DE69405385T2 - FIBROUS PRODUCTS AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF FLAME-RETARDANT FIBROUS PRODUCTS - Google Patents
FIBROUS PRODUCTS AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF FLAME-RETARDANT FIBROUS PRODUCTSInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1, das zur Herstellung von faserigen Produkten aus organischen Fasern geeignet ist.The present invention relates to a method according to the preamble of claim 1, which is suitable for producing fibrous products from organic fibers.
Gemäß besagtem Verfahren wird das faserige Basismaterial bis zu einem bestimmten Entfaserungsgrad entfasert und ein feuerhemmendes Mittel zugemischt, so daß ein im wesentlichen flammhemmendes Produkt erhalten wird.According to said method, the fibrous base material is defibrated to a certain degree of defibration and a fire retardant is mixed in so that a substantially flame retardant product is obtained.
Gemäß Anspruch 8 betrifft die Erfindung des weiteren ein im wesentlichen flammhemmendes organisches Material, das auf Fasern basiert.According to claim 8, the invention further relates to a substantially flame-retardant organic material based on fibers.
Solch ein Material weist organische Fasern auf, die bis zu einem gewünschten Entfaserungsgrad zerkleinert wurden und denen ein feuerhemmendes Mittel zugemischt wurde.Such a material comprises organic fibres which have been shredded to a desired level of defibration and to which a fire retardant has been added.
Das erfindungsgemäße Material ist insbesondere für die Verwendung als thermische Isolation (Dämmung) geeignet und auch als Aggregat für beispielsweise Straßenbaumaterialien und ähnliche Materialien, die in heißer Form verwendet werden.The material according to the invention is particularly suitable for use as thermal insulation (insulation) and also as an aggregate for for example road building materials and similar materials which are used in hot form.
Recycling und die Wiederverwendung von Abfallstoffen haben heutzutage eine große Bedeutung in der industrialisierten Welt erlangt. Zur Verwendung von Recyclingpapier wurden Verfahren entwickelt, die die Wiederverwendung von diesen Fasern zur Herstellung von beispielsweise Dämmstoffen erlauben. Zu diesen Dämmstoffen gehören Produkte, die u.a. als Zellulose-Blaswolle oder Ecowolle bezeichnet werden, wobei diese weithin vermarktet werden und eine Vielzahl von Patenten bekannt sind, die sich hierauf beziehen. Seit 1977 schützen allein in den USA gewährte Patente 50 Arten von Dämmstoffen, die aus Holzfasern hergestellt sind, die die Zusammensetzungen der feuerhemmenden Mittel, die zusammen mit diesen Materialien verwendet werden und die Herstellungsverfahren hierfür sowie die Zusammensetzung der Bindemittel, die zur Sprühbindung der besagten Fasern verwendet werden. Einige der Patente lehren des weiteren die Sterilisation der besagten Dämmstoffe aus Zellulosewolle, so daß ihre Widerstandsfähigkeit gegen den Zerfall in dem zu isolierenden Hohlraum verbessert wird.Recycling and the reuse of waste materials have become very important in the industrialized world today. Processes have been developed for the use of recycled paper that allow the reuse of these fibers to produce insulation materials, for example. These insulation materials include products known as cellulose blown wool or ecowool, which are widely marketed and a large number of patents are known that relate to them. Since 1977 Patents granted in the United States alone protect 50 types of insulation materials made from wood fibers, the compositions of the fire retardants used with these materials and the manufacturing processes thereof, as well as the composition of the binders used to spray-bond said fibers. Some of the patents further teach the sterilization of said cellulose wool insulation materials so as to improve their resistance to decomposition in the cavity to be insulated.
Die Dämmung von Materialien, die zur Dämmung von Gebäuden verwendet werden, gründet sich auf die Tatsache, daß die Dämmstoffe die Luftzirkulation in dem zu isolierenden Hohlraum verhindern. Ein idealer Dämmstoff kann daher auch dadurch gekennzeichnet werden, daß es bis zu einem gewissen Ausmaß fähig ist, die zufällige Bewegung der Luftmoleküle zu verhindern. Die letztere Klasse umfaßt Dämmstoffe, die Aerogels genannt werden, wobei deren Porengröße in der Größenordnung von einigen Nanometern liegt. Die Dämmfähigkeit kann des weiteren durch die Füllung der Hohlräume der Dämmstoffe mit einem Gas einer geringen thermischen Leitfähigkeit oder Materialien verbessert werden, die eine hohe IR-Refiexion zur Verfügung stellen und die schlechte Wärmeleiter sind. Der beste thermische Isolator ist offensichtlich ein Vakuum, das mit einer Vielzahl von hochreflektierenden Oberflächen gefüllt ist, die voneinander getrennt sind. Diese exotischen Materialien können aber heutzutage aus ökonomischen Gründen nicht zur Dämmung von herkömmlichen Gebäuden oder ähnlichen Strukturen verwendet werden.The insulating properties of materials used to insulate buildings are based on the fact that the insulating materials prevent air circulation in the cavity to be insulated. An ideal insulating material can therefore also be characterized by being able to prevent, to a certain extent, the random movement of air molecules. The latter class includes insulating materials called aerogels, whose pore size is in the order of a few nanometers. The insulating properties can be further improved by filling the cavities of the insulating materials with a gas of low thermal conductivity or materials that provide high IR reflection and are poor heat conductors. The best thermal insulator is obviously a vacuum filled with a multitude of highly reflective surfaces separated from each other. However, these exotic materials cannot be used today for economic reasons to insulate conventional buildings or similar structures.
