DE3020033C2

DE3020033C2 - Verfahren zum Herstellen schwer entflammbarer oder nicht brennbarer Produkte auf der Basis fasriger Materialien

Info

Publication number: DE3020033C2
Application number: DE19803020033
Authority: DE
Inventors: Alfons K. 7513 Stutensee Herr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-05-24
Filing date: 1980-05-24
Publication date: 1983-01-05
Also published as: DE3020033A1

Description

Die ständig höheren Forderungen an den Brandschutz von Materialien aller Art machen es erforderlich, alle, auch organische Faserwerkstoffe, vor Brand zu schützen bzw. sie so auszurüsten, daß sie nicht zur Entstehung oder Weiterführung und Unterstüzung eines Brandes beitragen. Die Herstellung von Materialien aus organischen Faserwerkstoffen gelingt auf wirtschaftliche Art und Weise allerdings nur im Naßverfahren, also in sehr dünnen wässerigen Suspensionen. Dies steht jedoch dem Einbringen von Brandschutzmitteln, die in Wasser löslich sind, oder mit dem Abwasser weggeschwemmt werden können, entgegen.

Aufgabe der Erfindung iit es daher, derartige Brandschutzmittel, insbesondere Borsäure, in die aus fasrigen Materialien zu bildenden Produkte einzubringen, ohne daß das bewährte und wirtschaftlich durchführbare Naßverfahren bei der Herstellung der Faserwerkstoffe aufgegeben werden muß.

In der deutschen Patentanmeldung P 28 31 616.7 ist ein Verfahren zur Herstellung eines aus mineralischen Stoffen hergestellten, nicht brennbaren Werkstoffes angegeben, bei dem unter Verwendung von Restabwasserklärschlämmen und/oder feuchten Holz-Schneidspänen ein fester Körper dadurch hergestellt wird, daß diesen Grundstoffen Bormineralien beigemischt, diese Bormineralien mit Schwefelsäure versetzt werden und das sich ergebende Gemenge dann mit einem Kunststoffharz beleimt und heiß verpreßt wird. Dieser so erzielbare Werkstoff weist ähnliche Werkstoffeigenschaften wie Spanholz auf, ist jedoch, durch den Anteil der in ihm enthaltenen Borsäure sowie zumindest teilweise glas- oder keramikbildenden Mineralien, nicht brennbar. Die Verwandtschaft dieses bekannten Werkstoffes zu Spanholz äußert sich auch in der Art seiner Herstellung, die bis auf die Aufbereitung der Brand- Schutzmittel mit der Herstellung von Spanho'z identisch ist Die Ausgangsmaterialien sind daher praktisch trocken bzw. weisen allenfalls eine Feuchtigkeit bis maximal 25% auf.

Im Gegensatz hierzu sollen die von der Erfindung

erfaßten Produkte im Naßverfahren auf Sagnutschen, Papiermaschinen — Langsieb- oder Rundsiebmaschinen — hergestellt werden, wobei die wässerige Ausgangssuspension je nach Bedarf für die eingesetzte Enwässerungsmaschine einen Feststoffgehalv von nur 0,5% bis maximal 5% aufweisen soll. Ist also im Falle der bekannten Werkstoff-Herstellung noch die trockene Einbringung von pulverigen, wasserunlöslichen Brandschutzmaterialien möglich, so scheidet dies bei der Herstellung der angesprochenen Produkte, die etwa Karton, Pappe oder Faserplatten entsprechen, aus. Trotzdem soll die Erfindung sich dieses bewährte Verfahren der Umwandlung von Bormineralien in Borsäure nutzbar machen, da die Anwendung dieses Verfahrens nicht nur verspricht einen guten Brand schutz zu erreichen, sondern weil es auch sehr wirtschaftlich ist

