DE2831616A1

DE2831616A1 - Nicht brennbarer werkstoff

Info

Publication number: DE2831616A1
Application number: DE19782831616
Authority: DE
Inventors: Alfons K Herr
Original assignee: KATAFLOX PATENT
Current assignee: KATAFLOX PATENT
Priority date: 1978-07-19
Filing date: 1978-07-19
Publication date: 1980-01-31
Also published as: ATA395079A; FI71515C; FI791809A; FR2431470A1; NO792292L; DK301379A; SE7905232L; AT371426B; FI71515B; FR2431470B1; BE877647A; NO148412C; NO148412B; US4311554A; GB2026500B; GB2026500A; CH645085A5; DE2831616C2

Description

HANS TRAPPENBERQ · PATENTINGENIEUR · KARLSRUHE

if-

KATAI¹LOX Patentverwal tungs- 17-7.1978

Gesellschaft mbH HO 510

Erasmusstraße 9
7500 Karlsruhe 1

Nicht brennbarer Werkstoff

Die Erfindung betrifft einen unter Verwendung von mineralischen Stoffen hergestellten nicht brennbaren Werkstoff sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Plattenförmige Bauelemente aus Gips, Asbest und Zement, wobei die Gips enthaltenden Elemente dem Innenausbau vorbehalten sind, werden in steigendem Maße benutzt» Dies deshalb, weil die heute bevorzugte Leichtbauweise derartige Bauelemente verlangt. Allerdings lassen die bekannten Werkstoffe hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften noch viele Wünsche offen_o So ist im allgemeinen die Wasseraufnähme wie auch die Quellung der damit hergestellten Bauteile zu hoch, sie lassen sich schlecht verarbeiten und weisen auch eine zu geringe Festigkeit auf_o Die starre Kompressionsbindung der an-

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geführten Stoffe bestimmt hierbei die verhältnismäßig niedrige Biegefestigkeit der damit hergestellten Bauteile. Allerdings sind diese aus solchen mineralischen

• Bestandteilen bestehenden Bauelemente nach DIN 4-102 schwer entflammbare oder nicht brennbare Baustoffe.

In dem Bestreben, plattenförmige Bauelemente mit verbesserten physikalischen Eigenschaften zu schaffen, sind auch bereits zementgebundene Holzspanplatten und Gipsfaserplatten entwickelt worden, die zum großen Teil auch zu den schwer entflammbaren bzw. unbrennbaren Baustoffen gehören.

Weiter bekannt sind kunstharzgebundene Holzspan-Plattenwerkstoffe, die außerordentlich hohe physikalische Festigkeitswerte durch die bestimmbare Spanform und die elastisehe Kunstharzbindung erreichen. Die Wasseraufnahme und Quellung derartiger Werkstoffe sind durch die Auswahl bestimmter Harze und Zusatzstoffe beeinflußbar. Hinsichtlich des Brandverhaltens derartiger Holzspan-Werkstoffe gibt es auch bereits eine Reihe von Verfahren, um die Stoffe mit einem Flammschutz zu versehen. Teilweise gehören daher auch derartige Holzspan-Werkstoffe zu den schwer entflammbaren Baustoffen nach DIN 4102. Allerdings ist es noch nicht möglich, solche Holzspan-Werkstoffe als nicht brennbare Baustoffe nach DIN 4102 eingestuft herzustellen.

Weiter bekannt geworden sind auch Bauwerkstoffe, die aus mineralischen, faserförmigen, granulatförmigen oder

• flockigen Mineralstoffen wie Asbest, Glimmer und Vermiculite bestehen und ebenfalls mit Kunstharzen verleimt sind. Um die Kunstharzbindung zu verbessern, wurden diesen Werkstoffen auch teilweise feine Holzspäne beigegeben. Da die mineralischen Rohstoffe selbst, nicht brennbar sind, allerdings auch keine flammen- oder feuer-

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hemmenden Reaktionen im Brandfalle auslösen, bestimmt allein der Anteil der in diesen Werkstoffen enthaltenen organischen Bestandteile ihre Einstufung in brennbar« oder nicht brennbare Stoffe nach DIN 4102. Zu berucksichtigen ist allerdings, daß die mineralischen Rohstoffe durch die bereits erwähnte Kompressionsbindung nur sehr wenig zu den physikalischen Testigkeitswerten beitragen, wodurch reine mineralische Bauwerkstoff· nur begrenzt verwendbar sind.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen nicht brennbaren Werkstoff anzugeben, der gegenüber den bekannten mineralischen Bauwerkstoffen hohe lestigkeitswerte aufweist und der auch gut verarbeitbar ist. Dieser Werkstoff ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch ein