Die thermische Leitfähigkeit von Luft beträgt 0,0253 W/mºC, wobei dieser Wert durch expandiertes Polystyrol mit einer Vielzahl von reflektierenden Oberflächen und einer kleinen Porengröße nahezu erreicht werden kann. Das beste Material, das aus natürlichen Quellen erhalten werden kann, ist Kork, der eine thermische Leitfähigkeit in der Größenordnung von 0,045 W/mºC bei einer Dichte von 140 kg/m³ aufweist. Die thermischen Leitfähigkeiten von typischer Zellulose-Dämmwolle, oder Ecowolle, sind bestenfalls etwa 0,034-0,036 W/mºC. Die entsprechende thermische Leitfähigkeit von Mineralwolle ist z. B. in der Größenordnung von 0,040 W/mºC, manchmal 0,038 W/mºC. Die vorteilhaften Dichten sind 30-36 kg/m³ für Zellulosewolle beziehungsweise 30- 80 kg/m³ für Mineralwolle. Der Unterschied bezieht sich auf die verschiedenen Werte der thermischen Leitfähigkeit. Die besten Dämmergebnisse werden für Mineralwolle, wie für viele andere Materialien, unter Verwendung einer Dichte von 40-60 kg/m³ erzielt.The thermal conductivity of air is 0.0253 W/mºC, and this value can be almost achieved by expanded polystyrene with a large number of reflective surfaces and a small pore size. The best material that can be obtained from natural sources is cork, which has a thermal conductivity of the order of 0.045 W/mºC at a Density of 140 kg/m³. The thermal conductivities of typical cellulose insulation wool, or ecowool, are at best about 0.034-0.036 W/mºC. The corresponding thermal conductivity of mineral wool, for example, is in the order of 0.040 W/mºC, sometimes 0.038 W/mºC. The advantageous densities are 30-36 kg/m³ for cellulose wool and 30-80 kg/m³ for mineral wool, respectively. The difference relates to the different values of thermal conductivity. The best insulation results for mineral wool, as for many other materials, are achieved using a density of 40-60 kg/m³.
Der Vorteil von Dämmstoffen aus organischen Fasern im Vergleich zu Dämmstoffen beispielsweise aus Mineralwolle sind ihre hohe Dämmung und vorteilhafte Produktionskosten. Da die Möglichkeit besteht Recyclingpapier als Rohmaterial zu verwenden, wird die Wettbewerbsfähigkeit dieser Produkte in Zukunft weiter verbessert werden.The advantage of insulation materials made from organic fibers compared to insulation materials made from mineral wool, for example, is their high insulation and advantageous production costs. Since it is possible to use recycled paper as a raw material, the competitiveness of these products will be further improved in the future.
Typischerweise wird Zellulose-Dämmwolle durch Zerreißen von Papier und Zerkleinern der Papierstücke durch beispielsweise eine Hammermühle und Beimischen eines feuerhemmenden Mittels zu den zerkleinernden Fasern hergestellt, um eine unbrennbare und nicht glimmbare Dämmwolle zu erhalten. Gleichzeitig wirken eine große Zahl von feuerhemmenden Mittel, die hierfür verwendet werden, auch als füngizides und antimikrobielles Mittel, welches das Wachstum von Mikroorganismen verhindert. Typische Mittel sind Borverbindungen, Salze der Phosphorsäure, Antimonverbindungen, Harnstoff usw., das heißt, es handelt sich um die gleichen Mittel, die herkömmlicherweise für alle anderen Anwendungen zur Verbesserung der Feuerbeständigkeit verwendet werden.Typically, cellulose insulation wool is made by tearing up paper and shredding the paper pieces using, for example, a hammer mill and adding a fire retardant to the shredded fibers to obtain a non-combustible and non-smoldering insulation wool. At the same time, a large number of fire retardants used for this purpose also act as fungicidal and antimicrobial agents, preventing the growth of microorganisms. Typical agents are boron compounds, salts of phosphoric acid, antimony compounds, urea, etc., i.e. they are the same agents that are conventionally used for all other applications to improve fire resistance.