Eine weitere Überlegung bei der Anwendung dieses bekannten Verfahrens ist die, daß es möglich sein müßte, bei der Kombination des bekannten Naßverfahrens zur Herstellung von Papier, Karton, Pappe und Faserplatten mit dem bekannten Verfahren zur trockenen Herstellung von brandgeschützten Werkstoffen, faserverstärkte Gipsplatten herzustellen, die gute Festigkeitseigenschaften aufweisen bei geringer Quellrate und niederem Wasser-Aufnahmevermögen. Derartige Gipsplatten werden besonders zum trockenen Innenausbau und Verputz von Wänden benötigt, da sie nicht nur gute, das Innenklima verbessernde Eigenschaften aufweisen und durch die Faserarmierung nagelbar sind sowie ausreichende, ihren Gebrauchswert bestimmende Festigkeiten haben, sondern auch einfach zu montieren und. bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, auch wirtschaftlich herstellbar sein müßten. Auch hier wäre selbstverständlich der Brandschutz von sehr großer Bedeutung, da dieser Schutz gerade für die

Innenauskleidung von Räumen gefordert werden muß. Weiter bekannt (US-PS 32 02 570) ist ein Verfahren.

natii der.i Holzspänen etwa ein Viertel ihres Gewichtes

Bormineralien beigemengt und diese Gemenge aufge-

schlämmt wird, bis es einen Feststoffgehalt von etwa 3% aufweist. Dem Gemenge werden sodann noch Fällungsmittel. wie Polyacrylamid und Eisensulfat (Fe(III)-Sulfat) in geringen Mengen beigegeben. Diese Aufschlämmung wird anschließend auf entsprechenden

«> Maschinen entwässert und getrocknet. Das Endprodukt ist eine poröse Spanplatte mit verhältnismäßig geringer Festigkeit, die zur Erhöhung der Festigkeit beziehungsweise des besseren Aussehens wegen auch noch mit einer dekorativen Schauseite aus Gips oder Kunststoff versehen werden kann. Durch die hohe Beimengung der unbrennbaren Bormineralien ist eine derartige Platte selbstverständlich feuerfester als eine reine Holz-Spanplatte, jedoch erfüllt eine derartige Platte bei weitem

nicht die Anforderungen, die an brandgeschützte Platten zu stellen sind Zu beachten ist, daß der aus den Bormineralien resultierende Brandschutz nicht direkt durch die brandhemmende Wirkung von Borsäure hervorgerufen wird, sondern lediglich durch den hohen Anteil an Kristallwasser. der für diese Bormineralien charakteristisch ist.

Ausgehend von dem zuletzt beschriebenen Verfahren, nach dem im Naßverfahren plattenförmige Körper auf der Basis fasriger Materialien hergestellt werden, wird nach dar Erfindung ein vollkommener Brandschutz dadurch erreicht, daß dem wässerigen Brei mit den Bormineralien Mineralsäure innig zugemischt und diese Mischung vor der Weiterverarbeitung reifengelassen wird.

Ohne daß das bewährte und wirtschaftliche Naßverfahren verlassen wird, werden somit den fasrigen Ausgangsmineralien nicht nur Mineralien beigemengt, die für sich allein brandhemmend wirken, sondern Borsäure, die sich durch die Umsetzung der Bormineralien mit der Schwefelsäure ergibt und die bekanntermaßen sehr gute brandschützende Eigenschaften aufweist

Nach der Erfindung gelingt es, schwer entflammbare oder nicht brennbare Produkte auf der Basis fasriger Materialien auf wirtschaftliche Art und Weise dadurch herzustellen, daß die fasrigen Materialien zu einem wässrigen Brei aufbereitet und diesem Brei Bormineralien und Mineralsäuren innig zugemischt werden, daß das so gebildete Gemenge Vliesbildungs- und Faserentwässerungsmaschinen zugeleitet, entwässert und anschließend getrocknet wird.