15. mittels heißhärtbarer Kunstharze verleimtes Netzwerk von Zellulosefasern und/oder Holz-Schneidspänen, denen Partikel von Calciumsulfat, Borsäure und weiteren zumindest teilweise glas- oder keramikbildenden Mineralien angelagert sind. Ein derartiger Werkstoff besteht somit nicht nur aus mineralischen nicht brennbaren Baustoffen, die durch organische Fasern armiert sind, sondern es sind in diesem Werkstoff auch noch flammhemmende Elemente, nämlich Borsäure und die zumindest teilweise glas- oder keramikbildenden Mineralien enthalten. Im Brandfalle beginnt damit nicht nur die bekannte brandhemmende Wirkung der Borsäure, sondern es werden auch, wie entspre⁴-chende Versuche bestätigt haben, die organischen Bestandteile, also die Zellulosefasern bzw. Holzspäne verglast bzw. in Keramik eingeschlossen, so daß sie nicht zur Brandlast beitragen.

Durch die elastische Kunstharzbindung und die ebenfalls elastischen Zellulosefasern oder Holz-Schneidspäne bedingt, weist der erfindungsgemäße Werkstoff sehr hohe physikalische Festigkeitswerte auf, die es nun auch zulassen, daß aus diesem Werkstoff hergestellte Bauelemente

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als tragende Teile eines Bauwerks eingesetzt werden. Diese Festigkeitswerte gehen auch, wie wiederum durch Versuche ermittelt werden konnte, im Brandfalle nur sehr langsam zurück, da durch den Gehalt an Borsäure bzw* durch die oberflächige Verglasung bzw. Keramikbildung der Flammenangriff auf das Bauelement schon an der Oberfläche aufgehalten wird.

Hervorzuheben ist auch die wirtschaftliche Herstellbarkeit derartiger Bauelemente, die nicht zuletzt dadurch bedingt ist, daß Maschinen zum Verpressen von Materialien unter Einsatz von heißhärtbarem Kunstharz in großer Zahl bekannt sind und deren Bedienung auch allgemein geläufig ist. Schließlich·ist jedoch auch das erfindungsgemäße' Verfahren zur Herstellung eines derartigen nicht brennbaren Werkstoffes sehr einfach und wirtschaftlich, das nach der Erfindung dadurch gek^imzeichnet ist, daß faserführende Restabwasserklarschlamme mit einem Wassergehalt bis etwa 80 Gew# aus Papier- (Karton) oder Zellstoff abriken und/oder feuchte Holz-Schneidspä^ö mit einem Feuchtigkeitsgehalt bis etwa 80 -GewSS mit Bormineralien innig vermischt und bei weitergeiührter Mischung mit konzentrierter (96$) Schwefelsäure versetzt werden, daß das Mischgut einer Abdampfstrecke zugeführt und anschließend mit einem Harz beleimt wird und daß sodann diese Masse unter Verwendung von Druck und Wärme zu einem festen Körper verleimt wird. Durch die Verwendung der faserführenden Restabwasserklärschlämme ist der faserige Teil des Bauelementes äußerst billig, da-es sich hier ja um sonst nicht weiter verwertbares Material handelt. Gleichfalls ist die konzentrierte Sclwefelsäure ein Abfallprodukt, also ebenfalls billig bei dem angegebenen Verfahren einzusetzen. Durch die innige Vermischung der in den Restafowasserklärschlämmen vorhandenen Fasern bzw„ den Schneidspänen mit den Bormineralien und deren anschließende Umsetzung in Borsäure und Calciumsulfat verbinden sich die Borsäurepartikel itfie auch die Gipspartikel fast mit den

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Fasern bzw. den Spänen, wie angenommen werden kann so, daß sie nur punktförmig deren Oberfläche bedecken. Gleiches gilt auch für die sonstigen Mineralien, die an diesen Fasern durch die vorherige Papier- (Karton) bzw. Zellstoffabrikation bereits anhaften. Dadurch bleiben genügend freie Faserflächen bzw. Spanflächen frei, die von dem Kunstharz erreicht werden und damit eine sichere Verbindung des Faser- bzw. Spangerüstes, das ausschlaggebend für die hohen physikalischen Festigkeitswerte sein dürfte, ergeben. In Weiterbildung der Erfindung können den faserführenden Restabwasserklärschlämmen wie auch den Holz-Schneidspänen Holzfasern und Holzstaub beigemengt werden, wodurch nicht nur eine weitere Erhöhung der Festigkeitswerte zu erzielen, sondern auch ein sonst nicht verwertbares Material sinnvoll mit großem Nutzen einzusetzen ist.

