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

Beschreibung

[0001] Die ständig höheren Forderungen an den Brandschutz von Materialien aller Art machen es erforderlich, alle, auch organische Faserwerkstoffe, vor Brand zu schützen beziehungsweise sie so auszurüsten, dass sie nicht zur Entstehung oder Weiterführung und Unterstützung 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. Dieses nasse Herstellverfahren steht jedoch dem Einbringen von Brandschutzmitteln, die in Wasser löslich sind, oder mit dem Abwasser weggeschwemmt werden können, entgegen.

[0002] Aufgabe der Erfindung ist es daher, derartige wasserlösliche 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. Eine weitere Überlegung ist die, dass es möglich sein müsste; auf der Grundlage des bekannten Nassverfahrens zur Herstellung von Papier, Karton, Pappe und Faserplatten faserverstärkte Gipsplatten herzustellen, die gute Festigkeitseigenschaften aufweisen bei geringer Quellrate und niedrigem 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.

[0003] Ein bekanntes Verfahren ist in der US-A-3 983 040 beschrieben. Hierwird ein Calcium/Natrium enthaltendes Bormineral mit Schwefelsäure vermengt und über eine gewisse Zeit gerührt. Das sich ergebende Produkt wird danach getrocknet und pulverisiert, so dass ein Pulver, enthaltend etwa 34% Borsäure und etwa 60% Calcium/Natrium-Sulfat vorliegt, das als Brandschutzmittel entsprechenden Produkten beigegeben werden kann. Da die zum Gerüstaufbau von blatt- oder plattenförmigen Produkten notwendigen fasrigen Materialien fehlen, können nach diesem Verfahren derartige Produkte allerdings nicht hergestellt werden.

[0004] Weiter bekannt ist es auch, eine Faserplatte dadurch schwer entflammbar zu machen, dass dem wässerigen Faserbrei Borax beigefügt wird. Um die Entwässerung dieses Breis zu ermöglichen, wird nach diesem, in der GB-A-1 025188 beschriebenen Verfahren auch noch eine geringe Menge Schwefelsäure beigefügt.

[0005] Bekannt ist es also einerseits, auf der Grundlage von calciumhaltigen Bormineralien und Schwefelsäure ein Brandschutzpulver herzustellen, das organischen, fasrigen Materialien beigemengt werden kann und auch andererseits Borax in wässerigem Zustand den Ausgangsrohstoffen für Fasermaterialien, zusammen mit einer geringen Menge Schwefelsäure, zum Einstellen des pH-Wertes beizumengen. Nicht bekannt ist hingegen eine Lösung der oben gestellten Aufgabe, nämlich wasserlösliche Brandschutzmittel, in die aus fasrigen Materialien im Nassverfahren zu bildenden Produkte einzubringen oder gar die weiter angeführten faserverstärkten Gipsplatten herzustellen.

[0006] Nach der Erfindung gelingt es, schwer entflammbare oder nicht brennbare Produkte, insbesondere blatt- oder plattenförmige Produkte, auf der Basis fasriger organischer Materialien, die Borsäure und Calciumsulfat als Additive enthalten, auf wirtschaftliche Art und Weise dadurch herzustellen, dass die fasrigen Materialien zu einem wässerigen Brei aufbereitet werden, dass diesem Brei calciumhaltige Bormineralien und Schwefelsäure innig zugemischt werden und dass das so gebildete Gemenge nach einer Reifezeit zur Umwandlung des calciumhaltigen Borminerals in Borsäure und Calciumsulfat Vliesbildungs- und Faserentwässerungsmaschinen zugeleitet, entwässert und anschliessend getrocknet wird.

[0007] Ohne dass das bewährte Nassverfahren verlassen wird, werden somit den fasrigen Ausgangsmaterialien Mineralien beigemengt, die für sich allein schon brandhemmend wirken, jedoch auch Borsäure, die bekanntermassen sehr gute brandschützende Eigenschaften 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, 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 beziehungsweise 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.

