DE2933755A1 - Verfahren zur herstellung von brandgeschuetzten holzspanplatten bzw. -formkoerpern - Google Patents
Verfahren zur herstellung von brandgeschuetzten holzspanplatten bzw. -formkoerpernInfo
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Description
Es werden auf dem Bausektor vielfach Werkstoffe verwendet, die gemäß DIN 4102, je nach ihrem Einsatzzweck, schwerentflammbar oder nichtbrennbar sein müssen. Dabei wäre es oft wünschenswert, wenn für solche Zwecke Holzspanplatten eingesetzt werden könnten. Es wurden daher die verschiedensten Möglichkeiten erprobt, Holzspanplatten flammwidrig auszurüsten. Zwar gelangte man dabei auf mehr oder weniger vorteilhaften Wegen zu schwerentflammbaren Holzspanplatten, aber für die Herstellung von nichtbrennbaren Holzspanplatten konnte bisher kein technisch brauchbares Verfahren entwickelt werden.
Es sind bereits verschiedene Verfahren beschrieben und vorgeschlagen worden, brandwidrige Holzspanplatten herzustellen, indem ein Teil der zur Plattenherstellung verwendeten Holzspäne durch Faserstoffe oder Fasergranulate ersetzt werden, die mit Flammschutzkomponenten beladen sind. Dabei ergab sich der Vorteil, die Herstellung der Brandschutzfasern von der Plattenherstellung verfahrensmäßig zu trennen und in jeweils darauf spezialisierten Fertigungsstätten durchführen zu können. Es hat sich jedoch gezeigt, dass mit diesen Faserprodukten unter den üblichen Bedingungen eines Spanplattenbetriebes nur schwerentflammbare Spanplatten mäßiger Festigkeit, aber keine nichtbrennbaren Spanplatten gemäß DIN
4102 A 2 erhalten werden können. Im letzteren Fall erschweren insbesondere Entdampfungsschwierigkeiten und Klebeerscheinungen zwischen Platten und Preßblechen eine großtechnische Anwendung.
Eine weitere Gruppe von einschlägigen Verfahren verfolgt das Ziel, die zur Plattenherstellung verwendeten Holzspäne selbst brandwidrig auszurüsten. So werden nach der DE-OS 2 421 289, der DE-OS 2 530 295 und der US-PS 4 039 645 zunächst ausreagierte Aufschlußlösungen von Boraten, vorzugsweise Borax, mit Mineralsäure hergestellt. Diese Lösungen mit einem pH-Wert von 4,5 bis 6, einem Feststoffgehalt von 20 bis 50 Gew.% und einer Temperatur von 66 bis 107°C werden in einem zweiten Arbeitsgang in solcher Menge auf die einzusetzenden Holzspäne gesprüht, dass auf 100 Gewichtsteile trockene Späne maximal 40 Gewichtsteile Lösung entfallen. Bei der anschließenden Trocknung der Späne sind daher erhebliche Wärmemengen aufzuwenden.
Eine ähnliche Arbeitsweise wird in der US-PS 3 321 421 beschrieben, wobei allerdings als Aufschlußsäuren nur Phosphor-, Salz- und Salpetersäure genannt werden.
Nach dem Verfahren der US-PS 3 983 040 wird aus einem Bormineral und Schwefelsäure ein Trockenprodukt hergestellt, das 25 bis 60 Gew.% Borsäure und 25 bis 75 Gew.% Sulfate enthält. Dieses kann in trockener Form, als wässrige Suspension oder als Paste auf Cellulosematerialien, beispielsweise Baumwolle oder Altpapier, aufgebracht werden, um solche Stoffe flammwidrig zu machen. Offenbar ist es das Ziel dieses Verfahrens, das Aufbringen größerer Wassermengen auf das zu schützende Material zu umgehen. Allerdings hat die Erfahrung gezeigt, dass die Anwendung trockener Substanzen, abgesehen
von der damit verbundenen Staubentwicklung, infolge von Entmischungserscheinungen niemals zu einem gleichmäßigen Brandschutz führt. Bei Anwendung des in der US-PS 3 983 040 beschriebenen Aufschlußprodukts in Form einer Suspension oder Paste muß zusätzlich Wasser verdampft, d.h. Wärmeenergie aufgebracht werden. Die Herstellung des Aufschlußproduktes und dessen Anlagerung an Cellulosematerialien erfolgt wie bei den bereits aufgeführten Verfahren in zwei Stufen. Im übrigen ist das Verfahren offenbar nicht in Verbindung mit einer Spanplattenherstellung durchgeführt worden. Es finden sich daher keinerlei Hinweise, wie weit die Leimabbindung durch die genannten Zusatzstoffe beeinflusst wird.