Als Bormineral wird zweckmäßigerweise Colemanit eingesetzt; diese Mineralerde ist verhältnismäßig preiswert zu erhalten und eignet sich vorzüglich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Als Harz wird nach der Erfindung ein kondensierendes Kunstharz, vorzugsweise Harnstoff- und Melaminharz, aber auch Isocyanat-Kleber und thermoplastischer Kunstharzleim, verwendet.

'Je nach Materialzugabe kann es zweckmäßig sein, das Mischgut vor dem Beleimen nachzutrocknen, um eine erstrebenswerte Feuchte zwischen 3 Gew# und 10 Gew?o zu erzielen. Außerdem kann es auch zweckmäßig sein, das Mischgut vor dem Beleimen einer Mühle, vorzugsweise einer Prallmühle, zuzuführen, um eventuell vorhandene zu große Granulate, die lediglich durch Kompressionsbindung zusammenhalten würden, zu zerkleinern.

Anhand einiger Beispiele soll das erfindungsgemäße Ver- fahren näher erläutert werden:

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Beispiel 1:

In einem Schaufelmischer werden chargenweise eingewogen:

15,0 kg Schneidspäne aus Fichteholz 0,35 - o,40mm dick mit einer Restfeuchte von ca. 5 Gew$; 90 kg Restabwasserklärschlamm einer Feinpapierfabrik mit einem Feststoffgehalt von ca. 33 Gew$ und etwa folgender Zusammensetzung:

66 Gew% Zellstoff (in Form von Zellulosefasern) 18 Gew$ SiO,
12 Gew# Al₂O
M- Gew$ CaO;

85»0 kg Colemanit. ·

Während 4- bis 5 Minuten werden die Stoffe gut durchmischt. Anschließend v/erden 49,0 kg konzentrierte Schwefelsäure (-96$) während 1 bis 2 Minuten in den laufenden Mischer eingesprüht und das Gemisch noch ca. 2 Minuten homogenisiert. Während 10 Minuten wird das nunmehr granulatähnliche Produkt entdampft und abgekühlt, anschließend auf J>°/o bis 5$ Restfeuchte nachgetrocknet, dann einer in der Spanplattenindustrie üblichen Beleimungsanlage zugeführt, in der sie mit einer Leimflotte von ca. 55$ Festharzgehalt mit 11$ bis 12$ Festharz bezogen auf das Gesamtgewicht beleimt v/erden und sodann wie bei der Fertigung von Holzspanplatten geformt und heiß verpreßt. Es ergibt sich damit ein plattenförmiger Werkstoff, der solche Festigkeitswerte aufweist, daß er für tragende, mittra-, gende oder auch versteifende Zwecke im Bauwesen, jedoch auch im Schiffs- und Karosseriebau, verwendet werden kann. Der Werkstoff ist äußerst gut mit üblichen Holzbearbeitungswerkzeugen, wie Holz,bearbeitbar. Er läßt sich schleifen, schneiden, bohren, nageln, verleimen und furnieren bzw. auch anderweitig beschichten. Von besonderer Bedeutung ist auch, daß dieser Werkstoff, obwohl er in der Hauptsache aus mineralischen Stoffen besteht, mit

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spezifischen Gewichten herstellbar ist, die unter 1000 kg/nr⁵ liegen.

Beispiel 2:

436g Schneidspäne aus Fichteholz, 0,35 - 0,40 mm dick und 1734· g "Brandschutzfasern" mit folgender Zusammensetzung:

28,9 Gew# Zellstoff (in Form von Zellulosefasern) 34,8 Gew# H₃BO₃
13,8 Gew# CaO
22,5 Gew# SO₃

werden in einem Schnellaufenden Turbomischer gemischt, wobei gleichzeitig 260 g Leimflotte zugegeben werden. Die Leimflotte hat folgende Zusammensetzung: 250 g Rohleim (Harnstoffharz 60#) 16 g Paraffinemulsion (50$)

26 g Härteüösung (20?£) (Ammonchlorid) 18 g V/asser.

Das verarbeitungsfertige Gemisch hat eine Feuchte von 14,7$· In einem Streurahmen werden IO5O g dieser Mischung zu einem Plattenkuchen gestreut, der dann in einer beheizbaren hydraulischen Presse mit der Abmessung 26 χ 26 cm unter Beilage von 16mm dicken Distanzleisten zu einer Platte gepreßt wird. Dabei werden bei einer Preßtemperatur von 420 K folgende Drücke angewandt:

während 2 Minuten 3,15 N/mm

während 4 1/2 Minuten 1,40 N/mm

ρ
während 0,5 Minuten 0,56 N/mm

E_s entsteht damit auf einer üblichen Holzspanplattenanlage eine nicht brennbare mineralische Bauplatte mit hoher Festigkeit; diese hohe Festigkeit wird durch die Armierung mit Holzspänen und Zellulosefasern bzw. durch die Kunstharzbindung erreicht.