[0008] Diese nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Produkte haben auch noch eine ganz besondere, ihren Gebrauchswert äusserst positiv beeinflussende Eigenschaft, nämlich dass die Borsäurepartikel, wie auch die Gipspartikel, fest mit den fasrigen organischen Materialien verbunden sind. Dies rührt daher, dass bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens sowohl die Borsäure, wie auch das Calciumsulfat, erst durch die Umsetzung der calciumhaltigen Bormineralien mit der Schwefelsäure und dies in Anwesenheit der fasrigen organischen Materialien gebildet werden. Damit ergibt sich ein einwandfreier, für das Gesamtmaterial geltender Brandschutz.

[0009] Hinsichtlich der Eigenschafen eines solchen Produktes ist auch darauf hinzuweisen, dass es durch Beimengung verschiedenster Mineralien, die selbstverständlich nicht brennbar sein dürfen, verändert werden kann. 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.

[0010] Als fasrige Materialien werden organische Fasern, die preiswert, teilweise als Abfallprodukte, erhältlich sind, verwendet.

[0011] Um ein neutrales, nicht aggresives Produkt zu erhalten, wird zweckmässigerweise die Mineralsäure im stöchiometrischen Verhältnis zugegeben. Sie kann in solcher Menge beigegeben werden, dass das Gemenge, unmittelbar nach Zugabe der Mineralsäure, einen pH-Wert zwischen 1,5 und 3,0, vorzugsweise 2,0 erreicht. Eine zur Neutralisierung gehende Tendenz lässt sich bei der Durchführung des Verfahrens durch die Verlängerung der Reifezeit nach Beifügung der Schwefelsäure erreichen.

[0012] Sollte eine Beschwerung des Ausgangsmaterials notwendig beziehungsweise gewünscht sein, so ist es auch möglich, dem Faserbrei vor der Weiterverarbeitung weitere grob- bis feinkörnig gemahlene Mineralien, zweckmässigerweise solche, die im Brandfalle verglasen beziehungsweise keramisieren, beizufügen. Sehr bewährt hat es sich, dass das Produktionswasser im Kreislauf geführt wird, da hierdurch die in diesem Produkionswasser gelösten Chemikalien, insbesondere der Anteil der im Wasser gelösten Brandschutzmittel, wieder dem Produktionsablauf zugefügt wird. Durchaus kann dieses Produktionswasser auch dem Faservlies auf der Siebpartie wieder aufgedüst werden, wobei auch wasserlösliche Brandschutzmittel mit aufgedüst werden können. Möglich ist auch die Herstellung von Zwei- oder Mehrschichtplatten, wobei durch Zweistoff- beziehungsweise Mehrstoffauflauf Faserbrei mit relativ höherem Gehalt an Borsäure/Calciumsulfat auf ein vorhergehendes beziehungsweise sich bildendes Vlies aufgegossen werden kann. Es hat sich als äusserst zweckmässig erwiesen, dass die Temperatur des Faserbreis während der Fertigung auf Raumtemperatur, etwa bis 20°C gehalten wird. Dadurch wird eine Umsetzung, insbesondere der Brandschutzmaterialien und damit deren möglicher Verlust durch das Abwasser vermieden.

[0013] insgesamt ergibt sich somit ein aus fasrigen Materialien hergestelltes Produkt, an dessen Fasern Borsäurepartikel angelagert und 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.

[0014] Das erfindungsgemässe Verfahren soll an sechs Beispielen näher erläutert werden:

Beispiel 1 :

[0015] Zur Herstellung von ca. 1000 kg einer schwer entflammbaren Holzfaserplatte wird in einen Holländer mit 15 m³ 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 Bütte reifen und dann 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 wird. Hier erfolgt die Trocknung auf ca. 5% Restfeuchte. Die Eingangstemperatur im Trockenkanal wird unter 100°C gehalten, damit das Vlies zunächst gleichmässig erwärmt wird und das Wasser aus dem Inneren bei der Endtrocknung noch gut entweichen kann.