Als ein Beispiel des Standes der Technik wird die US-Patentschrift 4 804 695 zitiert, die das Mahlen eines faserigen Rohmaterials, das entweder Holz oder (Recycling-)Papier sein kann, zusammen mit pulverisierter Borsäure (Zugabe von 14% Borsäure bezogen auf das Gewicht der Fasern) unter Verwendung einer Hammermühle für den Mahischritt offenbart.As an example of the prior art, US Patent 4 804 695 is cited, which describes the grinding of a fibrous raw material, which can be either wood or (recycled) paper, together with powdered boric acid (addition of 14% boric acid based on the weight of the fibers) using a hammer mill for the grinding step.
Die Verfahren zur Herstellung von Zellulosewolle haben einige gemeinsame Nachteile. Nämlich die Hammermühle, die die Fasern zerkleinert, entfasert diese nicht auf die gleiche Weise wie für diesen Zweck konstruierte Refiner. So werden die Fasern in eine Form überführt, die nachteilig für die Verwendung als Dämmstoff ist.The processes used to produce cellulose wool have some common disadvantages. Namely, the hammer mill that crushes the fibers does not defiber them in the same way as refiners designed for this purpose. This means that the fibers are converted into a form that is detrimental to use as insulating material.
Des weiteren wäre es für die Herstellung vorteilhaft, alle benötigten Chemikalien, beispielsweise die feuerhemmenden Mittel und die Chemikalien zur Konservierung, bereits vor dem Mahlschritt zu mischen, um sicherzustellen daß sie homogen mit dem Basismaterial gemischt werden. Dies ist jedoch nicht möglich, falls Entfaserungsrefiner verwendet werden. Der Grund hierfür ist wie folgt:Furthermore, it would be advantageous for the production to mix all the required chemicals, such as fire retardants and preservative chemicals, before the grinding step to ensure that they are mixed homogeneously with the base material. However, this is not possible if defibering refiners are used. The reason for this is as follows:
Typischerweise werden feuerhemmende Mittel wie Borax oder Borsäure oder Soda oder Mischungen hiervon in hydratisierter Form verwendet, um ihre flammhemmende Fähigkeit zu nutzen. Tatsächlich werden Borax und andere ähnliche Chemikalien als flammhemmende Mittel besonders bevorzugt in ihrer hydratisierten Form verwendet, da dann das Hydratwasser bei der niedrigst möglichen Temperatur freigesetzt wird, so daß in einem Feuer die Hitze adsorbiert wird und der Sauerstoff aus der Umgebung der Fasern eingefangen wird. Falls alternativ zu dem Basismaterial die wasserfreie Form zugemischt wird, so kann das anhydrierte Borax oder eine ähnlich Chemikalie, die zur Absorption von Hydratwasser fähig ist, später das Hydratwasser aufnehmen, wobei angenommen wird, daß das benötigte Hydratwasser aus der Umgebung, das heißt aus der Luftfeuchtigkeit der umgebenden Luft, zur Verfügung steht.Typically, fire retardants such as borax or boric acid or soda or mixtures thereof are used in hydrated form to take advantage of their flame retardant ability. In fact, borax and other similar chemicals are most preferably used as flame retardants in their hydrated form because the water of hydration is then released at the lowest possible temperature so that in a fire the heat is adsorbed and the oxygen from the environment of the fibers is captured. Alternatively, if the anhydrous form is mixed with the base material, the anhydrated borax or a similar chemical capable of absorbing water of hydration can later absorb the water of hydration, it being assumed that the required water of hydration is available from the environment, i.e. from the humidity of the surrounding air.
Die zelm Hydratwasser, die das hydratisierte Borax bindet, werden zunächst bei einer Temperatur von 60,8ºC freigesetzt, wobei das Borax in das Pentahydrat und/oder Tetrahydrat überführt wird und später bei 95ºC zum Dihydrat. Wenn das Recyclingpapier gemahlen wird, so wird beispielsweise der Trockenmahischritt unter Verwendung einer spezifischer zugeführten Energie von etwa 100 kwh pro Tonne Rohmaterial durchgeführt. Schon bei diesen relativ geringen Mengen an spezifischer Energie, die zugeführt wird, wird die interne Temperatur des fasrigen Materials und die Temperatur der beigemischten Luft und der Zusatzstoffe so stark erhöht, daß ein "Schmelzen" der hydratisierten Chemikalien in ihrem Hydrationswasser verursacht wird, wobei alle Nuten in den Refiner-Stäben verstopft werden.The zelm hydration water, which binds the hydrated borax, is first released at a temperature of 60.8ºC, whereby the borax is converted into the pentahydrate and/or tetrahydrate and later at 95ºC to the dihydrate. When the recycled paper is refined, for example, the dry refining step is carried out using a specific energy input of about 100 kWh per tonne of raw material. Even with these relatively small amounts of specific energy input, the internal temperature of the fibrous material and the temperature of the admixed air and additives are raised to such an extent that a "melting" of the hydrated chemicals in their hydration water is caused, clogging all the grooves in the refiner bars.