Ohne daß das bewährte Naßverfahren verlassen wird, werden somit den fasngen Ausgangsmaterialien Mineralien beigemengt, die für sich allein .hon brandhemmend wirken, jedoch auch Borsüjre, die bekanntermaßen sehr gute brandschutzende Eigensd tften aufweist. Diese Brandschutzmaterialien stören den bewährten Herstellungsablauf nicht, der damit auf den vorhandenen Maschinenstraßen ohne weitere Investitionen durchgeführt werden kann. Ein außerordentlicher Fortschritt besteht jedoch auch darin, daß die Endmaterialien nicht nur brandgeschützt sind, sondern dadurch, daß. bei Verwendung preiswerter calciumhaltiger Bormineralien und Schwefelsäure, bei der Umwandlung der Bormineralien Calciumsulfat (Gips) entsteht, auch eine sehr hohe Festigkeit der Materialien erreicht wird. Dies kann dadurch erklärt werden, daß das Calciumsulfat die Bindung der einzelnen Fasern zueinander unterstützt bzw. das Faser-Wirrwerk außerordentlich verfestigt. Es können auf diese Art und Weise also nicht nur brandgeschützte Produkte hergestellt werden, sondern auch armierte Gipsplatten, wobei, sollte das sich bildende Calciumsulfat für die Charakteristik dieses sich bildenden Faserwerkstoffes als Gipsplatte nicht ausreichend sein, durchaus dem Faserbrei auch noch angemachter Gips beigefügt werden kann. Es entsteht somit ein ganz neuer Faserwerkstoff, der von außerordentlicher Bedeutung gerade für den Innenausbau von Räumen ist, da er gegenüber den bekannten Gipsplatten Brandschutz und zudem wesentlich verbesserte Festigkeitseigenschaften aufweist.

Hinsichtlich der Eigenschaften eines solchen Produk tes ist auch darauf hinzuweisen, daß sie durch Beimengung verschiedenster Mineralien, die selbstverständlich nicht brennbar sein dürfen, verändert werden können. Besonders bewährt haben sich hierbei geblähte Mineralien, wie Blähton, Blähschiefer, Perlstein oder Vermiculite. Diese geblähten Mineralien sind nicht brennbar, tragen jedoch wesentlich zur Wärmedämmung und zum Nagelungsvermögen der damit hergestellten Produkte bei.

Als fasrige Materialien werden organische Fasern, die "> preiswert, teilweise als Abfallprodukte, erhältlich sind, verwendet.

Um ein neutrales, nicht aggressive.* Produkt zu erhalten, wird zweckmäßigerweise die Mineralsäure im stöchiometrischen Verhältnis zugegeben. Sie kann in

i" solcher Menge beigegeben werden, daß das Gemer^e, unmittelbar nach Zugabe der Mineralsäure einen pH-Wert zwischen 13 und 3,0 vorzugsweise 2,0 erreicht Eine zur Neutralisierung gehende Tendenz läßt sich bei der Durchführung des Verfahrens durch die Verlänge rung der Reifezeit nach Be^:fügung der Mineralsäure errtichen. Als Mineralsäure wird zweckmäßigerweise Schwefelsäure verwendet mit deren Hilfe nicht nur die bereits besprochene Calciumsulfatbildung stattfinden kann, sondern die auch als Abfallsäure sehr preiswert

2i) erhältlich ist

Sollte eine Beschwerung des Ausgangsmaterials notwendig bzw. gewünscht sein, so ist es auch möglich, dem Faserbrei vor der Weiterverarbeitung weitere grob- bis feinkörnig gemahlene Mineralien, zweckmä-

•25 ßigerweise solche, die im Brandfalle verglasen bzw. keramisieren, beizufügen. Sehr bewährt hat es sich, daß das Produktionswasser im Kreislauf geführt wird, da hierdurch die in diesen; Produktionswasser gelösten Chemiekalien, insbesondere der Anteil der im Wasser

jo gelösten Brandschutzmittel, wieder dem Produktionsablauf zugefügt wird. Durchaus kann dieses Produktionswasser auch dem Faservlies auf der Siebpartie wieder aufgedüst werden, wobei auch wasserlösliche Brandschutzmittel rr.it augedüst werden können. Mög lieh ist auch die Herstellung von Zwei- oder Mehrschichtplatte:!, wobei durch Zweistoff- bzw. Mehrstoffauflauf Faserbrei mit relativ höherem Bormineral/Mineralsäuregehalt auf ein vorhergehendes bzw. sich bildendes Vlies aufgegossen werden kann. Es hat sich als äußers; zweckmäßig erwiesen, daß die Temperatur des Faserbreis während der Y ertigung auf einer Temperatur gehalten wird, die bei der Raumtemperatur oder um oder unter 20" C liegt. Dadurch wird eine Umsetzung, insbesondere der Brandschutzmateria lien und damit deren möglicher Verlust durch das Abwasser, vermieden.