Mit diesen vorbekannten Verfahren ist es bisher jedoch nicht möglich gewesen, eine der Klasse A 2 entsprechende Flammwidrigkeit in Holzspanplatten einzustellen und außerdem ein Kleben der Holzspanplatten an den Preßblechen zu vermeiden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zu finden, wonach es möglich ist, Holzspäne mit möglichst geringem Aufwand so weitgehend und gleichmäßig flammwidrig einzustellen, dass sich ohne Beeinträchtigung des üblichen Fertigungsverfahrens daraus brandgeschützte, vorzugsweise nichtbrennbare Spanplatten der Brandklasse A 2 gemäß DIN 4102, herstellen lassen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von brandgeschützten, vorzugsweise von nichtbrennbaren Holzspanplatten bzw. -formkörpern durch Behandeln der einzusetzenden Holzspäne mit den Aufschlußprodukten von Bormineralien mit Mineralsäure. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Holzspäne mit dem gemahlenen Bormineral vermischt, mit etwa der stöchiometrischen Menge einer wenig verdünnten Phosphor- oder Schwefelsäure besprüht, gegebenenfalls mit Alkalisilikatlösung behandelt und getrocknet, und
nach Zugabe eines Hydrophobierungsmittels in an sich bekannter Weise mit Formaldehydharzen beleimt und zu Platten verpreßt werden.
Da erfindungsgemäß die Herstellung des Bormineralaufschlußprodukts sowie dessen Anlagerung an die Holzspäne in einem Schritt durchgeführt und gleichzeitig die dabei freiwerdende Reaktionswärme zur Trocknung genutzt wird, löst das Verfahren der Erfindung die Aufgabe, die Brandschutzmittel fest an die Holzspäne zu binden und gleichzeitig das Verdampfen großer Lösungsmittelmengen zu vermeiden, indem der Aufschluß der Bormineralien mit Säure in Gegenwart der Holzspäne erfolgt. Durch die unmittelbare Nutzung der Reaktionswärme entsteht ein wasserarmes Produkt, das nur noch eine geringe Nachtrocknung erfordert.
Trotz wenig feuchter Konsistenz des Reaktionsgemisches wird das Bormineral bereits bei Anwendung einer nur stöchiometrischen Säuremenge hinreichend aufgeschlossen; die Holzspäne werden dabei von der Säure nicht angegriffen. Weiterhin wird durch die Behandlung der getrockneten Späne mit einem Hydrophobierungsmittel verhindert, dass die Späne der Leimflotte Wasser entziehen, was den Vorgang der Beleimung und der Streuung der Späne empfindlich stören kann. Schließlich bewirkt die Zugabe von Alkalisilikat zu den Spänen, vorzugsweise den Spänen in den Deckschichten, dass die Platten nach dem Preßvorgang sich ohne weitere Hilfsmittel einwandfrei von den Preßblechen lösen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die zur Plattenherstellung vorgesehenen Späne mit dem feingemahlenen Bormineral gemischt. Dazu können die verschiedensten Bormineralien, wie beispielsweise Pandermit, Kernit, Rasorit,
