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Flammhemmendes und Formaldehyd-Abspaltung vermindern-
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des, Hozspanplatten beimengbares Material Die Erfindung betrifft zu
den Ausgangsrohstoffen, die zur Herstellung von Holzspanplatten benötigt werden,
trocken beimengbares Material, das zur weitgehenden Verminderung der nachträglichen
Abgabe von Formaldehydgas dient, das aus den bei der Herstellung der Spanplatten
verwendeten Harnstoff-Formaldehyd-Harzen stammt und das außerdem den Holzspanplatten
flammhemmende Eigenschaften verleiht, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses
Materials.
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Insbesondere bei der Spanplattenherstellung, bei der die Holzspäne
weitgehend mit Harnstoff-Formaldehyd-Harz verleimt werden, kommt es immer wieder,
insbesondere unter dem Einfluß von Feuchtigkeit, zu einer nachträglichen Formaldehyd-Abspaltung.
Das Formaldehydgas wirkt hierbei nicht nur durch seinen stechenden Geruch unangenehm,
sondern kann
auch in höheren Konzentrationen oder bei Einwirkung
über einen längeren Zeitraum hinweg ernste Gesundheitsschäden verursachen. Da jedoch
derartige Formaldehyd-Abspaltungen gerade aus mit Harnstoff-Formaldehyd-Kondensaten
verleimten Spanplatten über Jahre anhalten können, genügen bereits kleine ppm-Mengen,
um möglicherweise solche Wirkungen hervorzurufen. Es stellt sich daher die Aufgabe,
derartige Formaldehyd-Abspaltungen weitgehend einzudämmen, beziehungsweise zu vermeiden.
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An sich wäre diese Aufgabe, zumindest hinsichtlich des Weges der einzuschlagen
ist, und der Materialien, die zu verwenden sind, bereits gelöst. So wird beispielsweise
nach der DE-OS 16 53 167 vorgeschlagen, dem Spankuchen zum Pressen von Holzspanplatten
bis zu 10 Gew.t des verwendeten Leimes an Stoffen beizugeben, die in der Lage sind,
Formaldehyd zu binden. Es werden in dieser Schrift auch derartige Stoffe benannt.
Angeführt sind hier: Polyacrylsäureamid, Harnstoff, Guanidin, Hydroxylamin, Athylendiamin,
Anilin, Phenol, Resorcin, Dibutylthioharnstoff und Diphenylmethandiisocyanat. Diese
Stoffe liegen teilweise in pulverförmiger Form, teilweise gasförmig und teilweise
auch in Lösungen vor. In der angezogenen Vorveröffentlichung wird vorgeschlagen,
diese Stoffe entweder direkt pulverförmig den Holzspänen beizumengen oder feine
Holzteilchen hiermit zu imprägnieren und dann dieses Material beizufügen.
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Es hat sich gezeigt, daß die pulverförmige Beimengung dieser formaldehydbindenden
Stoffe nicht den gewünschten Erfolg bringt, weil bei den im Fabrikationsprozeß nicht
zu vermeidenden Vibrationen diese pulverförmigen Bestandteile durch den Spankuchen
hindurch rieseln und sich am Boden der Spanplattenform absetzen. Damit ist jedoch
nur ein ganz geringer Teil des Querschnitts dieser Spanplatten mit diesen formaldehydbindenden
Mitteln durchsetzt, womit die Wirkung dieser Mittel illusorisch wird. Außerdem wird
der Bindemechanismus
zwischen den einzelnen Spänen beeinträchtigt
und damit auch die Festigkeit, zumindest auf der Seite, die zuvor den Boden der
Plattenform bildete.
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Somit verbleibt nur der Weg, die formaldehydbindenden Stoffe über
eine Imprägnierung von Feinteilen dem Spankuchen zuzufügen.
