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Verfahren zur Herstellung flammfester Spanplatten Die Verwendung von
Borsäure ist ebenso wie die von Ammoniumsalzen, Natriumcarbonat oder Natriumborat
bzw. Calciumchlorid, Natriumchlorid, Zinnchlorid, Zinkchlorid usw. als Feuerschutzmittel
für Holz bekannt. Es ist jedoch überraschend, daß im Gegensatz zu diesen Stoffen
sowie zahllosen anderen für Holz geeigneten Feuerschutzmitteln die Borsäure bei
der Herstellung von flammfesten Spanplatten in der angegebenen Menge verwendet werden
kann, ohne die mechanische Festigkeit und die Wasserbeständigkeit der Platten zu
vermindern. Da zudem Borsäure bei den üblichen Flammschutzmitteln nicht als die
wirksamste Substanz bekanntgeworden ist, war auch erstaunlich, daß man durch Zugabe
von genügend Borsäure in die zur Spanplattenherstellung erforderliche Grundmischung
einen wirksamen Flammschutz erzielen kann.
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Spanplatten werden normalerweise hergestellt, indem man Holzteilchen
oder -späne, Flachsschäben oder andere zellulosehaltigen Teilchen mit einem heißhärtenden
Kunstharzbindemittel innig vermischt und dann die Mischung unter Druck in einer
Form verpreßt und das Harz mit oder ohne Anwendung von Hitze härtet.
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Es war bereits bekannt, solchen Mischungen beispielsweise Ammoniumphosphat,
Ammoniumchlorid oder Ammoniumsulfat zuzugeben, um die Platten flammfest zu machen.
Man mußte indessen dabei in Kauf nehmen, daß beim Zusatz hinreichender Mengen Ammoniumverbindungen
für die Erreichung einer genügenden Flammfestigkeit sowohl die mechanischen Festigkeiten
als auch die Wasserbeständigkeit der erhaltenen Platten erheblich verschlechtert
wurden.
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Diese Nachteile werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden.
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Das Verfahren zur Herstellung flammfester Spanplatten unter Verwendung
einer innigen Mischung aus Holzspänen oder dergleichen Holzteilchen und 4 bis 250/o
eines Kunstharzbindemittels, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß 5 bis
30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 7 bis 15 Gewichtsprozent als Feuerschutzmittel
an sich bekannte Borsäure, berechnet auf das Trockengewicht der Holzteilchen od.
dgl., in Pulverform innig mit dem Kunstharzbindemittel oder mit einer Mischung aus
Holzteilchen od. dgl. und dem Kunstharzbindemittel vermischt werden.
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Es wurde gefunden, daß der Borsäurezusatz nicht bloß die gewünschte
verbesserte Flammfestigkeit bewirkt, sondern auch die mechanische Festigkeit der
flammfesten Platte, verglichen mit der Festigkeit gewöhnlicher Spanplatten, nicht
oder nur geringfügig beeinträchtigt.
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Das Kunstharzbindemittel, das für die Herstellung der Spanplatten
verwendet wird, ist vorzugsweise ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz oder ein Phenol-
oder Kresol-Formaldehyd-Harz; in einigen Fällen, beispielsweise bei Verwendung von
Harnstoff-Formaldehyd-Harz, dient die Borsäure gleichzeitig als Härtungsmittel für
das Harz, und in diesem Fall erübrigt sich die Verwendung anderer üblicher Härtungsmittel.
Im einzelnen läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt durchführen: Man
verwendet Holzteilchen solcher Größe, wie sie gewöhnlich als Späne, zuweilen auch
als Flocken bezeichnet werden. Holzteilchen der erforderlichen Größe können z. B.
erhalten werden aus groben Sägereiabfällen, bestehend aus Schwarten und Spreißeln
oder aus Hobelspänen, indem diese in einer Hammermühle zerkleinert und durch Sieben
aussortiert werden. Zu kleine Teilchen sind auszuscheiden, da sie die Verwendung
von unnötig großen Mengen des verhältnismäßig teuren Harzbindemittels erfordern.
Zu große Teilchen sind ebenfalls unerwünscht, weil deren Anwesenheit die Herstellung
von Platten mit hinreichend gleichmäßiger Beschaffenheit erschwert.
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Der Feuchtigkeitsgehalt der verwendeten Holzteilchen ist vorzugsweise
nicht höher als etwa 1001o und liegt gewöhnlich zwischen 4 und 7 Gewichtsprozent.
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Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert,
wobei Teile Gewichtsteile bedeuten. Das Wasser wurde zur Harz-Borsäure-Mischung
jeweils lediglich zugegeben, um das Aufsprühen zu erleichtern.