Insgesamt ergibt sich somit ein aus fasrigen Materialien hergestelltes Produkt, an dessen Fasern Borsäurepartikel angelagert und, bei Verwendung

w calciumhaltiger Bormincralien und Schwefelsäure, die Zwischenräume zwischen den einzelnen Fasern zumindest teilweise mit Gips ausgefüllt sind, also Faserwerkstoffe, die je nach dem Mineralanteil mehr faserplattenförmig oder mehr gipsplattenförmig sind.

Ή Das erfindungsgemäße Verfahren soll an sechs Beispielen näher erläutert werden:

Beispiel I

Zur Herstellung von ca. 1000 kg einer schwer entflammbaren Holzfaserdämmplatte wird in einen Holländer mit 15 m' 643 kg Defibratorstoff oder Holzschliff oder eine Mischung der beiden Stoffe eingebracht. Dieses Gemisch wird durch Nachmahlen auf den gewünschten Mahlgrad gebracht und sodann 240 kg Bormineral Colemanit (ca. 45% Borgehalt) homogen eingemischt und danach langsam Schwefelsäure untergemischt, bis der pH-Wert der Mischung bei 2,0 bis 2,5 liegt. Anschließend soll das Gemisch in einer

Birne reifen und ü«nr. der Weiterverarbeitung zugeleitet werden. Der pH-Wert nach der Reifung ist auf etwa 4,5 bis 4,8 angestiegen. Die Fasersuspension, die in der Maschinenbütte soweit als notwendig verdünnt wird, wird auf einer Langsiebmaschine zu einem Faservlies entwässert, welches dann dem Trockenkanal zugeführt wii d. Hier erfolgt die Trocknung auf ea. S'h RcMi-iUciiU. Die Eingangstemperatur im Trockenkanal wird unter 100⁰C gehalten, damit das Vlies zunächst gleichmäßig erwärmt w'rd und das Wasser aus dem Inneren bei der Endtrocknung noch gut entweichen kann.

Beispiel 2

Zur Herstellung einer faserverstärkten Gipsplatte werden in einen Huiländer 225 kg Holzschliff oder Defibratorstoff oder eine Mischung aus beiden eingetragen und mit Produktionswasser in eine Fasersuspension mit 5% Feststoffgehalt gebracht Anschließend wird 480 Vg Colemanit (ca. 45% Borgehalt) zugegeben und solange gemischt, bis eine homogene Mischung entstanden ist Danach werden 235 kg Schwefelsäure langsam untergemischt, wobei der pH-Wert der tbgesäuerten Mischung nicht unter 2,0 jedoch auch nicht über 2,8 liegen soll. In der nachfolgenden Lagerbütte reift dieses Gemisch, wobei der pH-Wert auf 43 bis 4,8 ansteigt. Das Fasergemisch wird sodann weiterbearbeitet wie eine Faserdämmplatte, wobei jedoch das Endprodukt als armierte Gipsplatte anzusprechen ist Interessant ist hierbei, daß der Borsäuregehalt der Gipsplatte bei im Kreislauf geführten Produktionswasser etwa 26Gew.-% im Endprodukt beträgt, das Produkt also damit unbrennbar im Sinne der DIN 4102. Klasse A2 ist Um noch weitergehend bei der Durchführung dieses Verfahrens den Charakter einer Gipsplatte zu erhalten, ist es möglich, zusätzlich dem gereiften Faserbrei zweckmäßigerweise mit Produktionswasser angemachten Gips beizufügen. Die Entwässerung erfolgt dann auf einer hierfür geeigneten, bekannten Entwässerungsmaschine. Das Endergebnis ist auf jeden Fall eine armierte Gipsplatte, die nicht nur brandgi ichützt bzw. unbrennbar ist, sondern auch bemerkenswerte Festigkeitseigenschaften aufweist.

Beispiel 3

Zur Herstellung einer brandgeschützten Hartfaserplatte wird der gleiche Stoffansatz wie bei Beispiel 1 eingesetzt Vor dem Ablauf ler fertigen Faser Colemanit - Schwefelsäuremischung aus dem Holländer oder einer Mischbütte, werden 0.5 bis 2% eines sauerhärtenden Kunstharzes zugegeben. Nach Verlas- so sen der Entwässerui'gsmaschine werden die Faservliese in einer Presse nachentwässert und zu einer Hartfaserplatte verpreßt, die durch die Verbindung der Faser unter Druck und Hitze die übliche Festigkeit erhält und darüber hinaus brandgeschützt ist.