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Einem weiteren Vorschlag nach der DE-AS 27 40 27 nach, soll den Spänen
eine wässrige Dispersion zugegeben werden, die ebenfalls solche formaldehydbindenden
Mittel enthält. Auch diese Lösung führte jedoch nicht zum Erfolg, da sich die formaldehydbindenden
Mittel zwar nach Abdampfen des Lösungsmittels auf den Holzspänen ablagern, aber
auch, nach dem Trocknen, der Schwerkraft folgend, sich wiederum am Boden des Spankuchens
ablagern. Verbleibt die Dispersion auf den Holzspänen, so behindert der allseitige
Überzug der Holzspäne mit der Dispersionsflüssigkeit die Verleimung der Späne miteinander,
womit eine nicht annehmbare Festigkeitseinbuße verbunden ist. Außerdem würde dann
auch durch den hohen Wassergehalt des zu verpressenden Materials Ausschuß entstehen.
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Weiter bekannt nach der DE-AS 20 18 151 ist ein Verfahren zur Herstellung
eines trockenen, faserigen Materials, bestehend aus den faserigen Trägermaterialien
und diesen angelagerten pulverförmigen Zusatzstoffen, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Zerfaserung der Trägermaterialien trocken in Anwesenheit der pulverförmigen
Zusatzstoffe erfolgt. Dieser Weg wurde zumindest im Labor sehr erfolgreich begangen,
um solche formaldehydbindende pulverförmige Stoffe an Fasern, insbesondere an organischen
Fasern, anzulagern. Diese beladenen Fasern konnten dann, ohne daß eine Entmischung
befürchtet werden mußte, den Holzspänen zur Bildung von Holzspanplatten zugefügt
werden. Da auch keine Änderung der optimalen Feuchtigkeit durch diese Zugabe erfolgte,
war
auch, dies allerdings überraschenderweise, keine Festigkeitseinbuße zu verzeichnen.
Uberraschenderweise deshalb, weil davon ausgegangen werden mußte, daß die Beifügung
dieser Fasern ebenfalls die Verleimung behindert.
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Tatsächlich ist dies jedoch nicht der Fall, vorausgesetzt die Fasern
weisen einen entsprechenden Feinheitsgrad auf.
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In der industriellen Fertigung ergaben sich jedoch außerordentliche
Schwierigkeiten bei der Verbindung der formaldehydbindenden Mittel mit den feinen
Fasern. Insbesondere traten die Schwierigkeiten bei dem Mittel auf, das zweckmäßigerweise
aus wirtschaftlichen Gründen verwendet wird, bei Harnstoff. Bereits nach sehr kurzer
Betriebsdauer waren in aller Regel die verwendeten Mahlwerke zum Zerfasern der Trägermaterialien
verstopft und die gegeneinander bewegten Teile dermaßen miteinander verklebt, daß
größte Schwierigkeiten bestanden, sie wieder in brauchbaren Zustand zu bringen.
Zurückzuführen ist dies wohl darauf, daß die organischen Fasern zusammen mit dem
Harnstoff unter Einwirkung von Feuchtigkeit ein Kondensationsprodukt bilden, das
zu diesen Verklebungen beziehungsweise Verharzungen führt.
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Zu lösen war daher letztlich die Aufgabe, wie der auf wirtschaftliche
Art und Weise als formaldehydbindendes Mittel zu verwendende Harnstoff an derartige
faserige Trägermaterialien auch in industriellem Maßstab anzulagern war. Erreicht
wurde dies nach einem noch nicht zum Stande gehörenden Vorschlag dadurch, daß einem
getrockneten, zu einem mit Pralleinbauten versehenen Mahlwerk führenden Luftstrom
kristallisierter Harnstoff solange zugegeben wird, bis das Mahlwerkinnere eine dichte
Harnstoffstaub-Atmosphäre aufweist und daß anschließend daran kontinuierlich die
organischen Fasern zusammen mit der dem gewünschten Verhältnis entsprechenden Menge
Harnstoff zugegeben werden.