Zusätzlich zu den tatsächlichen Produktionskosten der Dämmstoffe stellt das Anbringen der Dämmstoffe vor Ort ein wesentlicher Faktor in den Kosten für die Dämmung von Gebäuden dar.In addition to the actual production costs of the insulation materials, the installation of the insulation materials on site is a significant factor in the costs of insulating buildings.
Das kostengünstigste Anbringungsverfahren einer Dämmung besteht im Einblasen des Dämmstoffs mit einem Luftstrom in die Hohlräume. Zellulosewolle und andere blasbare Dämmstoffe sind herkömmlicherweise am besten für Anwendungen geeignet, die die Dämmung von horizontalen Oberflächen beinhalten, auf denen ein gewisses Maß an Langzeitselbstkompression nicht kritisch ist. Aus diesem Grund ist der Hauptmarkt für diese Dämmstoffe die Dämmung von Dachgeschossen von Gebäuden und in einem gewissen Ausmaß auch die Dämmung von Erdgeschossen. Im Gegensatz hierzu werden diese Dämmstoffe, die dazu tendieren sich aufgrund von Selbstkompression zu senken, kaum zur Dämmung von Mauerhohiräumen verwendet.The most cost-effective method of applying insulation is to blow the insulation into the cavities using a stream of air. Cellulose wool and other blowable insulation materials are traditionally best suited to applications involving the insulation of horizontal surfaces where a certain degree of long-term self-compression is not critical. For this reason, the main market for these insulation materials is the insulation of attics of buildings and, to some extent, the insulation of ground floors. In contrast, these insulation materials, which tend to sag due to self-compression, are rarely used for the insulation of wall cavities.
Falls ein loses Füllmaterial, wie beispielsweise Zellulosewolle oder Mineralwolle in einen Hohlraum einer Mauer eines Gebäudes eingeblasen wird, muß unumgänglich aus den oben beschriebenen Gründen zusätzlich ein Bindemittel verwendet werden, das geeignet ist, die Fasern zu verbinden, so daß das Absenken der eingebrachten Dämmung verhindert wird.If a loose filling material, such as cellulose wool or mineral wool, is blown into a cavity in a wall of a building, it is essential, for the reasons described above, to use an additional binding agent that is suitable for binding the fibres together so that the subsidence of the insulation is prevented.
Die Zugabe dieser Bindemittel bringt jedoch einige Nachteile mit sich, hierzu gehören:However, the addition of these binders brings with it some disadvantages, including:
- nicht zuverhindernde Einbringung von Feuchtigkeit in den Raum, der isoliert werden soll,- unavoidable introduction of moisture into the room that is to be insulated,
- höherer Verbrauch an feuerhemmenden Mitteln, da diese an das Bindemittel binden,- higher consumption of fire retardants, as these bind to the binder,
- Probleme, die mit der Flüchtigkeit von Chemikalien zusammenhängen, die im Bindemittel vorhanden sind oder von der Wirkung dieser Mittel als bevorzugte Nahrungsquelle für Mikroben und Pilze.- Problems related to the volatility of chemicals present in the binder or the action of these agents as a preferred food source for microbes and fungi.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein insgesamt neues Verfahren zur Herstellung von Produkten, die auf organischen Fasern basieren, zur Verfügung zu stellen, wobei die Produkte beispielsweise zur Verwendung als einblasbares thermisches Dämmstoff und als Aggregat in verschiedenen Zusammensetzungen, die in heißer Form angewendet werden, geeignet ist.It is an object of the present invention to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an entirely new process for producing products based on organic fibers, the products being suitable for use, for example, as blow-in thermal insulation material and as an aggregate in various compositions applied in hot form.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren vor, wie Anspruch 1 beansprucht.The invention proposes a method as claimed in claim 1.
Erfindungsgemäß wird ein fibrilliertes faseriges Produkt durch Mahlen eines geeigneten Rohmaterials aus Zellulose oder Lignozellulose auf die unten beschriebene Art hergestellt. Am billigsten wird das Produkt durch Entfasern von Recyclingpapier erhalten, wobei das Verfahren ebenso für die Herstellung dieser Produkte direkt aus Holz oder original Zellstoff/Papier geeignet ist.According to the invention, a fibrillated fibrous product is produced by grinding a suitable raw material of cellulose or lignocellulose in the manner described below. The product is most inexpensively obtained by defibrating recycled paper, but the process is also suitable for producing these products directly from wood or original pulp/paper.
