DK159814B

DK159814B - En fiberplade samt en fremgangsmaade og en bindemiddelsammensaetning til dens fremstilling

Info

Publication number: DK159814B
Application number: DK530085A
Authority: DK
Inventors: Karl-Gunnar Stahl; Georg Bjoerhaag; Goeran Embring
Original assignee: Novascand Utveckling Ab
Priority date: 1984-03-16
Filing date: 1985-11-15
Publication date: 1990-12-10
Also published as: FI854503A0; FI76729C; US4761342A; FI76729B; AU4118085A; DK530085D0; CA1247807A; SE8401467D0; US4902445A; IN164683B; NO166273C; NZ211433A; DK159814C; BR8506046A; ATE39429T1; DK530085A; WO1985004130A1; EP0175746A1; EP0175746B1; DE3566970D1

Description

i

DK 159814 B

5 Den foreliggende opfindelse angår en fiberplade med høj styrke og god vand- og brandfasthed og bestående af et ligninholdigt fibermateriale, et bindemiddel på basis af et alkalime-talsilikat og eventuelt yderligere additiver, især fyldstoffer og/eller hydrofoberingsmidler.

10

Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til fremstilling af fiberpladen, ved hvilken fremgangsmåde et ligninholdigt fibermateriale blandes med en bindemiddelsammensætning på basis af et alkalimetalsilikat og eventuelt yderligere additiver, især 15 fyldstoffer og/eller hydrofoberingsmidler, og blandingen sammenpresses ved høj temperatur.

Endvidere angår opfindelsen en bindemiddelsammensætning til anvendelse ved fremgangsmåden.

20

Ved fremstillingen af fiberplader, for eksempel spånplader, stilles der visse krav til det anvendte bindemiddel. Bortset fra at det skal give en plade med høj styrke og god vandfast-hed, skal det også være billigt og ikke-toksisk. Hvis binde-25 midlet også bidrager til at gøre pladen mere brandfast, er dette naturligvis en væsentlig fordel.

Som bindemidler til fiberplader er der hidtil primært gjort anvendelse af organiske harpikser, især urinstofformaldehyd 30 harpikser, som er fordelagtige i mange henseender, for eksempel ved at have en høj reaktivitet, ved at være billige og give plader med høj styrke og acceptabel vandfasthed. De lider imidlertid af en væsentlig ulempe, da de efter hærdning i et langt tidsrum afgiver formaldehyd, som anses for at være et 35 relativt giftigt stof. Der anvendes forskellige fremgangsmåder til at reducere afgivelsen af formaldehyd, men dette problem er endnu ikke løst. Derfor sættes der i stadig stigende omf-mg spørgsmålstegn ved anvendeligheden af formaldehydbundne spån plader til for eksempel indervægge i huse.

DK 159814 B

2

Yderligere har plader med organiske bindemidler relativ dårlig 5 brandfasthed. For primært at forbedre brandfastheden er forskellige uorganiske bindemidler prøvet ved fremstillingen af fiberplader.

I de fleste tilfælde har de uorganiske bindemidler været base-10 ret på vandglas, det vil sige en opløsning af alkalimetalsili-kat i vand. Vandglas har i sig selv et for lavt tørstofindhold og for lav reaktivitet til at være egnet i denne forbindelse.

Ved at tilsætte uorganiske fyldstoffer og hærdemidler af forskellig art er det muligt at løse disse problemer i en vis ud-15 strækning. Ved anvendelse af kombinationer af vandgias-hærde-middel-fyldstof er der fremstillet plader med relativt gode mekaniske egenskaber (jfr. for eksempel GB patentskrift nr. 557.371 samt EP patentskrift nr. 68.856).

20 Anvendelsen af et vandglas-bindemiddel i fiberplader resulterer generelt i en væsentlig forbedring af brandfastheden i sammenligning med konventionelle harpiksbundne plader. Hovedproblemet i vandgiasbundne plader er imidlertid modstandsdygtigheden over for vand. Vandglaslim har, når den hærder, en 25 dårlig vandfasthed, og trods væsentlige anstrengelser til at finde hydrofoberingsmidler til bindemidlerne, er dette problem ikke løst. Af denne årsag har vandgiasbundne plader endnu ikke fundet praktisk interesse.