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Eine weitere Forderung der Holzspanplatten verarbeitenden Industrie
geht dahin, daß die Holzspanplatten flammhemmend ausgestattet sind, daß sie also
den schwer entflammbaren oder gar nicht brennbaren Baustoffen nach DIN 4102 zugeordnet
werden können. Als geeignetes Flammschutzmittel hat sich hierbei Borsäure bewährt.
Das Hinzufügen von Borsäurepulver zu den Ausgangsrohstoffen zur Herstellung von
Spanplatten führt jedoch nicht zum Erfolg, da auch hier wiederum bei den im Fabrikationsprozeß
nicht zu vermeidenden Vibrationen diese pulverförmigen Bestandteile, ebenso wie
die pulverförmigen Stoffe zur Verhinderung der Formaldehyd-Abspaltung, durch den
Spankuchen hindurchrieseln und sich am Boden der Spanplattenform absetzen. Um diesen
Effekt zu vermeiden, kann auch wiederum, nach der bereits angeführten DE-AS 20 18
151, die Borsaure an zerfaserte Trägermaterialien angelagert werden. Werden diese
so beladenen Fasern den Ausgangsrohstoffen zur Herstellung von Spanplatten beigement,
so ergibt sich tatsächlich eine Verteilung der Borsäure über den gesamten Querschnitt
der Holzspanplatten und damit die erwünschte flammhemlßende Wirkung.
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Um diesen zweiten Arbeitsgang der Anlagerung der Borsäure an Fasern
zu vermeiden, wurde auch bereits vorgeschlagen, die Borsäure den beleimten Ausgangsrohstoffen
zur Herstellung der Spanplatten beizufügen. Tatsächlich ergibt sich dann auch eine
Verteilung der Borsäure über den gesamten Holzspanquerschnitt, jedoch ist die Festigkeit
der damit hergestellten Holzspanplatten äußerst ungenügend, weil die in den Leim
eingefügten Borsäurepartikel die Verleimung behindern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Material anzugeben, das, den Ausgangsrohstoffen
zur Herstellung von Holzspanplatten beigemengt, sowohl die Formaldehyd-Abspaltung
verhindert oder zumindest stark einschränkt, wie auch den damit hergestellten Holzspannplatten
flammhemmende Eigenschaften verleiht.
Erreicht wird dies nach der
Erfindung durch an organische Fasern angelagerten Harnstoff mit eingelagerten Borsäurepartikeln.
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Überrachenderweise hat sich gezeigt, daß ein derartiges Material keineswegs
die Verleimung behindert, sondern, durch den hohen Harnstoffgehalt, noch eine zusätzliche
Festigkeit, und zwar gleichmäßig über den gesamten Querschnitt der Spanplatte, verleiht.
Gleichzeitig ergeben sich auch flammhemmende Eigenschaften, wiederum über den gesamten
Querschnitt der Spanplatten, durch die gleichmäßige Beifügung der Borsäurepartikel
zu den Ausgangsrohstoffen zur Herstellung der Spanplatten. Mit einem derartigen
Material ausgestattete Spanplatten geben daher kein Formaldehydgas mehr ab beziehungsweise
ist die Formaldehyd-Abspaltung sehr stark vermindert und sie sind auch flammhemmend
beziehungsweise - je nach Beigabe - nicht brennbar.
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Insbesondere zur Eigenschaft "nicht brennbar" zweckmäßig ist es, wenn
zusätzlich zu den eingelagerten Borsäurepartikeln auch noch Partikel von Calciumsulfat
in den an die organischen Fasern angelagerten Harnstoff eingelagert werden. Zudem
können auch noch weitere Zusätze in den Harnstoff eingelagert werden oder es können
sich diese Zusätze oder Additive bereits an den organischen Fasern befinden.
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Das letztere ist insbesondere dann der Fall, wenn als organische Fasern
aus den Restabwasser-Klärschlämmen von Papier- oder Zellstoffabriken stammende Zellulosefasern
mit ihren üblichen Additiven verwendet werden. Diese üblichen Additive" sind, hinsichtlich
der Unbrennbarkeit, im Brandfalle glas- und keramikbildende Materialien, die die
organischen Fasern umhüllen und weitgehend vor dem Verbrennen bewahren. Wie die
Praxis gezeigt hat, pyrolisieren diese Fasern dann noch, so daß nach entsprechender
Beflammungszeit immer noch ein durch die pyrolisierten Fasern gebildetes steifes
Netzwerk verbleibt.