Das Recyclingpapier kann entweder Holz enthalten, das bedeutet, daß das Zeitungspapier hauptsächlich aus Papier besteht, das aus mechanisch erhaltenem Zellstoff besteht, oder kann holzfrei sein, das bedeutet, daß das Druckpapier hauptsächlich aus chemisch erhaltenem Zellstoff besteht oder alternativ kann das Papier beide dieser Zellstofftypen enthalten, wie beispielsweise LWC-Papier, das im Prinzip aus mechanisch erhaltenem Zellstoff hergestellt ist, dem chemisch erhaltener Zellstoff als verstärkende Komponente beigemischt wurde. Des weiteren kann das Recyclingpapier auch Füllstoffe und Pigmente enthalten oder kann alternativ im wesentlichen frei von diesen sein.The recycled paper may either contain wood, which means that the newsprint consists mainly of paper made from mechanically obtained pulp, or may be wood-free, which means that the printing paper consists mainly of chemically obtained pulp, or alternatively the paper may contain both of these pulp types, such as LWC paper, which is basically made from mechanically obtained pulp to which chemically obtained pulp has been added as a reinforcing component. Furthermore, the recycled paper may also contain fillers and pigments or may alternatively be substantially free of these.
All die oben aufgeführten Rohmaterialqualitäten werden als "faseriges Rohmaterial" im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bezeichnet. Der Begriff "Papier" ist so definiert, daß er alle Papier-, Pappe-, Vollpappe-, Karton-Qualitäten mit einem typischen Gewicht im Bereich von 50-500 g/m² umfaßt.All the raw material qualities listed above are referred to as "fibrous raw material" in the context of the present invention. The term "paper" is defined to include all paper, cardboard, solid board, and carton qualities with a typical weight in the range of 50-500 g/m².
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der das Recycling- Papier in einen Dämmstoff überführt wird, wird ein besonders geeignetes faseriges Rohmaterial aus Papier gebildet, das zumindest im wesentlichen aus Lignozellulosezellstoff (Holz enthaltend) hergestellt ist. Ein Beispiel für ein solches Rohmaterial ist Zeitungspapier. Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Aggregat für z.B. Asphalt hergestellt wird, ist ein besonders geeignetes faseriges Rohmaterial beschichtetes Papier, das außer Zellstoff auch Mineralfüllstoffe, wie z.B. Ton und/oder Talg enthält. Zu dieser Papierart gehören zum Beispiel, zur Archivierung geeignetes Kopierpapier, Zeitschriftenpapier, Kunstdruckpapier, usw. Das Endprodukt enthält nach dem Zerkleinern näherungsweise 1-50 % Ton, Talk oder ähnliche Füllstoffe auf Mineralbasis, die in Druckpapier verwendet wurden.In a preferred embodiment of the invention, in which the recycled paper is converted into an insulating material, a particularly suitable fibrous raw material is formed from paper which is made at least essentially from lignocellulose pulp (containing wood). An example of such a raw material is newsprint. According to a second preferred embodiment of the invention, in which an aggregate for e.g. asphalt is produced, a particularly suitable fibrous raw material is coated paper which, in addition to pulp, also contains mineral fillers such as clay and/or tallow. This type of paper includes, for example, archival copy paper, magazine paper, art paper, etc. The end product, after shredding, contains approximately 1-50% clay, talc or similar mineral-based fillers which have been used in printing paper.
Das faserige Rohmaterial wird auf die gewünschte Entfaserungsgrad gemahlen. In diesem Zusammenhang bezieht sich "gewünschte Entfaserungsgrad" auf die Fibrillation des faserigen Rohmaterials in kleinere Teile. Die Zielgröße der Teile ist von der Anwendung abhängig. Entsprechend der ersten oben erwähnten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das Rohmaterial auf eine Partikelgröße von etwa 0,1-50 mm, vorteilhafterweise etwa 1-10 mm, gemahlen. In der zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das Material auf eine viel kleinere Partikelgröße von typischerweise etwa 0,01-10 mm, vorteilhafterweise 0,1-5 mm, gemahlen.The fibrous raw material is ground to the desired degree of defibration. In this context, "desired degree of defibration" refers to the fibrillation of the fibrous raw material into smaller pieces. The target size of the pieces depends on the application. According to the first preferred embodiment of the invention mentioned above, the raw material is ground to a particle size of about 0.1-50 mm, advantageously about 1-10 mm. In the second preferred embodiment of the invention the material is ground to a much smaller particle size of typically about 0.01-10 mm, advantageously 0.1-5 mm.
