn diese Flammschutzkomponenten als Späne zugemischt werden, die zur Erzeugung von Holzspanplatten eingesetzt werden sollen.

Eine Möglichkeit, diese Entmischungs- und Staubprobleme zu umgehen, wird in der DE-AS 21 12 299 beschrieben. Danach wird der gesamte bei der Spanplattenherstellung anfallende

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Staub- und Peinanteil als Träger für die Flammschutzkomponente verwendet, im Gemisch, mit dieser mit oder ohne Bindemittel unter Druck zu tablettenartigen oder spanähnlichen Rohlingen geformt, die dann dem Spänegemisch. zur Spanplattenerzeugung zugesetzt und mit diesem weiter verarbeitet werden. Bei einer solchen Tablettierung entstehen jedoch Produkte mit hohem Schuttgewicht, die nur in die Mittelschicht von Spanplatten eingearbeitet werden können, so daß die Deckschichten solcher Platten nicht flammgeschützt sind.

Außerdem ist in der DE-OS 26 21 739 ein Verfahren zur Herstellung von Flammschutzkomponenten für Holzspanplatten aus Borverbindungen, anorganischen Säuren und Trägerstoffen vorgeschlagen worden, nach dem Borminerale mit feinzerteilten Trägerstoffen innig vermischt und unter ständiger Bewegung mit einer Mineralsäure in solcher Konzentration und Menge besprüht werden, die zur Umsetzung der Borminerale in Borsäure und zur Bildung eines granulierfähigen Gemisches ausreicht, das granuliert und getrocknet wird. Als Mineralsäure werden nach diesem Vorschlag vorzugsweise Schwefelsäure oder Phosphorsäure eingesetzt. Nach diesem Verfahren wird die Flammschutzkomponente in Form eines nichfrstaubenden Produktes erhalten, das sich leicht und genau dosieren läßt. Diese Flammschutzkomponente ist in Korngröße, Schüttgewicht und Struktur den zur Herstellung von Holzspanplatten verwendeten Holzspänen weitgehend angenähert, so daß die Handhabung der aus solchen Holzspänen und der vorbekannten Flammschutzkomponente erzeugten Ge= mische nicht zu einer Entmischung führt. Wenn nach diesem Vorschlag auch keine nennenswerten zusätzlichen Aufwendungen oder apparativen Veränderungen an den gebräuchlichen Produktionseinrichtungen für Holzspanplatten erforderlich sind, so werden mit der vorbekannten Flammschutzkomponente

jedoch Platten erhalten,die gute flammwidrige Eigenschaften besitzen. Nachteilig ist hierbei jedoch ein leicht erhöhter Abrieb der nach diesem Verfahren hergestellten Platten. 909885/0241

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Sinngemäß das gleiche gilt für Holzspanplatten, die unter Verwendung einer Flammschutzkomponente erhalten werden, deren Herstellungsverfahren in der DE-OS 25 50 873 vorgeschlagen wird. Diese Flammschutzkomponenten für HoIzspanplatten in der Form von Gemischen aus Borverbindungen und Trägerstoffen werden dadurch erhalten, daß in die flüssigen Aufschlußprodukte, die durch Umsetzung von Borverbindungen mit Mineralsäuren oder mit Ammoniumsalzlösung bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur erhalten werden, unter Beibehaltung der Temperatur Trägerstoffe mit möglichst niedrigem Schüttgewicht, sowie gegebenenfalls vor oder nach der Trägerstoffzugabe weitere Zusatzstoffe eingerührt bzw. untergemischt werden, bis eine noch fließfähige Maische entsteht, die anschließend zu einem Trockenprodukt aufgearbeitet wird. Dieses Verfahren erfordert jedoch einen technischen Aufwand, der für die großtechnische Plattenproduktion nicht erwünscht ist.

Hieraus ergab sich die Aufgabe, eine ohne großen technischen Aufwand realisierbar und leicht in das gebräuchliche Verfahren zur Erzeugung von Holzspanplatten oder -formkörpern zu integrierende Möglichkeit zu finden, nach der Holzspanplatten oder -formkörper erhalten v/erden, die nach DIN-Normvorschrift 4102 nichtbrennbar sind und außerdem hohe Festigkeiten aufweisen.

Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von nichtbrennbaren Holzspanplatten oder -formkörpern durch Verpressen eines Gemisches aus Holzspänen, Umsetzungsprodukten aus Bormineralien und Schwefelsäure bzw. Phosphorsäure und organischen bzw. anorganischen Bindemitteln gefunden. Danach werden die Holzspäne durch ein Gemisch aus 50 bis 10 Gew.-% fasrigen Materials und 50 bis 90 Gew.-% des Umsetzungsproduktes aus Bormineral und Schwefelsäure bzw. Phosphorsäure ersetzt.

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Für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung kann als fasriges Material ein Fasern enthaltendes Material, wie beispielsweise Holzspäne oder Holzstaub oder ein Fasermaterial/eingesetzt werden, das reine Faserstruktur hat, wie beispielsweise synthetische oder mineralische Fasern, sowie Holzfasern oder andere Fasern pflanzlichen Ursprungs.

Das Gemisch aus fasrigem Material und den Umsetzungsprodukten aus Bormineral und Schwefel- bzw. Phosphorsäure kann durch Umsetzung des Borminerals mit der Säure in Gegenwart des fasrigen Materials erhalten werden. Es ist jedoch auch möglich, das fasrige Material mit dem getrockneten pulverförmigen Umsetzungsprodukt aus Bormineral und Schwefel- bzw. Phosphorsäure zu vermischen und dann dem Gemisch durch Zugabe von Wasser den entsprechenden Feuchtigkeitsgehalt zu geben. Weiterhin ist es möglich, das getrocknete pulverförmige Umsetzungsprodukt aus Bormineral mit Schwefel- bzw. Phosphorsäure mit Feuchtholζspänen zu vermischen./das Verfahren der Erfindung hat es sich bewährt, als Gemisch ein Produkt einzusetzen, das durch Aufschluß des Borminerals mit Schwefelsäure in Gegenwart von Holzspänen erhalten worden ist. Ebenso vorteilhaft ist es, als Gemisch ein Produkt zu verwenden, das durch Vermischen von getrockneten Holzspänen mit dem getrockneten Umsetzungsprodukt aus Bormineral und Schwefelsäure unter Zusatz von 5 bis 30 Gew.-% Wasser erhalten wird,Für eine weitere günstige Variante des Verfahrens der Erfindung kann auch als Gemisch ein Produkt eingesetzt werden, das durch Vermischen von feuchten Holzspänen, die einen Wassergehalt von 10 "bis 250 Gew.-% aufweisen, zu dem Umsetzungsprodukt aus Bormineral und-Schwefelsäure gebildet worden ist.

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Die für das Verfahren der Erfindung verwendeten HoIzspäne können unterschiedliche Größe und Struktur haben und selbstverständlich auch teilweise durch geeignete Cellulosefasern, wie zum Beispiel Holzschliff oder Devibr.ationsstoff substituiert werden.

wird

Vorteilhaft/für das Verfahren der Erfindung eine Mischung aus 9 "bis 35 Gew-% Holzspänen, 86 - 52 Gew.-%, Umsetzungsprodukt aus Bormineral und Schwefel- bzw. Phosphorsäure und 5 "bis 13 Gew.-% Bindemittel eingesetzt und verpreßt.

Wird als Bindemittel Formaldehydharz, wie beispielsweise Harnstoff- oder Melamin-Formaldehydharz in Form einer wäßrigen Emulsion verwendet, so empfiehlt es sich, das Gemisch aus Holzspänen und UmSetzungsprodukt aus Bormineral und Schwefel- bzw. Phosphorsäure derart herzustellen, daß die Holzspäne und das Umsetzungsprodukt vor dem Vermischen getrocknet werden. Um die Zeit für das Aushärten des Formaldehydharzes auf eine technisch vertretbare Zeitspanne abzukürzen, ist es empfehlenswert, den Härteanteil in dem Formaldehydharz bis auf 10 Gew.-% - bezogen auf trokkenes Harz - zu erhöhen. Der Zusatz von Hydrophobierungsmitteln, wie sie in der Erzeugung von Holzspanplatten gebräuchlich sind, kann auch bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren unverändert beibehalten werden.