30 Det er formålet med den foreliggende opfindelse at angive en fiberplade med en ny type bindemiddelsammensætning, så der kan opnås en fiberplade, som forener høj styrke og acceptabel vandfasthed med god brandfasthed, idet bindemidlet ikke skal indeholde organiske harpikser af nogen art, hvorved de proble-35 mer, som er relateret til afgivelsen af formaldehyd og andre organiske hærdemidler, også overkommes.

DK 159814 B

3

Dette formål opnås ved en fiberplade af den indledningsvist angivne art, hvilken fiberplade ifølge opfindelsen er særegen ved, at bindemidlet er dannet af en bindemiddelsammensætning bestående hovedsageligt af 5 a) 50-90 vægtdele af en alkalimetalsilikatopløsning, b) 0,5-10 vægtdele svovl og/eller en uorganisk svovlforbindelse, og 10 c) 10-40 vægtdele af en uorganisk calcium- og/eller magnesiumforbindelse .

Den indledningsvist angivne fremgangsmåde til fremstilling af 15 fiberpladen er ifølge opfindelsen særegen ved, at bindemiddelsammensætning en hovedsageligt består af a) 50-90 vægtdele af en alkalimetalsilikatopløsning, 20 b) 0,5-10 vægtdele svovl og/eller en uorganisk svovlforbindelse, og c) 10-40 vægtdele af en uorganisk calcium- og/eller magnesiumforbindelse , 25 og at blandingen sammenpresses ved en temperatur på 130-230°C.

Den ligeledes oven for angivne bindemiddelsammensætning til anvendelse ved fremgangsmåden er ifølge opfindelsen særegen 30 ved, at den hovedsageligt består af a) 50-90 vægtdele af en alkalimetalsilikatopløsning, b) 0,5-10 vægtdele svovl og/eller en uorganisk svovlforbin- 35 delse, og c) 10-40 vægtdele af en uorganisk calcium- og/eller magnesi-

DK 159814 B

4 umforbindelse,

Underkravene angiver sammensætninger, hvis hensigtsmæssighed fremgår af den efterfølgende beskrivelse.

5

Fiberpladen samt fremgangsmåden og bindemiddelsammensætningen ifølge opfindelsen skal forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, der viser brandfastheden af en spånplade ifølge opfindelsen under en afprøvning.

10

Fortrinsvis er alkalimetalsilikatopløsningen en opløsning af natriumsilikat (natriumvandglas) eller kaliumsilikat (kaliumvandglas) i vand. Det foretrukne tørstofindhold ligger i området 40-60%, og det mest foretrukne silikat er natriumvandglas, 15 i hvilket forholdet mellem Si02 og Na20 er i området 3,5-1,4.

Svovlbestanddelen er fortrinsvis elementært svovl, natriumsulfid eller natriumsulfit. Det er også muligt at anvende andre uorganiske svovlforbindelser, såsom calciumsulfid, calciumsul-20 fit og ferrosulfid. I nogle tilfælde foretrækkes blandinger af forskellige svovlbestanddele. En særlig foretrukken svovlbe-standdel er elementart svovl.

Calcium- og/eller magnesiumforbindelsen er fortrinsvis en cal-25 ciumforbindelse, såsom calciumhydroxid, calciumoxid eller calciumklorid, hvoraf calciumhydroxid især foretrækkes.

Som anført ovenfor kan anvendelsen af andre additiver i fiberpladerne, såsom fyldstoffer og/eller hydrofoberingsmidler, væ-30 re ønskelig i nogle tilfælde. Fyldstoffet kan for eksempel være et sædvanligt mineral, som ler, kalk, talkum eller wollastonit, der primært tjener til at forøge tørstofindholdet i bindemiddelopløsningen. Disse mineraler, som normalt anses for at være inerte (for eksempel i over træks vællinger til pa-35 pir) vil i nogen udstrækning tage del i hærdningsprocessen ved at reagere med alkalimetalsilikatbestanddelen. Fyldstoffet kan også være et slidmodstandsdygtigt materiale, et såkaldt slid-

5 DK 159814 B

mineral, for eksempel fintformalet jernmalm (dressed ore), hvorved der fås fiberplader med høj slidmodstandsdygtighed.