Für das Endergebnis des Mahlschritts ist es wesentlich, daß eine Zermürbung des Materials erreicht wird, so daß eine Entfaserung der Rohmaterialfasern erreicht wird, wodurch ein flaumähnliches Produkt (oder zerrissener Zellstoff) erhalten wird. Dementsprechend sind Scheiben- oder Konus-Refiner und ähnliche Refinertypen mit rotierender Refinerscheibe oder -messern geeignete Mühlen. Besonders geeignete Refiner sind mit Rillenstäben oder bestückten Stäben ausgestattet. Wie unten beschrieben wird, verwendet eine besonders bevorzugte Ausführungsform für die Entfaserung von Recyclingpapier Rillenstäbe, wobei die Nuten etwa 5 mm tief und die Erhebungen etwa 3-5 mm hoch sind. Das Mahlen mit Rillenstäben kann ein Produkt mit einem feineren Grad der Entfaserung liefern als beispielsweise das Mahlen mit bestückten Stäben. Der typische lichte Stangenabstand, der für den Refiner hierfür verwendet wurde, ist im Bereich von 0,1-0,5 mm zur Entfaserung von Recyclingpapier.It is essential for the end result of the refining step that attrition of the material is achieved so that defibration of the raw material fibers is achieved, thereby obtaining a fluff-like product (or shredded pulp). Accordingly, disc or cone refiners and similar types of refiners with rotating refiner disc or knives are suitable mills. Particularly suitable refiners are equipped with grooved bars or tipped bars. As described below, a particularly preferred embodiment for defibrating recycled paper uses grooved bars, the grooves being about 5 mm deep and the elevations about 3-5 mm high. Refining with grooved bars can provide a product with a finer degree of defibration than, for example, refining with tipped bars. The typical clear bar spacing used for the refiner for this purpose is in the range of 0.1-0.5 mm for defibrating recycled paper.
In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß Scheiben- und Konus-Refiner ebenso zur Mischung der zu mahlenden Rohmaterialien mit den feuerhemmenden Mitteln, wie beispielsweise Borax, Borsäure, Soda, Harnstoff, Alkalimetallsalzen der Phosphorsäure, usw., verwendet werden können, vorausgesetzt, daß diese Mittel in einer wasserfreien oder beinahe wasserfreien Form beigegeben werden. Besonders vorteilhafte flammhemmende Mittel sind Borax, Soda oder Mischungen hiervon. Mittel, die vorteilhafterweise zur Verwendung als flammhemmende Mittel geeignet sind, sind Salze, die als Hydrate mit mindestens 5 Hydratwasser, vorteilhafterweise 10 Hydratwasser und ebenso in wasserfreier Form oder in Formen mit geringeren Mengen an Hydratwassern vorkommen. Ein wesentlicher Teil des Hydratwassers der Salze wird bei einer Temperatur über 30-120ºC freigesetzt.In connection with the present invention it has been found that disk and cone refiners can also be used to mix the raw materials to be ground with the fire retardants such as borax, boric acid, soda, urea, alkali metal salts of phosphoric acid, etc., provided that these agents are added in an anhydrous or almost anhydrous form. Particularly advantageous flame retardants are borax, soda or mixtures thereof. Agents advantageously suitable for use as flame retardants are salts which occur as hydrates with at least 5 waters of hydration, advantageously 10 waters of hydration, and also in anhydrous form or in forms with smaller amounts of hydration water. A substantial part of the waters of hydration of the salts is released at a temperature above 30-120°C.
"Flammhemmung" bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Reduktion der Entflammbarkeit von Material, d.h. die Umwandlung von Material in eine Form, die zumindest im wesentlichen nicht brennbar und nicht glimmbar ist."Flame retardancy" in this context refers to the reduction of the flammability of material, i.e. the conversion of material into a form that is at least substantially non-combustible and non-smoldering.
The flammhemmende Wirkung von Mitteln, die in trockener Form beigemischt werden, ist nicht so groß, wie die von Verbindungen, die Hydratwasser enthalten. Erfindungsgemäß wurde folglich festgestellt, daß das flammhemmende Mittel in zwei Teilen beigefügt werden sollte: in seiner wasserfreien Form und seiner hydratisierten Form. Entsprechend wird die wasserfreie Form des flammhemmenden Mittels, deren Anteil ein 1/4 bis 1/2 beträgt, vor der Entfaserung des faserigen Grundmaterials zugegeben und der andere Teil des flammhemmenden Mittels, er beträgt 1/2 bis 3/4, wird in der hydratisierten Form nach der Entfaserung des faserigen Grundmaterials zugegeben.The flame retardant effect of agents that are added in dry form is not as great as that of compounds that contain water of hydration. According to the invention, it was therefore found that the flame retardant should be added in two parts: in its anhydrous form and its hydrated form. Accordingly, the anhydrous form of the flame retardant, the proportion of which is 1/4 to 1/2, is added before the defibration of the fibrous base material and the other part of the flame retardant, which is 1/2 to 3/4, is added in the hydrated form after the defibration of the fibrous base material.