Als organische Bindemittel können für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch Isocyanatharze verwendet werden.

Als anorganisches Bindemittel hat sich für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung auch Portlandzement mit einem Wassergehalt von 50 bis 250 Gew.-% bewährt. Ebenso günstig kann als Bindemittel Magnesiumoxysulfat eingesetzt werden, das durch Zusatz entsprechender Mengen Magnesiumoxid bzw. -hydroxid, Magnesiumsulfat und Wasser in der zu verpressenden Mischung erzeugt wird.

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Die Mischung aus dem faserigen Material, dem Umsetzungsprodukt aus Bormineral und Schwefel- bzw. Phosphorsäure aus Bindemittel und Wasser, wird bei einer Temperatur zwischen 100 und 220°C, vor zugsweise 140 bis 160°C und

einem Preßdruck von 2 bis 3 N/m verpreßt. Dieser Preßdruck kann im Verlauf des Vorgangs stufenweise vermindert werden, so daß etwa die letzten 20 % der Preßzeit drucklos gearbeitet werden kann. Die Preßzeit beträgt in der Regel 5 bis 50 Sek./mm Plattenstärke.

Zur Herstellung der Umsetzungsprodukte von Bormineral und Schwefel- bzw. Phosphorsäure können als Bormineralien Pandermit, Kernit, Rasorit, Astäarit, Datolith usw_v vorzugsweise jedoch Colemanit, eingesetzt werden. Die Mineralsäure wird vorteilhaft in einer Menge eingesetzt, die zum Aufschluß des Borminerals, das heißt zur Freisetzung der Borsäure, ausreicht. Ein geringer Überschuß an Mineralsäure schadet dabei nicht. Der Aufschluß des Borminerals kann dann in an sich bekannter Weise durchgeführt werden. Eine Abtrennung der durch den Aufschluß gebildeten Borsäure von den Nebenprodukten braucht für das erfindungsgemäße Verfahren nicht vorgenommen zu werden. Das durch diesen Aufschluß erhaltene Aufschlußprodukt soll einen pH-Wert (gemessen in einer wäßrigen Aufschlämmung - 1 Gew.-Teil Aufschlußprodukt : 10 Gew.-Teilen Wasser) von 4,0 bis 8,0 aufweisen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, das sich leicht in das gebräuchliche Verfahren zur Erzeugung von Holzspanplatten oder -formkörpern integrieren läßt, lassen sich ohne großen technischen Aufwand Holzspanplatten oder -formkörper herstellen, die nach DIN-Normvorschrift 4102 nicht-brennbar sind und außerdem hohe Festigkeiten aufweisen.

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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend durch einige Beispiele erläutert:

Beispeil 1

In einem Flugschaummischer werden 240 Gew.-Teile HoIzspäne (1 bis 3 mm) und 380 Gew.-Teile Colemanit mit 41 Gew.-% BpO* S^iscfrt ^un<3- während des Mischens auf das Gemisch 900 Gew.-Teile Schwefelsäure mit 20 Gew.-% H₂SO₄ aufgesprüht. Nach einer Mischzeit von 5 Minuten wird das feuchte Agglomerat aus dem Mischer entnommen und bei einer Temperatur von 105° C getrocknet.

850 Gew.-Teile des getrockneten Agglomerats werden mit 110 Gew.-Teilen eines Harnstoff-Formaldehydharzes, dem 3,5 Gew.-% Ammoniumchlorid als Härter, sowie 10 Gew-% einer 50 Gew.-%igen wäßrigen Paraffinemulsion als Hydrophobierungsmittel und so viel Wasser zugefügt, daß eine etwa 55 %ige Flotte entsteht, leimt, in einen Formkasten gestreut, bei einer Temperatur von 140°0 in einer Preßzeit von 40 sec./mrn Mattenstärke und einem Anfangsdruek von 2,5 N/m zu 14 mm dicken Platten der Dichte 1.080 kg/nr verpreßt.