Et stort antal af forskellige stoffer kan anvendes som hydro-5 foberingsmidler. Ved fremstillingen af plader eller skiver kan der anvendes traditionelle hydrofoberingsmidler, såsom olier, fedtsyrer og syntetiske eller naturlige voksarter.

Visse borforbindelser, såsom borsyre og borax, har vist sig at 10 give en vis hydrofober ende virkning, formodentligt som et resultat af en reaktion med silikatbestanddele. Dette samme gælder for visse aluminiumforbindelser, såsom alun. Endvidere har delignificeringsmidler kendt fra fremstillingen af papirpulp, såsom anthraquinon og dihydroanthraquinon, vist sig i visse 15 tilfælde på gunstig måde at påvirke vandfastheden i pladerne.

Andelen af bestanddelene i fiberpladen kan variere indenfor vide grænser. Et egnet vægtforhold er imidlertid 30-70 dele ligninholdigt fibermateriale, 20-60 dele bindemiddelsammensæt-20 ning og ialt 0-50 dele af andre bestanddele, såsom fyldstof og hydrofoberingsmiddel.

Bindemiddelsammensætningens bestanddele er til stede i et vægtforhold på 50-90 dele af alkalimetalsilikatopløsning, 0,5-25 10 dele svovl eller svovlforbindelse og 10-40 dele calcium eller magnesiumforbindelse. Hvis det ønskes, og afhængig af vandglassets tørstofindhold, kan vand tilsættes til bindemid-delsammensætningen. I sådant tilfælde skal mængden af vand beregnes på basis af tørstofindholdet af silikatopløsningen, det 30 vil sige, jo højere tørstofindholdet er, jo større vandmængde skal tilsættes for at få det samme tørstofindhold i sammensætningen.

Da silikatopløsningens alkalitet kan varieres som anført oven-35 for ved at variere forholdet af Si02 til Na20, er de-t: klart/ at alkali i form af natrium- eller kaliumhydroxid kan sættes til sammensætningen, hvis der anvendes et mindre alkalisk

DK 159814 B

6 vandglas. Dette bør imidlertid ikke betragtes som en yderligere tilsætning, men simpelthen som en anden måde til indføring af alkalimetalioner og hydroxidioner.

5 De forskellige bestanddele i pladen kan blandes i en hvilken som helst egnet rækkefølge. En foretrukken fremgangsmåde omfatter følgende trin: a) de ligninholdige fibre og eventuelt et fyldstof blandes 10 med svovlbestanddelen og mindst en del af calcium- og/el- ler magnesiumforbindelsen, b) alkalimetalsilikatopløsningen og eventuelt tilbageværende calcium- og/eller magnesiumforbindelse tilsættes, hvoref- 15 ter det hele blandes grundigt, og endelig c) sammenpresses blandingen under tryk ved en temperatur på 130-230°C.

20 Eventuelle yderligere fakultative bestanddele, såsom hydrofo-beringsmiddel, kan enten tilsættes i trin a) eller b) ovenfor, men kan også påføres den færdige plade i et efterfølgende behandlingstrin .

25 Der kan fremstilles mange forskellige typer fiberplader med bindemiddelsammensætning ifølge den foreliggende opfindelse.

I sammenligning med konventionelle fiberplader er fiberpladerne ifølge den foreliggende opfindelsen overlegne primært ved 30 at have særdeles god brandfasthed og ved ikke at afgive formaldehyd eller andre organiske hærdningsprodukter. Således er fiberpladerne ifølge opfindelsen velegnede til konstruktionsmateriale. Et eksempel på et strukturelt materiale er en flerlagsspånplade .

Reaktionstrinene i hærdningsprocessen i fremstillingen af fiberpladen ifølge opfindelsen er ikke kendte. En teori er, at . 35

DK 159814 B

7 de polymere silikater virker som principalt bindemiddel ved at binde til fibrene, primært ved fysiske kræfter, og derved binde fibrene sammen. Samtidig vil calcium- og/eller magnesiumionerne reagere med silikatet og danne et relativt vanduoplø-5 seligt produkt. Samtidig frigør den stærkt alkaliske silikatopløsning formodentlig en vis mængde lignin fra fibrene, hvilket derefter formodentlig bidrager til bindemiddeleffekten. Tilstedeværelsen af svovlforbindelsen har en forøgelse af hastigheden af delignificering til følge.