Falls die gesamte Menge des flammhemmenden Mittels in trockener Form dem faserigen Grundmaterial im Zusammenhang mit dem Mahlschritt beigemischt wird, so wird eine größere Menge des flammhemmenden Mittels benötigt, um zu Beginn eine Flammhemmung des Dämmstoffs sicherzustellen. Darüber hinaus muß festgestellt werden, daß nicht das gesamte flammhemmende Mittel in wasserfreier Form dem faserigen Material beigemischt werden kann, weil es in einem solchen Verfahren schwierig ist, das Verstopfen der Rillenstäbe zu verhindern. Es wurde tatsächlich festgestellt, daß zum Beispiel wasserfreies Borax vor dem Mahlschritt nur zu etwa 8 % des Gewichts des faserigen Rohmaterials den Fasern beigemischt werden kann und die Stäbe sauber und unverstopft bleiben. Natürlich werden verschiedene Arten von Refiner-Stäben verwendet, aber die oben vorgestellte Richtlinie ist für Stäbe gültig, die etwa 5 mm tiefe Nuten und Erhebungen von 3-5 mm haben, von denen festgestellt wurde, daß sie ein optimales Ergebnis bei der Trockenentfaserung von Recyclingpapier zeigen. Die richtige Wahl dieses Stabtyps ist wichtig, da diese Stäbe in der Lage sind, einen Dämmstoff herzustellen, der eine Dichte von 30 kg/m³ aufweist, während ein Dämmstoff, der mit bestückten Stäben oder einer Hammermühle hergestellt wurde, eine Dichte des Dämmstoffs von 36 kg/m³ hat.If the entire amount of flame retardant is added in dry form to the fibrous base material in connection with the refining step, a larger amount of flame retardant is required to ensure initial flame retardancy of the insulation material. In addition, it must be noted that not all of the flame retardant can be added to the fibrous material in anhydrous form because it is difficult to prevent clogging of the groove bars in such a process. In fact, it has been found that anhydrous borax, for example, can be added to the fibers before the refining step at only about 8% of the weight of the fibrous raw material and the bars remain clean and unclogged. Of course, different types of refiner bars are used, but the guideline presented above is valid for bars having grooves of about 5 mm deep and 3-5 mm elevations, which have been found to give an optimal result in dry defibration of recycled paper. The correct choice of this type of rod is important because these rods are able to produce an insulating material that has a density of 30 kg/m³, while an insulation material produced with loaded rods or a hammer mill has an insulation density of 36 kg/m³.
Die obere Grenze für die Menge des beigemischten wasserfreien Borax oder ähnlicher flammhemmender Mittel ist allgemein etwa 10-15 % des Gewichts der Fasern.The upper limit for the amount of anhydrous borax or similar flame retardant to be added is generally about 10-15% of the weight of the fibers.
Während des Mahlschritts wird das Rohmaterial vorteilhafterweise mit anderen Materialien gemischt, im besonderen solchen, die selbst gemahlen werden sollen. Daher werden die flammhemmenden Mittel vorzugsweise unter Verwendung anderer wasserfreier oder wäßriger Salze vervollständigt oder vermehrt, so daß andere Materialien an das faserige Rohmaterial haften.During the milling step, the raw material is advantageously mixed with other materials, in particular those which are themselves to be milled. Therefore, the flame retardants are preferably supplemented or augmented using other anhydrous or aqueous salts so that other materials adhere to the fibrous raw material.
Das erfindungsgemäße Verfahren erzielt u.a. folgende Vorteile:The method according to the invention achieves the following advantages, among others:
- Ein Teil des flammhemmenden Mittels kann besser unter die Fasern verteilt werden.- Part of the flame retardant can be better distributed among the fibers.
- Ein Scheiben- oder Konus-Refiner, der mit Rillenstäben oder bestückten Stäben ausgestattet ist, kann verwendet werden.- A disc or cone refiner equipped with grooved or tipped rods can be used.
- Das trockene faserige Material wird später feucht, d.h. es wird Hydratwasser gesammelt, wodurch der Dämmstoff anschwillt und eine gegenseitige Bindung der Fasern vollzogen wird, so daß sich eine nicht setztende Dämmstruktur bildet.- The dry fibrous material later becomes moist, i.e. hydration water is collected, causing the insulation material to swell and the fibers to bond to one another, thus forming a non-settling insulation structure.
- Das trockene, gut dispergierte Material, welches ursprünglich wasserfrei ist, aber später wäßrig durch Absorption von Hydratwasser wird, bildet ein gutes Substrat auch für andere Mittel, die leicht an die Fasern gebunden werden.- The dry, well-dispersed material, which is initially anhydrous but later becomes aqueous by absorption of water of hydration, forms a good substrate also for other agents which are easily bound to the fibers.
In diesem Zusammenhang bezieht sich der letzte Punkt insbesondere auf Aktivkohle.In this context, the last point refers in particular to activated carbon.