Beispiel 2:

[0016] Zur Herstellung einer faserverstärkten Gipsplatte werden in einen Holländer 225 kg Holzschliff oder Defibratorstoff oder eine Mischung aus beiden eingetragen und mit Produktionswasser in eine Fasersuspension mit 5% Feststoffgehalt gebracht. Anschliessend wird 480 kg Colemanit (ca. 45% Borgehalt) zugegeben und so lange gemischt, bis eine homogene Mischung entstanden ist. Danach werden 235 kg Schwefelsäure langsam untergemischt, wobei der pH-Wert der abgesäuerten 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 4,5 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 geführtem Produktionswasser etwa 26 Gew.-% 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 brandgeschützt bzw. unbrennbar ist, sondern auch bemerkenswerte Festigkeitseigenschaften aufweist.

Beispiel 3:

[0017] Zur Herstellung einer brandgeschützten Hartfaserplatte wird der gleiche Stoffansatz wie bei Beispiel 1 eingesetzt. Vor dem Ablauf der fertigen Faser-Colemanit-Schwefelsäuremischung aus dem Holländer oder einer Mischbütte, werden 0,5 bis 2% eines sauerhärtenden Kunstharzes zugegeben. Nach Verlassen der Entwässerungsmaschine 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:

[0018] Zur Herstellung schwer entflammbarer Faserdämmplatten, die zu Formkörpern nachträglich verarbeitet werden sollen, ist zunächst eine Fasersuspension nach Beispiel 1 in einem Holländer oder einer Mischbütte herzustellen. Nach der Reifung des Gemischs ist der pH-Wert auf ca. 5,0 angestiegen. Jetzt werden mindestens 20 Gewichtsteile eines fällbaren thermoplastischen Kunststoffs in Pulver- oder Dispersionsform in den Faserbrei gegeben und nach dem üblichen Fällungsverfahren auf den Fasern fixiert. Es empfiehlt sich hierfür, einen weichmacherhaltigen Kunststoff zu wählen. Anschliessend wird der Faserbrei wie in Beispiel 1 beschrieben zu Faserdämmplatten weiterverarbeitet. Die fertige Faserdämmplatte kann nun unter Druck und Hitze in einer Form aus Matritze und Patritze zu einem Formkörper verpresst werden.

Beispiel 5:

[0019] Zur Herstellung eines schwer entflammbaren Papieres für Verpackungen werden in einen Holländer für ca. 1000 kg Endprodukt eingetragen:

321 kg atro Altpapier (Zeitungspapier),

321 kg atro gekollerte Natronzellulose und, nach genügendem Faseraufschluss,

240 kg Colemanit mit 44% Borgehalt, feingemahlen.

[0020] Der Faserstoff soll einen Feststoffgehalt von ca. 5 Gew.-% haben.

[0021] Für den Faserbrei wird zunächst Frischwasser und später das aus der Produktion solchen Papieres stammende Abwasser der Rund- oder Langsiebmaschine verwandt.

[0022] 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 weiterverarbeitet. Bis zu dieser Verarbeitung ist der p H -Wert auf ca. 4,5 angestiegen. Das Endprodukt ist ein festes, nicht mehr entflammbares Papier.

Beispiel 6:

[0023] 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)

100 kg la Natronkraft

[0024] Für die Herstellung des Faserbreis 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. Sobald 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 so lange 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 Vorarbeitungsgrad gebracht. Die Verarbeitung des Faserbreis erfolgt wie üblich. Das Ergebnis ist ein fester Karton, der nicht mehr entflammbar ist.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen schwer entflammbarer oder nicht brennbarer Produkte, insbesondere blatt- oder plattenförmiger Produkte, auf der Basis fasriger organischer Materialien, die Borsäure und Calciumsulfat als Additive enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass die fasrigen Materialien zu einem wässerigen Brei aufbereitet werden, dass diesem Brei calciumhaltige Bormineralien und Schwefelsäure innig zugemischt werden und dass das so gebildete Gemenge nach einer Reifezeit zur Umwandlung des calciumhatigen Borminerals in Borsäure und Calciumsulfat Vliesbildungs- und Faserentwässerungsmaschinen zugeleitet, entwässert und anschliessend getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem gereiften Faserbrei Gips beigefügt wird.