Ascharit, Datolith, Ulexit, vorzugsweise jedoch Colemanit, eingesetzt werden. Das Mischungsverhältnis beträgt dabei, je nach der Art des Borminerals, auf 100 Gewichtsteile Holzspäne 200 bis 300 Gewichtsteile Bormineral, sofern Platten der Brandklasse A 2 hergestellt werden sollen. Für die Brandklasse B 1 genügen bereits 10 bis 50 Gewichtsteile Bormineral. Als Aufschlußsäure haben sich Phosphorsäure und insbesondere Schwefelsäure bewährt. Die Konzentration der Säure liegt bei 15 bis 65 Gew.% P[tief]2O[tief]5 bzw. 20 bis 70 Gew.% H[tief]2SO[tief]4. Die Säuremenge entspricht etwa der zum Aufschluß des Borminerals und gegebenenfalls zur Neutralisierung des zugesetzten Alkalisilikats benötigten stöchiometrischen Menge, so dass das Endprodukt, mit Wasser im Gewichtsverhältnis 1:10 aufgeschlämmt, einen pH-Wert zwischen 4 und 7 aufweist. Dazu werden die Holzspäne und das Bormineral unter intensivem Mischen in einem üblichen Mischgerät, beispielsweise einem Pflugscharmischer, mit der Säure bedüst. Die Masse der entstehenden Teilchen erhitzt sich dabei auf eine Temperatur zwischen etwa 80 und 100°C und erreicht dadurch eine Feuchtigkeit zwischen 30 und 10%, so dass die anschließende Trocknung in einem üblichen Trockengerät, beispielsweise einer Trockentrommel, nur noch wenig Wärmeenergie erfordert.
Die dabei anfallenden, aus den Spänen entstandenen trocknen Teilchen, die die Brandschutzkomponenten fest angelagert und in sich aufgenommen haben, werden anschließend konditioniert, um zu verhindern, dass die Teilchen beim Beleimen Wasser aus der Leimflotte aufsaugen. Zu diesem Zweck werden die Teilchen mit Ölen, Fetten oder Wachsen, gegebenenfalls in gelöster, emulgierter oder geschmolzener Form, besprüht. Ebenso kann ein gelöster oder emulgierter Kunststoff, beispielsweise ein Formaldehyd- oder Epoxidharz, aufgesprüht werden. Die Zugabemenge an Hydrophobierungsmittel beträgt dabei 0,1 bis 5 Gewichtsteile auf 100 Gewichtsteile unbehandelter Späne.
Um eine einwandfreie Abtrennung der Platten aus der Presse sicherzustellen, kann den behandelten Spänen vor der Konditionierung Alkalisilikat in Form einer 25 bis 55 %igen Natron- oder Kaliwasserglaslösung zugegeben werden. Die Zugabe erfolgt dann nach dem Aufschluß des Borminerals, vor dem Trocknen der Teilchen. In vielen Fällen genügt es vollständig, das Wasserglas nicht der Gesamtmenge der behandelten Späne, sondern nur den für die beiden Deckschichten bestimmten Spänen zuzusetzen. Die Menge an Wasserglas beträgt dabei 20 bis 100 Gewichtsteile atro auf 100 Gewichtsteile unbehandelter Späne. Das Wasserglas wirkt nicht auf die Bindung der Späne ein, sondern setzt sich mit der in dem Gemisch vorhandenen Säure um. Aus diesem Grund muß bei beabsichtigter Anwendung von Wasserglas die in das Gemisch einzuführende Säuremenge so bemessen werden, dass sie das Bormineral in ausreichendem Maß umsetzt und die Alkalität des Wasserglases im erforderlichen Umfang neutralisiert. Anstelle von Wasserglas kann auch eine Mischung aus Kalium- oder Natriumsulfat und Siliciumdioxid eingesetzt werden.
Eine weitere Verbesserung der Brandwidrigkeit lässt sich erreichen, wenn ein Teil der behandelten Holzspäne durch anorganische Substanzen, wie beispielsweise Monoammoniumphosphat oder Ammoniumsulfat, oder durch Füllstoffe, wie beispielsweise Gips, Kaolin oder Vermiculit, ersetzt wird. Von diesen hat sich insbesondere der Zusatz von Monoammoniumphosphat als sehr wirkungsvoll erwiesen. Allerdings darf die Zusatzmenge an solchen Stoffen - bezogen auf die Menge an Holzspänen - den Anteil von 25 Gew.% nicht überschreiten, da sich sonst sowohl die mechanische Festigkeit der Platten als auch deren Oberflächenbeschaffenheit verschlechtert.
