DE2336979A1

DE2336979A1 - Verfahren zur herstellung schwerentflammbarer holzwerkstoffe

Info

Publication number: DE2336979A1
Application number: DE19732336979
Authority: DE
Inventors: Otto Froede; Qunibald Kippenberger
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1973-07-20
Filing date: 1973-07-20
Publication date: 1975-02-06

Description

Unser Zeichen: Ο.Ζ. ^O 008 Mu/Wil

6700 Ludwigshafen, 16. 7. 1973 Verfahren zur Herstellung schwerentflammbarer Holzwerkstoffe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung schwerentflammbarer Holzwerkstoffe durch Zugabe fester feinteiliger Flammschutzmittel zu den noch unverbundenen feinteiligen Holzrohstoffen, Zugabe eines flüssigen Bindemittels und Aushärten des erhaltenen Gemisches unter Druck- und Wärmeeinwirkung.

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, um aus zerkleinerten pflanzlichen Rohstoffen wie Holz, Flachs, Stroh und dergleichen durch Verleimen mit einem Bindemittel Werkstoffe herzustellen. Naturgemäß sind derartige Werkstoffe, die insbesondere in Form von Spanplatten eine wichtige technische Rolle spielen, brennbar. Es ist daher bereits eine Vielzahl von Vorschlägen gemacht worden, um das Brandverhalten von z. B. Spanplatten zu verbessern. Beispielsweise hat man die Behandlung der Werkstoffe mit geeigneten Schutzanstrichen vorgeschlagen. Eine solche Behandlung ist jedoch aufwendig und die Lebensdauer und Wirksamkeitsdauer solcher Anstriche ist begrenzt.

Auch die andere Möglichkeit, Flammschutzmittel den Holzwerkstoffen in feiner Verteilung einzuverleiben und damit eine dauerhafte Wirkung zu gewährleisten, ist schon vorgeschlagen worden. Beschreibungen solcher Vorschläge finden sich beispielsweise in den DT-OS 1 215 357* 1 205 694, 1 453 377 sowie der DT-AS 1 224 917.

Auch diese vorgeschlagenen Methoden haben Nachteile: So ist beim einfachen Zumischen von Chemikalien mit bekannter Feuerschutzwirkung, wie z. B. Borsäure, Boraten, Ammonphosphaten, zu den zerkleinerten pflanzlichen Rohstoffen (im folgenden der Kürze halber als "Späne" bezeichnet) die Homogenität der Mischung nur schwer zu erreichen. Bei den üblichen Vorgängen zur Herstellung von Spanwerkstoffen treten bekanntlich Trennvorgänge nach dem spezifischen Gewicht bzw. dem Flugvermögen der ver-

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- & - O.Z. 30 ΟΟδ

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schieden großen Spananteile auf, die eine gleichmäßige Einmischung der Flammschutzmittel verhindern. Auch wenn die Späne mit Lösungen von Flammschutzchemikalien behandelt, dann wieder getrocknet und so verpreßt werden, haftet ein erheblicher Teil der Chemikalien nach dem Trocknen nur mangelhaft auf den Oberflächen der Späne und gibt Anlaß zur Entmischung.

Man hat auch schon versucht, die Flammschutzchemikalien mit dem bei der Werkstoffherstellung ohnehin verwendeten Bindemittel zu kombinieren, indem man die Flammschutzchemikalien in der Bindemittellösung auflöst oder suspendiert. Die meisten Flammschutzmittel reagieren Jedoch mehr oder weniger sauer bzw. stellen Säuren dar und wirken bei den üblicherweise verwendeten Bindemitteln aus der Klasse der Aminoplaste oder Phenoplaste als Härtungsmittel. Es treten dabei Haltbarkeits-, Viskositätsbzw. Konzentrationsprobleme bei den Bindemittelzubereitungen auf, die die Verarbeitung behindern.

Es wurde nun gefunden, daß schwer entflammbare Holzwerkstoffe durch Verpressen von mit Bindemitteln und Flammschutzmitteln versetzten Spänen wesentlich befriedigender als bisher erhalten werden können, wenn man ein Gemisch aus Spänen und Flammschutzmitteln mit einem Teil des Bindemittels behandelt, zwischentrocknet, mit dem Rest des Bindemittels versetzt und in an sich bekannter Weise aushärtet.

Dabei sind die Ausdrücke "Teil" bzw. "Rest des Bindemittels" nicht grundsätzlich so zu verstehen, daß es sich dabei stets um Teilmengen des gleichen Bindemittels handeln muß. Vielmehr kann in vielen Fällen sinnvoller Weise für den Teil des Bindemittels, der mit den Flammschutzmitteln zu einem Gemisch aufbereitet wird, ein anderer Bindemitteltyp verwendet werden als für den "Rest des Bindemittels", mit dem in der Hauptsache die Verleimung der vorbehandelten Späne erfolgt.