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Beispiel 1 7 Teile pulverförmige Borsäure wurden mit 15 Teilen eines
flüssigen Harnstoff-Formaldehyd-Harzes unter Zurühren von 6 Teilen Wasser innig
vermischt. Die erhaltene Suspension der Borsäure im flüssigen Harz wurde dann mit
72 Teilen Holzspänen mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 4 bis 6 °/0 gründlich vermischt.
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Das innige Vermischen von Holzteilchen, synthetischem Harz und Borsäure
wurde durch Aufsprühen der flüssigen Mischung von Harz und Borsäure auf die in einem
Mischwerk befindlichen Teilchen bewerkstelligt. Die innige Mischung wurde dann gleichmäßig
in Formen ausgebreitet; die Formen wurden dann in eine geheizte Presse gebracht,
wo die Verfestigung der Mischung bzw. Härtung des Harzes stattfindet unter Bildung
der fertigen Platte. Der in der Presse angewandte Druck war 28 kg/qcm, und die Preßzeit
für eine Platte von 1,27cm Dicke betrug 10 Minuten bei 1300C.
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Beispiel 2 7 Teile pulverförmige Borsäure wurden mit 11 Teilen flüssigem
Phenol - Formaldehyd - Resorcin - Formaldehyd-Harz unter Zurühren von 9 Teilen Wasser
innig vermischt. Die erhaltene Suspension von Borsäure im flüssigen Harz wurde dann
mit 75 Teilen Holzspänen gründlich vermischt. Die Holzspäne waren in einer Hammermühle
zerkleinert und durch ein Sieb von 0,64 cm lichter Maschenweite sortiert und schließlich
auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 4 bis 60/o getrocknet worden.
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Das innige Vermischen von Holzteilchen, synthetischem Harz und Borsäure
wurde durch Aufsprühen der flüssigen Harz-Borsäure-Mischung auf die in einem Mischwerk
befindlichen Teilchen bewerkstelligt.
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Die innige Mischung wurde gleichmäßig in Formen ausgebreitet; die
Formen wurden dann in eine geheizte Presse gebracht, wo sich die Mischung verfestigte
und Härtung des Harzes stattfand unter Bildung der fertigen Platte. Der in der Presse
angewandte Druck war 28 kg/qcm, während die Preßzeit für eine Platte von 1,27 cm
Dicke 20 Minuten bei 150O C betrug.
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Nachstehende Versuche zeigen die Auswirkung von verschiedenen Konzentrationen
Borsäure bei einigen typischen, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Platten: Die Flammfestigkeit von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Platten wurde dabei ausführlich untersucht. Im folgenden sind die genauen Versuchsdaten
über die Brennbarkeiten bei Verwendung von Harnstoff-Formaldehyd-Harz und Borsäure
gezeigt. Ähnliche Ergebnisse werden erhalten, wenn man an Stelle von Harnstoff-Formaldehyd-Harz
ein Phenol-Formaldehyd-Harz oder eine Mischung des letzteren mit Resorcin-Formaldehyd-Harz
verwendet.
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A. Flammfestigkeit (I) Die Flammfestigkeit wurde festgestellt, indem
Streifen von 30 cm Länge auf 3,22 qcm in vertikaler Lage
über einen Bunsenbrenner
gehängt wurden, so daß gerade eine 15 cm hohe Flamme das Ende der Probestreifen
gerade berührte. Die Flamme wurde mit den Probestreifen während 2 Minuten in Berührung
gehalten und dann weggenommen, worauf man die Streifen weiter brennen ließ. Die
Gewichtsverluste der Streifen, nachdem die Verbrennung von selber aufgehört hatte,
sind in folgender Tabelle verzeichnet: Harnstoff-Formaldehyd-Harz
| Borsäure Mittlerer |
| Harzgehalt Versuchs-Nr. |
| gehalt Gewichtsverlust |
| 100/o keiner 13 75,9 0/0 |
| 10 0/, 70/o 13 8,101o |
| 10% 8½% 25 4,5% |
| 15% 10% 26 4,0% |
Bei den Probestreifen, welche 81/2 und 100/o Borsäure enthielten, erlosch die Flamme
sofort von selbst, sobald man den Bunsenbrenner wegnahm. Die Versuchsdaten zeigen
zwar nur eine geringe Differenz zwischen Proben mit 81/2 und 10% Borsäure, indessen
fand man bei den letzteren viel geringere Streuungen der Resultate.
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B. Flammfestigkeit (II) Gleiche Probestreifen wie in Versuchsanordnung
A wurden derart in eine Flamme von 22 cm Höhe gehalten, so daß sich das untere Ende
der Probe in einer Länge von 6,4 cm in der Flamme befand. Die Flamme war während
10 Minuten mit dem Probestreifen in Berührung. Das Weiterbrennen der Proben hörte
innerhalb 6 Minuten nach dem Wegnehmen des Brenners auf, und nach dem Ende des Versuches
erstreckte sich die verkohlte Zone nur etwa 1,27 cm höher wie die Spitze der Bunsenbrennerflamme.