Die vorbehandelten und brandwidrig ausgerüsteten Späne werden nunmehr in an sich bekannter Weise mit der Leimflotte bedüst, im Schüttelrahmen zu Platten geformt, die dann in der kalten Vorpresse vorverdichtet und schließlich in einer Etagenpresse bei Temperaturen von 140 bis 200°C fertiggepreßt werden. Bei Behandlung der Späne mit Alkalisilikat lassen sich die Platten ohne Schwierigkeiten und ohne Anwendung besonderer Trennmittel aus der Presse abnehmen. Auch an das zum Verleimen zu verwendende Formaldehydharz sind keine besonderen Ansprüche zu stellen, so dass der Einsatz von einfachem Harnstoff-Formaldehydharz ausreichend ist. Natürlich kann auch Melamin-Formaldehydharz verwendet werden. Vorteilhaft dabei ist, dass die Borsäure, die sich auf den erfindungsgemäß behandelten Holzspänen gebildet hat, als Härter für den Formaldehydharz-Leim wirkt, so dass die Zugabe eines besonderen Härters entfallen kann.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Platten entsprechen der Brandklasse A 2 der DIN-Norm 4102. Dabei zeigen sich gute mechanische Eigenschaften, die denen nicht-flammgeschützter Platten weitgehend gleichkommen.
Natürlich können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Platten mit geringerer Flammwidrigkeit, etwa solche der Brandklasse B 1, hergestellt werden. In solchen Fällen genügt es, einen entsprechenden Teil der behandelten Späne durch unbehandelte Holzspäne zu ersetzen. Weiterhin ist es möglich, die zur Behandlung der Holzspäne eingesetzten Mengen an Bormineral und Säure entsprechend zu vermindern.
Einige Anwendungsbeispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren weiter erläutern.
Beispiel 1
In einem Pflugscharmischer werden 100 Gewichtsteile Holzspäne der Größe
a) 0,25 bis 1 mm
b) 1 bis 3 mm
mit 228 Gewichtsteilen Colemanit 15 Sekunden lang vermischt und dann unter weiterem Mischen mit 260 Gewichtsteilen einer Schwefelsäure mit 40 Gew.% H[tief]2SO[tief]4 bedüst. Nach einer Gesamtmischzeit von 5 Minuten wird das Mischgut bei einer Temperatur von 100°C getrocknet.
1000 Gewichtsteile des Trockenguts werden in einer Drehtrommel im Verlauf von 5 Minuten mit
kleines Alpha) 10 Gewichtsteilen Maschinenöl
kleines Beta) 10 Gewichtsteilen Paraffinwachs, emulgiert in 10 Gewichtsteilen Wasser
kleines Gamma) 10 Gewichtsteilen Epoxidharz, gelöst in 20 Gewichtsteilen Methanol
bedüst. Der pH-Wert der Produkte (1:10 mit Wasser aufgeschlämmt) beträgt 5,8; die Feuchte liegt bei 4%.
Beispiel 2
Das gleiche Gemisch wie in Beispiel 1 wird mit 285 Gewichtsteilen der Schwefelsäure bedüst. Nach Aufschluß des Borminerals, vor dem Konditionieren, werden dem Gemisch:
I) 150 Gewichtsteile Natronwasserglas (28 %ig, 30,0°Bé)
II) 145 Gewichtsteile Kaliwasserglas (29 %ig, 29,5°Bé)
zudosiert. Dann wird weitere 60 Sekunden gemischt. Der pH-Wert des Endprodukts (1:10 mit Wasser aufgeschlämmt) beträgt 6,8.