Beispiel 2

Entsprechend den Angaben des Beispiels 1 wird zunächst das Agglomerat aus Holzspänen, Colemanit und Schwefelsäure hergestellt.

850 Gew.-Teile des getrockneten Agglomerats werden mit 102 Gew.-Teilen eines Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Mischharzes in Form einer 60 %igen Flotte beleimt, in einen Formkasten gestreut und bei einer Temperatur von 160°C im Verlauf einer Preßzeit von 15 see./mm Plattenstärke

rungsdruck von 2.

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Formkasten gestreut und bei einer Temperatur von 160°C

./n

und einem Anfahrungsdruck von 2,5 M/m u 14 mm dicken

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Platten einer Dichte von I.070 kg/m^ verpreßt.

Beispiel 3

140 Gew.-Teile grobe Holzspäne werden mit 580 Gew.-Teilen eines getrockneten pulverförmigen Umsetzungsproduktes von C.olemanit mit Schwefelsäure, sowie 150 Gew.-Teilen Holzstaub vermischt und mit einer etwa 55 %igen Leimflotte gemäß Beispiel 2 beleimt. Nach Einstreuen in den Formkasten wird das beleimte Gemisch bei einer Temperatur von 160⁰C im Verlauf einer Preßzeit von 20 sec/mm Plattenstärke zu 14 mm dicken Platten einer Lichte vcn 950 kg/m ^ verpreßt.

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Claims (10)

1. Chemische Fabrik Kalk GwbE 14.7-1978

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   Patentansprüche

   ^!1.j Verfahren zur Herstellung von nichirbrennbaren Holzspanplatten oder -formkörpern durch Verpressen eines Gemisches aus Holzspänen, Umsetzungsprodukten aus Bormineralien und Schwefelsäure bzw. Phosphorsäure und organischen bzw. anorganischen Bindemitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzspäne durch ein Gemisch aus 50 bis 10 Gew.-% und fasrigen Materials und 50 bis 90 Gew.-% des Umsetzungsproduktes aus Bormineral und Schwefelsäure bzw. Phosphorsäure ersetzt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gemisch ein Produkt eingesetzt wird, das durch Aufschluß des Borminerals mit Schwefelsäure in Gegenwart von Holzspänen erhalten worden ist.
3. 3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gemisch ein Produkt eingesetzt wird, das durch Vermischen von getrockneten Holzspänen mit getrocknetem Umsetzungsprodukt aus Bormineral und Schwefelsäure unter Zusatz von 5 bis 30 Gew.-% Wasser erhalten worden ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gemisch ein Produkt eingesetzt wird, das durch Vermischen von feuchten Hölzspänen mit einem Vassergehalt von 10 bis 250 Gew.-% und dem Umsetzungsprodukt aus Bormineral und Schwefelsäure -erhalten worden ist.

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   ORIGINAL INSPECTED

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5. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus 9 "bis 35 Gew.-% Holzspänen, 86 bis 52 Gew.-% Umsetzungsprodukt aus Bormineral und Schwefelsäure und 5 "bis 13 Gew.-% Bindemittel (atro) verpreßt wird.
6. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet , daß als Bindemittel Formaldehydharze eingesetzt werden.
7. 7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Härteranteil in dem Formaldehydharz bis auf 10 Gew.-%, bezogen auf Festharz, erhöht wird.
8. 8. Verfahren nachAnsprücheni bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Isocyanatharze eingesetzt werden.
9. 9· Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Portlandzement mit einem Wasserzusatz von 50 bis 250 Gew.-% eingesetzt wird.
10. 10. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn-2Q zeichnet, daß als Bindemittel Magnesiumoxysulfat eingesetzt wird, das durch Zusatz entsprechender Mengen Magnesiumoxid bzw. -hydroxid, Magnesiumsulfat und Wasser in der zu verpressenden Mischung erzeugt wird.

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