10

Alle tre bindemiddelbestanddele, det vil sige alkalimetalsili-katopløsningen, svovl og/eller uorganisk svovlforbindelse samt calcium- og/eller magnesiumforbindelsen er nødvendige ved udøvelse af opfindelsen.

15

Som det vil fremgå af nedenstående eksempel 1, fås væsentligt dårligere egenskaber hos fiberpladen, hvis nogen af bestanddelene, uanset hvilken, udelades. En bindemiddelsammensætning sammensat af de ovennævnte tre bestanddele er ikke hidtil 20 kendt til anvendelse ved fremstilling af plader eller skiver af ligninholdigt fibermateriale. Imidlertid er hver af bestanddelene kendt per se og er afprøvet, for eksempel ved fremstilling af spånplader (jfr. for eksempel US patentskrift nr. 2.552.597 og de ovennævnte to patentskrifter). Yderligere 25 er kombinationer af vandglas og modificeret lignin tidligere afprøvet (jfr. DE patentskrift nr. 3.241.495).

Den særdeles positive virkning, som frembringes, når de tre bindemiddelbestanddele blandes og forenes med et ligninholdigt 30 fibermateriale, er således fuldstændig uventet.

De nedenstående eksempler tjener til yderligere belysning af opfindelsen.

DK 159814 B

8

Eksempel 1

Spånplader med et areal på 277 x 162 mm og en tykkelse på 11,7-12,0 mm fremstilles med forskellige bindemiddelsammensæt-5 ninger, både ifølge opfindelsen (prøve 1-4 og 8) og med udeladelse af en af bestanddelene af sammensætningen ifølge opfindelsen (prøve 5-7).

Pladerne fremstilles på følgende måde. Bestanddelene tilsættes 10 ved først at blande 2/3 af calciumhydroxidet og hele svovlbe- standdelen i vand og derefter tilsætte spånerne, hvorefter blandingen omrøres. Natriumvandglas og den tilbageværende mængde calciumhydroxid tilsættes derefter, og kraftig omrøring fortsætter i ca. 3 min. Materialet spredes derefter ud på en 2 15 plade og presses ved 155°C i 4 min. ved fuldt tryk (35 kg/m ) i 2 min. og ved et aftagende tryk i 2 min. De færdige spånpla- 3 der har en densitet på ca. 880 kg/m .

De således fremstillede spånplader afprøves derefter for 20 kvældning i vand og for deres tværbrudstyrke, den såkaldte Z- styrke, hvoraf den sidstnævnte måles i et almindeligt kendt prøveapparat, som findes i laboratoriet i en spånpladefabrik.

Hertil monteres mindre pladestykker i prøveapparatet, som 2 trækker pladestykkerne itu og angiver styrken i N/mm regnet 25 på tværs af pladestykkets plan.

Den nedenstående tabel viser resultater af prøverne, idet kvældningen efter 2 timer i vand ved 20°C og Z-styrken angives som eksempel på to væsentlige egenskaber hos produkterne.

30

9 DK 159814 B

I ξ ' [ •H +» c — 0) ! Ό <*> 00 (N O O U P* r-l r-l .Η <H Φ *

fB C

> ‘Η *. g 10

H

d) Μ Ό Φ ~ 4) <N Φ (0 -X E (Μ N »f Λ Ό root

h g ifi v »c ιΛ fl : ui»T

(0 >i \ ***·* Ή -

c 4-1 2 i OOOOQj O O

I Q) 03 '-'I

O1 I

; a n I

i .

♦—-;—_ ! · ί * i tf i "*· i Ό C + 1 (0 m o m in in in in > οοιοοοαοαοοαοοο op i o m i >—i m i I * Ό i Ό 03 ^

i C<0 OOOOO O O O

(¾ r—i «s· »r ^ i ^ Æ λ >σ> ro ri co ro ro roro Ό

0) CO

J ' Ή *H 2 ! 0) $ W j Ό C/3 O > , 4J ΓΜ Ί-1 00 ! &* <Q Γ' 03 rj 1¾ 2 1.111-^1111 Vig tf ! > ® w I -P m eh ! ! ® φ ro

i iH O ' 00 -H

Φ CD I _*· _

; Ό fM i 1—1 jE

Ό (0 i ιθ ! _ O

C 2 i i ro I I I O<0 S ™ z jj <0 03 '2 σ' φ m 03 cjn (Τ' i i σ> <Ti i in D> o i o· o ni

CN I

i — i IN W

! 2 O <0

! O -H

i — o m o o o o o ω O'

(0 m h in m i in m in C

i U 1—I iH r-Ir-I i—1 r-l g Ή

! d) C

i r-l 03

li. <—i O

; d> φ γη ! c g a

i 10 oooooooo O

Cu oooooooo Ό

03 lilfli'ili'Jif«' Ή C

O <D

Λ

U II

g «2 < g ........