Beispiel 3
400 Gewichtsteile Holzspäne, die nach der Arbeitsweise 2 a II kleines Alpha behandelt worden sind, werden mit 80 Gewichtsteilen einer Leimflotte mit 57 Gew.% Harnstoff-Formaldehydharz beleimt und die Hälfte davon zur Herstellung einer Plattenunterseite in einen Formkasten gestreut. Die Mittelschicht der Platte wird aus 600 Gewichtsteilen Holzspäne gebildet, die nach der Arbeitsweise 1 b kleines Alpha hergestellt und mit 110 Gewichtsteilen der Leimflotte beleimt worden sind. Als Oberschicht wird die zweite Hälfte der beleimten 2 a II kleines Alpha-Späne in den Formkasten gegeben, der Streukuchen vorgepreßt und dann in einer Etagenpresse bei einer Temperatur von 155°C und einem Anfangsdruck von 2,5 N/mm[hoch]2 in einer Preßzeit von 12 sek/mm zu einer 14 mm dicken Platte mit einer Dichte von 980 kg/m[hoch]3 verpreßt.
Beispiel 4
Gleiche Arbeitsweise wie in Beispiel 3, nur mit dem Unterschied, dass anstelle des Harnstoff-Formaldehydharzes ein Melamin-Formaldehydharz verwendet wird.
Beispiel 5
In einem Pflugscharmischer werden 100 Gewichtsteile Holzspäne der Größe
a) 0,25 bis 1 mm
b) 1 bis 3 mm
mit 20 Gewichtsteilen Colemanit 15 Sekunden lang vermischt und dann unter weiterem Mischen mit 47 Gewichtsteilen einer Schwefelsäure mit 20 Gew.% H[tief]2SO[tief]4 bedüst. Nach einer Gesamtmischzeit von 5 Minuten wird das Mischgut bei einer Temperatur von 100°C getrocknet.
1000 Gewichtsteile des Trockenguts werden in einer Drehtrommel im Verlauf von 5 Minuten mit 5 Gewichtsteilen Maschinenöl bedüst. Der pH-Wert des Produkts (1:10 mit Wasser aufgeschlämmt) beträgt 5,2; die Feuchte liegt bei 3 %.
Beispiel 6
400 Gewichtsteile Holzspäne, die nach der Arbeitsweise 5 a behandelt worden sind, werden mit 85 Gewichtsteilen einer Leimflotte mir 52 Gew.% Harnstoff-Formaldehydharz und 1 Gew.% Härter beleimt und die Hälfte davon zur Herstellung einer Plattenunterseite in einen Formkasten gestreut. Die Mittelschicht der Platte wird aus 600 Gewichtsteilen Holzspäne gebildet, die nach der Arbeitsweise 5 b hergestellt und mit 115 Gewichtsteilen der Leimflotte beleimt worden sind. Als Oberschicht wird die zweite Hälfte der beleimten 5 a-Späne in den Formkasten gegeben, der Streukuchen vorgepreßt und dann in einer Etagenpresse bei einer Temperatur von 175°C und einem Anfangsdruck von 2,5 N/mm[hoch]2 in einer Preßzeit von 10 sek/mm zu einer 14 mm dicken Platte mit einer Dichte von 690 kg/m[hoch]3 verpreßt.
Beispiel 7
Herstellung von Platten wie in Beispiel 6, nur mit dem Unterschied, dass anstelle der 5 a - Späne eine Mischung aus 120 Gewichtsteilen 1 a kleines Alpha-Spänen und 280 Gewichtsteilen unbehandelter Holzspäne von 0,25 bis 1 mm Größe, und anstelle der 5 b - Späne eine Mischung aus 180 Gewichtsteilen 1 b kleines Alpha-Spänen und 420 Gewichtsteilen unbehandelter Holzspäne von 1 bis 3 mm Größe verwendet werden.
Beispiel 8
Gleiche Arbeitsweise wie in Beispiel 1, nur mit dem Unterschied, dass 25 Gewichtsteile Holzspäne durch die gleiche Gewichtsmenge Gips ersetzt werden.
Beispiel 9
Gleiche Arbeitsweise wie in Beispiel 1, nur mit dem Unterschied, dass nur 82 Gewichtsteile Holzspäne eingesetzt werden, die zuvor mit 45 Gewichtsteilen einer 40 %igen Monoammoniumphosphatlösung bei einer Temperatur von 60°C getränkt worden sind.