Die Gewichtsverluste sind in folgender Tabelle aufgezeichnet.
| Gehalt an |
| Harnstoff- Borsäure- Nr. der Mittlerer |
| Formaldehyd- gehalt Versuche Gewichtsverlust |
| Harz |
| 100/o 81/20/0 5 27,80/o |
| 15% | 10% | 5 | 25,0% |
Auch hier streuten die Resultate bei den Proben mit 10 °/0 Borsäure viel weniger
als bei den Proben mit 81/20/0 Borsäure.
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Bei dieser Versuchsanordnung wird eine Kontrollprobe ohne Borsäure
praktisch vollständig verbrannt.
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C. Feuerfestigkeit Probestücke von 45,2 qcm Fläche und 1,27 cm Dicke
wurden in horizontaler Lage derart über einem Bunsenbrenner aufgehängt, daß eine
15 cm hohe Flamme die der Flamme zugekehrte Oberfläche gerade in der Mitte der Probe
berührte. Die Temperatur betrug an dieser Stelle 850 bis 900"C. Die Temperatur der
nicht exponierten, von der Flamme abgekehrten Oberfläche der Probe wurde in Zeitabständen
aufgezeichnet, ebenso die Zeit, die es brauchte, bis sich die Flamme durch die Probe
gerade hindurchgefressen hatte.
| Gehalt an Für das Durch- |
| Harnstoff Temperatur nach Zeitdauer von |
| Borsäuregehalt brennen der Platte |
| Formaldehyd- |
| benötigte Zeit |
| Harz 5 Minuten 10 Minuten 20 Minuten 30 Minuten |
| 10% keiner 700 C Rauchentwicklung nach 8 Minuten 17 Minuten |
| 10% keiner 62°C 125°C - - 16 Minuten |
| 15% 10% 67°C 74°C 120°C 155°C 45 Minuten |
| 15% 10% 75°C 70°C 90°C 136°C 57 Minuten |
Eine Wiederholung des zuletzt beschriebenen Versuches mit Platten von 1,9 cm Dicke
und mit einer Dichte von 64,1 g/ccm anstatt von 72,1 g/ccm ergab folgende Resultate:
| Für das |
| Gehalt an |
| Durch- |
| Harnstoff- Borsäure Temperatur nach Zeitdauer von |
| brennen |
| Formaldehyd- gehalt brennen |
| Harz der Platte |
| 5 Minuten 10 Minuten 20 Minuten 30 Minuten 45 Minuten 60 Minuten
benötigteZeit |
| 10% keiner 53°C 57°C 110°C Rauch- - - 35 Minuten |
| ent- |
| wicklung |
| 10% keiner 50°C 60°C 75°C 155°C - - 39 Minuten |
| 15% 7% 29°C 51°C 60°C 65°C 80°C 110°C 97 Minuten |
| 15% 7% 40°C 59°C 65°C 71°C 102°C 135°C 98 Minuten |
Es wird vermutet, daß die Wirkung der Borsäure, welche das sonst leicht entflammbare
Holz-Harz-Material flammfest macht, darauf zurückzuführen ist, daß beim Erhitzen
des Materials durch die Flamme Boroxyd (B2O3) gebildet wird, das der Wärmeleitung
Widerstand entgegensetzt.
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Wasserbeständigkeit Versuchsplatten in der Größe von 20 cm 5 cm und
1,27 cm Dicke wurden während 1 Stunde bei 15°C vollständig in Wasser eingetaucht
und darauf die Zunahmen an Gewicht und Dicke der Platten gemessen: a) Platten mit
Harnstoff-Formaldehyd-Harz
| Bosrsäure- Gewichts- Zunahme der |
| Harzgehalt |
| gehalt zunahme Plattendicke |
| 10% keiner 37,0% 12,4% |
| 10% 7% 33,6% 7,9% |
| 10% 8½% 36,5% 9,3% |
| 15% 10% 7,1% 1,7% |
b) Platten mit Phenol-Formaldehyd-Resorcin-Formaldehyd-Harz-Mischung
| Borsäure- Gewichts- Zunahme der |
| Harzgehalt |
| gehalt zunahme Plattendicke |
| 8% keiner 84% 17,7% |
| 8% 7% 76% 16,3% |
| 11% 10% 40% 5,7% |
An Stelle der in den Beispielen als Harzbindemittel für die Holzteilchen verwendeten
Harnstoff-Formaldehyd-Harze und Phenol-Formaldehyd-Harze können mit gutem Erfolg
auch andere heißhärtbare Harze oder Harzmischungen verwendet werden, wie beispielsweise
die durch Kondensation von anderen Phenolen als Phenol oder Kresol, oder von Melamin
mit Formaldehyd oder anderen Aldehyden erhältlichen Harze.