(£ ΗΝΓΟ'ίΐηΐίΓ'β * +

DK 159814 B

10

Eksempel 2

Spånpladen fremstillet i overensstemmelse med eksempel 1 afprøves med hensyn til brandfasthed. Den anvendte prøvemetode 5 er SIS 024823, som angår bestemmelse af tendensen til, at overfladelag antændes og udsender røg. Resultaterne fremgår af den grafiske afbildning på tegningen. Som det fremgår af tegningen, udviser spånpladen ifølge opfindelsen resultater, der under hele prøven har mindre værdier end en foreskreven øvre 10 grænsekurve 1, hvilket er bemærkelsesværdigt for en spånplade. Endvidere var røgudsendelsen under prøven mindre end to skalaenheder, hvilket er en særdeles lav værdi.

Claims

1. Fiberplade med høj styrke og god vand- og brandfasthed og bestående af et ligninholdigt fibermateriale, et bindemiddel 5 på basis af et alkalimetalsilikat og eventuelt yderligere additiver, især fyldstoffer og/eller hydrofoberingsmidler, kendetegnet ved, at bindemidlet er dannet af en bindemiddelsammensætning bestående hovedsageligt af 10 a) 50-90 vægtdele af en alkalimetalsilikatopløsning, b) 0,5-10 vægtdele svovl og/eller en uorganisk svovlforbindelse, og 15 c) 10-40 vægtdele af en uorganisk calcium- og/eller magnesiumforbindelse .

2. Fiberplade ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den består af 30-70 vægtdele ligninholdigt fibermateriale, 20- 20 60 vægtdele bindemiddelsammensætning og ialt 0-50 vægtdele yderligere additiver.

3. Fiberplade ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at bestanddel a) i bindemiddelsammensætningen er en 40-60 25 vægtprocents opløsning af natriumsilikat eller kaliumsilikat i vand.

4. Fiberplade ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at bestanddel a) er et natriumsi- 30 likat med et forhold mellem Si02 og Na20 på 3,5-1,4.

5. Fiberplade ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at bestanddel b) i bindemiddelsammensætningen er natriumsulfid, natriumsulfit, calciumsulfid, 35 calciumsulfit eller ferrosulfid.

6. Fiberplade ifølge et eller flere af de foregående krav, DK 159814 B kendetegnet ved, at bestanddel c) i bindemiddelsam-mensætningen er calciumhydroxid, calciumoxid og/eller calciumklorid.

7. Fremgangsmåde til fremstilling af en fiberplade ifølge krav 1-6, ved hvilken et ligninholdigt fibermateriale blandes med en bindemiddelsammensætning på basis af et alkalimetalsilikat og eventuelt yderligere additiver, især fyldstoffer og/eller hydrofoberingsmidler, og blandingen sammenpresses ved høj tem-10 peratur, kendetegnet ved, at bindemiddelsammensæt-ningen hovedsageligt består af a) 50-90 vægtdele af en alkalimetalsilikatopløsning, 15 b) 0,5-10 vægtdele svovl og/eller en uorganisk svovlforbindelse, og c) 10-40 vægtdele af en uorganisk calcium- og/eller magnesiumforbinde Ise, 20 og at blandingen sammenpresses ved en temperatur på 130-230°C.

8. Bindemiddelsammensætning til anvendelse ved fremgangsmåden ifølge krav 7, kendetegnet ved, at den hovedsage-25 ligt består af a) 50-90 vægtdele af en alkalimetalsilikatopløsning, b) 0,5-10 vægtdele svovl og/eller en uorganisk svovlforbin- 30 delse, og c) 10-40 vægtdele af en uorganisk calcium- og/eller magnesiumforbindelse .