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Bewährt hat es sich, daß das Gewichts-Verhältnis der Fasern mit angelagertem
Harnstoff und eingelagerten Borsäuresowie gegebenenfalls Calciumsulfat-Partikeln
zur Harnstoff-Formaldehyd-Harz-Menge zwischen 1:0,2 und 1:20 liegt, sowie auch daß
das Gewichts-Verhältnis der beladenen Fasern zu den Ausgangs-Rohstoffen zwischen
1:1 und 1:10 liegt.
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Zum Herstellen des erfindungsgemäßen Materials werden nach der Erfindung
folgende Verfahrensschritte vorgeschlagen: 1. Eingeben der trockenen organischen
Fasern in einen Mischer (Beleimeinrichtung), 2. jeweils bei laufendem Mischer, Zudüsen
einer Harnstofflösung, 3. Einbringen eines Borminerals, 4. Zudüsen einer Mineralsäure,
5. Austragen des Gemenges auf eine Abdampfstrecke.
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Das sich ergebende Granulat kann sodann einer Vereinzelungsvorrichtung
(Mühle) zugeführt werden. Zum Verfahrensschritt 2 empfiehlt es sich, daß die Harnstofflösung
eine Temperatur zwischen 0 OC und 80 C aufweist. Sehr gute Ergebnisse ließen sich
in der Praxis erzielen dadurch, daß als Bormineral Colemanit eingebracht und als
Mineralsäure Schwefelsäure zugedüst wird. Durch die Umsetzung der im stöchiometrischen
Verhältnis zugegebenen Schwefelsäure zu dem Colemanit ergibt sich neben Borsäure
auch noch Calciumsulfat, das nun ebenfalls in dem Harnstoff eingebettet ist.
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Bei Anwendung dieses Verfahrens ergeben sich äußerst gute Eigenschaften
der damit ausgestatteten Holzspanplatten, die überraschenderweise über die Eigenschaften
hinausgehen, die bei der bloßen Vermengung dieser Materialien - organische Fasern,
Harnstoff, Borsäure, Calciumsulfat - zu erwarten gewesen wären. So liegen insbesondere
die Festigkeitseigenschaften, wie auch die Dickenquellung damit hergestellter Holzspanplatten,
deutlich über den Werten, die ohne Beigabe dieses Materials zu erwarten sind. Gleiches
gilt auch für
die zu erwartenden fl2mmhemmenden Eigenschaften der
so hergestellten Holzspanplatten, wie auch für die Formaldehyd-Abgabe.
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Beispielhaft sollen zwei mögliche Ansatzmengen für das erfindungsgemäße
Material angegeben werden: 1. 400 kg Holzfasern (atro) 150 kg Harnstoff als ziege
Lösung 725 kg Colmanit (gemahlen) 560 kg halbkonzentrierte Schwefelsäure.
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Die trockenen Fasern werden einer Mischeinrichtung eingegeben und
der Harnstoff zugedüst. Hierauf folgt die Eingabe des Borminerals Colemanit und
sodann das Zudüsen der Schwefelsäure. Nach einer Mischzeit von etwa 2 Minuten wird
das Mischgut auf einer Abdampfstrecke abgelassen und das, die Abdampfstrecke verlassende,
praktisch trockene Gut, einer Vereinzelungseinrichtung zugeführt.
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2. 250 kg (atro) Fasern aus Restabwasserklärschlämmen einer Papierfabrik
50 kg Harnstoff als 60sie Lösung 725 kg Colemanit (Bormineral) 560 kg halbkonzentrierte
Schwefelsäure.
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Die Materialien werden wie unter Beispiel 1 gemischt, getrocknet und
sodann vereinzelt.