Beispiel 4

Zur Herstellung eines schwer entflammbaren Papieres für Verpackungen werden in einen Holländer für ca. 100" '«.g Endprodukt eingetragen:
321 kg atro Altpapier (Zeitungspapier)
321 kg atro gekollerte Natronzellulose und, nach genügendem Faseraufschluß,
240 kg Colemanit mit 44% Borgehalt, feingemahlen.
Der Faserstoff soll einen Feststoffgehalt von ca. 5 Gew.-% haben.

Für den Faserbrei wird zunächst Frischwasser und später das aus der Produktion solchen Papieres stammende Abwasser der Rund- oder Langsiebmaschine verwandt.

Das Faser/Colemanitgemisch wird nun durch langsame Zugabe von 117 kg Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 2,0 bis 2,5 abgesäuert Das Gemisch soll anschließend mindestens eine Stunde reifen und wird dann wie üblich weiterverarU-.tet Bei zu dieser Verarbeitung ist der pH-Wert aut Ci. 4,5 angestiegen. Das Endprodukt ist ein festes, nicht mehr entflammbares Papier.

Beispiel 5

Zur Herstellung eines schwer entflammbaren Kartons, beispielsweise für die Innenverkleidung von Automobilen, werden in einen Holländer für 1000 kg Endprodukt eingetragen:
300 kg atro gekollertes Natronkraftpapier
200 kg atro Altpapier (gekollerte Akten)
IGO kg Ia Natronkraft

Für die Herstellung des Faserbreies wird zunächst Frischwasser und, nach Anlauf der Fertigung, das Rückwasser von der Saugpartie der Langsiebmaschine verwandt. Der Feststoffgehalt soll 5% betragen. In den Faserbrei werden nun 240 kg Colemanit (ca. 45% Borgehalt) homogen eingemischt Sobaid das Faser/Colemanitgemisch die gewünschte Gleichverteilung erreicht hat werden 117 kg konzentrierte, oder die entsprechende Menge verdünnte. Schwefelsäure langsam in den umlaufenden Faserbrei zugegeben und solange weitergemischt, bis die Mischung homogen ist und einen pH-Wert von 2,0 bis 2,5 erreicht hat In der Lagerbütte kann der Stoff reifen; der pH-Wert ist dann auf ca. 4,5 bis 4,8 angestiegen. In der Maschinenbütte wird das Gemisch auf den erforderlichen Verarbeitungsgrad gebracht. Die Verarbeitung des Faserbreis erfolgt wie üblich. Das Ergebnis ist ein fester Karton, der nicht mehr entflammbar ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen schwer entflammbarer oder nicht brennbarer Produkte auf der Basis fasriger Materialien, wobei die fasrigen Materialien zu einem wässrigen Brei aufbereitet und diesem Brei Bormineralien zugemischt werden und das so gebildete Gemenge Vliesbildungs- und Faserentwässerungsmaschinen zugeleitet, entwässert und anschließend getrocknet wird, d a d u r c h gekennzeichnet,

daß dem wässerigen Brei mit den Bormineralien Mineralsäure innig zugemischt und diese Mischung vor der Weiterverarbeitung reifengelassen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mineralsäure in solcher Menge beigegeben wird, daß das Gemenge vor der Reifung einen pH-Wert zwischen 1,5 und 3,0 vorzugsweise 2,0 erreicht

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralsäure Schwefelsäure ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bormineralien calciumhaltig sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gkennzeichnet, daß der Faserbrei während der Verarbeitung bei einer Temperatur von weniger oder um 20⁰C gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Faserbrei vor der Weiterverarbeimn_fc- weitere grob- bis feinkörnig gemahlene Mineralien beigefügt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Faserbrei vor der Weiterverarbei- »ung geblähte, granulatförmige Mineralien, wie Vermiculite. Blähton, Blähschiefer oder Perlstein beigefügt werden.