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Beispiel 3t . ■

In einem Schaufelmischer werden 25 kg Schneidspäne aus Fichteholz und 20 kg Holzfasern und Holzstaub mit einem Wassergehalt von 40$ sowie 85 kg Colemanit eingetragen und während 2 bis 3 Minuten gemischt.--Anschließend werden 49 kg konzentrierte Schwefelsäure (96$) während 1 bis 2 Minuten in den laufenden Mischer auf das Gemisch aufgesprüht und das Ganze noch ca. 1 bis 2 Minuten nachgemischt. Die Mischung erwärmt sich dabei bis auf 373 K oder darüber, so daß der Trockenprozeß bereits im Mischer eingeleitet wird. Die Mischung wird anschließend auf eine Abdampfstrecke abgelassen und gegebenenfalls durch weitere Wärmezugabe auf 10 bis 12$ Restwassergehalt getrocknet. Dieses Gemisch wird nun, um es zu homogenisieren, schonend nachgemahlen und kann anschließend, falls erforderlich, auf 3 bis 5$ Restwassergehalt nachgetrocknet werden. Es wird nun einer in der Spanplattenindustrie üblichen Beleimungsanlage zugeführt, mit 9 bis 11 Gewichtsteilen Künstharzleim (atro) beleimt, anschließend zu Platten oder Formkörpern geformt und in der üblichen Weise unter Druck und Warme zu Platten oder Formkörpern verpreßt. Bei Anwendung dieses Verfahrens werden Platten oder Formkörper mit hoher mechanischer Festigkeit und einem ausgezeichneten beständigen Brandschutz erreicht. Mit einem derartigen. Plattenwerkstoff lassen sich Endprodukte herstellen, welche nach DIN 4102 in die Klasse der nichtbrennbaren Baustoffe eingeordnet werden können.

Selbstverständlich können statt plattenförmiger Bauelemente stets auch Formkörper aus den Materialien gemäß den Beispielen hergestellt werden, die, ebenso wie die plattenförmigen Bauelemente j auch bereits beim Verpressen in an sich bekannter Weise kaschiert werden können.

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Claims

HANS TRAPPENBERQ · PATENTINGENIEUR · KARLSRUHE

KATAFLOX Patentverwaltungs- 17-7.1978 Gesellschaft mbH HO 510

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Karlsruhe 1

PATENTANSPRÜCHE

/ 1. Unter Verwendung von mineralischen Stoffen hergegesfellter, nicht brennbarer Werkstoff, gekennzeichnet,
durch ein mittels heißhärtbarer Kunstharze verleimtes Netzwerk von Zellulosefasern und/oder Holz-Schneidspänen, denen Partikel von Calciumsulfat, Borsäure und weiteren zumindest teilweise glas- oder keramikbildenden Mineralien angelagert sind.
2. Verfahren zum Herstellen eines unter Verwendung von mineralischen Stoffen hergestellten, nicht brennbaren Werkstoffs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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ORIGINAL INSPECTED

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daß faserführende Restabwasserklärgchlämme mit einem Wassergehalt bis etwa 80 Gew# aus Papier-(Karton) oder Zellstoffabriken und/oder feuchte Holz-Schneidspäne mit einem Feuchtigkeitsgehalt bis etwa 80 Gew# mit Bormineralien innig vermischt und bei weitergeführter Mischung mit konzentrierter (96$) Schwefelsäure versetzt werden, daß das Mischgut einer Abdampfstrecke zugeführt und anschließend mit einem Harz beleimt wird und daß sodann diese Masse unter Anwendung von Druck und Wärme zu einem festen Körper verleimt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß dem Klärschlamm bzw. den Holz-Schneidspänen Holzfasern und Holzstaub beigemengt werden.
4·. Verfahren nach Anspruch 3»
dadurch gekennzeichnet,

daß die Holzfasern und der Holzstaub vor dem Beimengen angefeuchtet werden.
5· Verfahren nach einem oder mehreren der-vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,

daß als Bormineral Colemanit mit einem Borsäuregehalt größer 4-2 Gew% eingesetzt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Harz ein durch Fortsetzung der Polykondensationsreaktion härtbarer Kunstharz-Leim ist»
7 ο Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
.daß das Harz ein Xsocyanat-Kleber isto

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8* Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Harz ein thermoplastischer Kunstharzleim ist.
9· Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Mischgut vor dem Beleimen nachgetrocknet wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Mischgut vor dem Beleii»äu einer Mühle zuge-3-5 führt wird. '

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