3. 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.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Faserbrei vor der Weiterverarbeitung weitere grob- bis feinkörnig gemahlene Mineralien beigefügt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Faserbrei vor der Weiterverarbeitung geblähte, granulatförmige Mineralien insbesondere Vermiculite, Blähton, Blähschiefer oder Perlstein beigefügt werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Produktionswasser im Kreislauf geführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Produktionswasser dem Faservlies auf der Siebpartie aufgedüst wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Produktionswasser wasserlösliche Brandschutzmittel beigefügt sind.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Zwei-oder Mehrstoffauflauf Faserbrei mit relativ höherem Gehalt an Borsäure/Calciumsulfat auf ein vorheriges beziehungsweise sich bildendes Vlies aufgegossen wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserbrei während der Verarbeitung bei einer Temperatur bis 20°C gehalten wird.

Revendications

1. Procédé de fabrication de produits difficilement inflammables ou incombustibles, en particulier de produits sous forme de feuille ou de plaque, à base de matières organiques fibreuses, qui contiennent comme additifs de l'acide borique et du sulfate de calcium, caractérisé en ce que l'on convertit les matières fibreuses en une bouillie aqueuse, en ce qu'à cette bouillie on mélange intimement des minéraux borés contenant du calcium et de l'acide sulfurique, et en ce qu'après un temps de maturation pour la conversion du minéral boré contenant du calcium en acide borique et sulfate de calcium, on amène le mélange ainsi formé à des machines de formation de toisons et de déshydratation de fibres, on le déshydrate, et ensuite on le sèche.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à la bouillie de fibres mûrie, on ajoute du plâtre.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajoute de l'acide minéral en quantité telle que le mélange, avant la maturation, atteigne un pH compris entre 1,5 et 3,0, de préférence de 2,0.

4. Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à la bouillie de fibres, avant la suite du traitement, on ajoute d'autres minéraux broyés à grain grossier ou fin.

5. Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à la bouillie de fibres, avant la suite du traitement, on ajoute des minéraux granulés expansés, en particulier de la vermiculite, de l'argile expansée, du schiste expansé ou de la perlite.

6. Procédé selon une ou plusieurs des revendications, caractérisé en ce que l'on recycle l'eau de production.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on pulvérise l'eau de production sur la toison de fibres, sur la partie de tamis.

8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'à l'eau de production sont ajoutés des agents d'ignifugation hydrosolubles.

9. Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que par amenée de deux ou plusieurs corps, on coule, sur une toison préexistante ou en cours de formation, de la bouillie de fibres ayant une teneur relativement élevée en acide borique et sulfate de calcium.

10. Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on maintient la bouillie de fibres, pendant son traitement, à une température allant jusqu'à 20° C.

Claims

1. Process for the manufacture of products of lowflammability or non-combustible products, in particular sheet-like or board-like products, based on fibrous organic materials which contain boric acid and calcium sulphate as additives, characterised in that an aqueous paste is prepared from the fibrous materials, that calcium-containing boron minerals and sulphuric acid are intimately admixed to the paste and that the mixture thus formed, after a ripening period for converting the calcium-containing boron mineral into boric acid and calcium sulphate, is passed to mat-forming and fibre-draining machines, drained and then dreied.

2. Process according to Claim 1, characterised in that gypsum is added to the ripened fibre paste.

3. Process according to Claim 1, characterised in that a mineral acid is added in such a quantity that, before ripening, the mixture reaches a pH value between 1.5 and 3.0, preferably 2.0.

4. Process according to one or more of the preceding claims, characterised in that further minerals, ground to a coarse to fine grain size, are added to the fibre paste before further processing.

5. Process according to one or more of the preceding claims, characterised in that expanded granular minerals, in particular vermiculites, expanded clay, expanded slate or perlite, are added to the fibre paste before further processing.

6. Process according to one or more of the preceding claims, characterised in that the production water is circulated.

7. Process according to Claim 6, characterised in that production water is jetted onto the fibre mat on the wet end.

8. Process according to Claim 6 or 7, characterised in that water-soluble fire-proofing agents have been added to the production water.

9. Process according to one or more of the preceding claims, characterised in that fibre paste having a relatively higher content of boric acid/ calcium sulphate is poured, by two-stuff or multi- stuff feeding, onto a mat which has been previously formed or is forming.

10. Process according to one or more of the preceding claims, characterised in that the fibre paste is maintained at a temperature of up to 20° C during processing.