Beispiel 10
Gleiche Arbeitsweise wie in Beispiel 2, nur mit dem Unterschied, dass 25 Gewichtsteile Holzspäne durch die gleiche Gewichtsmenge Gips ersetzt werden.
Beispiel 11
Gleiche Arbeitsweise wie in Beispiel 2, nur mit dem Unterschied, dass nur 82 Gewichtsteile Holzspäne eingesetzt werden, die zuvor mit 45 Gewichtsteilen einer 40 %igen Monoammoniumphosphatlösung bei einer Temperatur von 60°C getränkt worden sind.
Beispiel 12
Herstellung von Platten wie in Beispiel 3, nur mit dem Unterschied, dass anstelle der nach Arbeitsweise 1 b kleines Alpha bzw. 2 a II kleines Alpha behandelten Späne solche nach der Arbeitsweise 8 bzw. 10 eingesetzt werden.
Beispiel 13
Herstellung von Platten wie in Beispiel 3, nur mit dem Unterschied, dass anstelle der nach der Arbeitsweise 1 b kleines Alpha bzw. 2 a II kleines Alpha behandelten Späne solche nach der Arbeitsweise 9 bzw. 11 eingesetzt werden.
Die nach den Beispielen 3, 4, 12 und 13 hergestellten Platten haben Biegefestigkeiten von 10 bis 15 N/mm[hoch]2 und Dickenquellungen bei Unterwasserlagerung, die den Normvorschriften nach DIN 68 763 für die Plattentypen V 20 und V 100 entsprechen. Sie sind nichtbrennbar gemäß der Brandklasse A 2 nach DIN 4102.
Die nach den Beispielen 6 und 7 hergestellten Platten erfüllen die Normvorschriften nach DIN 68 763. Die Biegefestigkeiten erreichen dabei nahezu die Werte entsprechender ungeschützter Platten. Sie sind schwerentflammbar entsprechend der Brandklasse B 1 nach DIN 4102.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von brandgeschützten, vorzugsweise von nichtbrennbaren Holzspanplatten bzw. -formkörpern durch Behandeln der einzusetzenden Holzspäne mit den Aufschlußprodukten von Bormineralien mit Mineralsäure, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzspäne mit dem gemahlenen Bormineral vermischt, mit etwa der stöchiometrischen Menge einer wenig verdünnten Phosphor- oder Schwefelsäure besprüht, gegebenenfalls mit Alkalisilikatlösung behandelt und getrocknet, und nach Zugabe eines Hydrophobierungsmittels in an sich bekannter Weise mit Formaldehydharzen beleimt und zu Platten verpreßt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus 100 Gewichtsteilen Holzspäne und 10 bis 300 Gewichtsteilen Bormineral zur Anwendung gelangt.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phosphorsäure mit 15 bis 65 Gew.% P[tief]2O[tief]5 oder eine Schwefelsäure mit 20 bis 70 Gew.% H[tief]2SO[tief]4 zur Anwendung gelangt.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der aufgesprühten Säure nicht mehr als 105 Gew.% der zum Aufschluß des Borminerals und gegebenenfalls zur Neutralisation des zugesetzten Alkalisilikats benötigten stöchiometrischen Menge beträgt.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Hydrophobierungsmittel Öle, Fette oder Wachse in gelöster, emulgierter oder geschmolzener Form oder ein Kunststoff in gelöster oder emulgierter Form in Mengen von 0,1 bis 5 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile unbehandelter Holzspäne zugegeben werden.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass gegebenenfalls dem Aufschlußgemisch aus Holzspänen, Bormineral und Säure ein Alkalisilikat in Form einer 25 bis 55 %igen wässrigen Natron- oder Kaliwasserglaslösung in einer Menge von 20 bis 100 Gewichtsteilen atro auf 100 Gewichtsteile unbehandelter Holzspäne zugegeben wird.
7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Menge bis zu 25 Gew.% der Holzspäne durch anorganische Substanzen oder Füllstoffe ersetzt wird.
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