Vorteilhafterweise kann durch die vorliegende Erfindung die Entfernung von gefährlichem Radon erreicht werden. Sobald die Dämmung von Gebäuden verbessert wird, wodurch die Gebäude dichter werden, entsteht ein größer werdendes Problem durch den Einschluß von Radongas, das in die Gebäude gelangt. Wenn die Bodendämmung des Gebäudes erfindungsgemäß durchgeführt wird, so wird der Dämmstoff vorteilhafterweise durch Aktivkohle ergänzt, dessen Aufgabe es ist, das Radongas, das aus der Erde entweicht, zu adsorbieren und solange zu halten, bis die Radioaktivität des Radongases auf ein unbedeutendes Maß zerfallen ist. Vorteilhafterweise wird die Aktivkohle so homogen wie möglich unter das faserige Basismaterial dispergiert, um die statistische Wahrscheinlich der Adsorption von Radonatomen zu maximieren.Advantageously, the removal of dangerous radon can be achieved by the present invention. As the insulation of buildings is improved, making the buildings more airtight, an increasing problem arises from the entrapment of radon gas entering the buildings. When the floor insulation of the building is carried out according to the invention, the insulation material is advantageously supplemented with activated carbon, the function of which is to adsorb the radon gas escaping from the ground and to hold it until the radioactivity of the radon gas has decayed to an insignificant level. Advantageously, the activated carbon is dispersed as homogeneously as possible under the fibrous base material in order to maximize the statistical probability of adsorbing radon atoms.
Die Aktivkohle wird vorteilhafterweise den Fasern in einer Menge von 1-20 %, vorteilhafterweise 1-5 %, bezogen auf das Gewicht des faserigen Grundmaterials, zugegeben, während das wasserfreie anorganische Mittel, das in der Lage ist, später Hydratwasser zu sammeln, in einer Menge von 2-8 %, bezogen auf das Gewicht des faserigen Basismatenais, beigemischt wird und beide Mittel mit dem faserigen Basismaterial vor dem Mahlschritt vermischt werden. Nach dem Mahischritt können die hydratisierten Teile des feuerhemmenden Mittels dem Material in einer herkömmlichen Weise beigemischt werden.The activated carbon is advantageously added to the fibers in an amount of 1-20%, advantageously 1-5%, based on the weight of the fibrous base material, while the anhydrous inorganic agent, which is able to collect later hydration water, is mixed in an amount of 2-8%, based on the weight of the fibrous base material, and both agents are mixed with the fibrous base material before the milling step. After the milling step, the hydrated parts of the fire retardant agent can be mixed into the material in a conventional manner.
Dank seiner sich nicht setzenden Struktur kann der erfindungsgemäße Dämmstoff auch zur Dämmung von vertikalen Wänden verwendet werden, beispielsweise durch Einblasen des Dämmstoffs auf Basis von organischen Fasern in die Hohlräume der Wand.Thanks to its non-settling structure, the insulating material according to the invention can also be used to insulate vertical walls, for example by blowing the insulating material based on organic fibers into the cavities of the wall.
Produkte, die auf organischen Fasern basieren und zur Verwendung als Dämmung geeignet sind, wurden aus Recyclingpapier hergestellt, das hauptsächlich aus Zeitungspapier besteht. Das Recyclingpapier wurde zunächst in grobe Stücke zerrissen, anschließend wurde zu dem auf Papier basierenden Material 2-8 % wasserfreies Borax, bezogen auf das Gewicht des faserigen Materials, zugegeben. Das gemischte Material wurde in einem Scheiben- Refiner, der mit Rillenstäben ausgestattet war, zu relativ groben Flocken mit einer Partikelgröße von etwa 1-5 mm entfasert. Anschließend wurden den Flocken 12-20 % hydratisiertes Borax, bezogen auf das Gewicht des faserigen Grundmaterials, beigemischt.Organic fibre-based products suitable for use as insulation have been manufactured from recycled paper, consisting mainly of newsprint. The recycled paper was first torn into coarse pieces, then 2-8% anhydrous borax, based on the weight of the fibrous material, was added to the paper-based material. The mixed material was defatted in a disc refiner equipped with grooved bars to relatively coarse flakes with a particle size of about 1-5 mm. Then 12-20% hydrated borax, based on the weight of the fibrous base material, was mixed into the flakes.
Zum Vergleich wurden Referenzflocken hergestellt, denen das gesamte Borax in hydratisierter Form nach dem Mahlschritt beigegeben wurde.For comparison, reference flakes were prepared to which all the borax was added in hydrated form after the milling step.
Versuche, die mit den Materialien durchgeführt wurden, zeigen, daß flammhemmende Mittel, die in trockener, wasserfreier und fein pulverisierter Form eingebracht werden, später Hydratwasser absorbieren, was dazu führt, daß sich dieser Dämmstoff in vertikalen Hohlräumen nur zu einem geringen Teil von etwa 5-20 % im Vergleich zur Senkung eines vergleichbaren Dämmstoffs absetzt, bei dem das gesamte flammhemmende Mittel in hydatisierter Form nach dem Mahlschritt des faserigen Basismaterials zugegeben wurde.Tests carried out on the materials show that flame retardants introduced in dry, anhydrous and finely powdered form later absorb hydration water, resulting in this insulation material settling in vertical cavities only to a small extent of about 5-20% compared to the settling of a comparable insulation material in which all of the flame retardant was added in hydrated form after the milling step of the fibrous base material.
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