Praktisch geht man beispielsweise folgendermaßen vor: Man löst die Flamraschutzchemikalien bzw, suspendiert dieselben in feinpulvriger Form in einem Bindemittel, vorzugsweise einem Aminoplastharz (wie es üblicherweise etwa zur Herstellung von Span-

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platten verwendet wird) und verdünnt diese Zubereitung so weit, daß eine für die weitere Verarbeitung geeignete Viskosität sich einstellt. Sodann setzt man den Spänen mittels geeigneter Mischer, z. B. der in der Spanplattenindustrie gebräuchlichen Beleimungseinrichtungen, so viel einer solchen Flammschutzchemikalien/Bindemittel-Zubereitung zu, die zur Erreichung des gewünschten Grades der Verbesserung des Feuerwiderstandes erforderlich ist, z. B. entsprechend einer Dosierung von 10 % Flammschutzchemikalien, berechnet auf das Gewicht der zu behandelnden Späne in absolut trockenem (= atro) Zustand. Daraufhin führt man die so behandelten feuchten Späne einem Trockner zu, in dem man sie auf die üblichen Feuchtigkeitsgehalte von beispielsweise 2 bis 5 % zurücktrocknet. Durch diese Trocknung wird zugleich bewirkt, daß nunmehr die mit einem Bindemittel innig vermischten Flammschutzchemikalien in einem Film bereits ganz oder teilweise ausgehärteten, aber mindestens bis zur Klebfreiheit getrockneten Bindemittel eingebettet werden, fest auf den Spänen haften und bei der weiteren Handhabung eine Entmischung nicht mehr eintritt.

Mit besonderem Vorteil verwendet man aminoplastische Bindemittel, von denen bereits eine gewisse flammwidrige Wirkung bekannt ist.

Als Flammschutzmitte] im Sinne der Erfindung kommen beispielsweise in Betracht: Borsäure, Na-Borat, Ammoniumphosphat, Ammoniumbromid, Harnstoff, Melamin; insbesondere Mischungen dieser Stoffe, denen anorganische Füllstoffe wie Kaolin zugesetzt sein können.

Diese Flammschutzmittel werden im allgemeinen in Mengen von 10 bis 15 %» bezogen auf das Spangewicht, verwendet. Es ist natürlich auch möglich, geringere oder größere Mengen je nach dem gewünschten Effekt und nach der Natur des Flammschutzmittels bzw. des Spanrohstoffs zu verwenden, was im allgemeinen durch einen einfachen Vorversuch in seiner Zweckmäßigkeit beurteilt werden kann.

Als aeinoplastlsche Bindemittel eignen sich z. B. die durch Kondensation von Harnstoff oder Melanin alt Formaldehyd In üb-

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lichen Molverhältnissen erhältlichen wäßrigen Lösungen, die mit üblichen Härtungsmitteln, z. B. aus der Gruppe der sauren Härtungsmittel, ausgehärtet werden können.

Mit einem gewissen Vorteil kann man die zur Herstellung der Werkstoffe zu verwendenden Rohstoffe in dem ersten Behandlungsschritt in einem noch mehr oder minder feuchten Zustand verwenden, so daß man mit der normalerweise sich anschließenden Trocknung als einzigen Trocknungsprozeß auskommt. Ebenso gut können natürlich auch weitgehend vorgetrocknete Späne verwendet und durch den ersten Bindemittelzusatz so weit angefeuchtet werden, daß die für die Verpressung zu Spanwerkstoffen geeignete Feuchtigkeit erreicht wird.

Die Verteilung der Bindemittelmenge auf den ersten und den zweiten Beleimungsvorgang richtet sich im allgemeinen nach dem vorgesehenen Anteil an Plammschutzmitteln, d. h. Je mehr Flammschutzmittel vorgesehen sind, desto mehr Bindemittel wird zur Aufbringung des Flammschutzmittels verwendet werden. Im allgemeinen ist es jedoch nicht wünschenswert, mehr als 10 bis 30 # des gesamten Bindemittels, das insgesamt etwa 5 bis 15 % (Trockenmasse, berechnet auf Spangewicht) ausmacht, zur Fixierung der Flammschutzmittel zu verwenden, da hierdurch die Festigkeitseigenschaften des gesamten Werkstoffes möglicherweise in unerwünschter Weise verändert bzw. vermindert werden.

Das Verfahren, die mit Bindemittel versehenen Späne in geeigneter Weise zu einer Masse zu formen und unter der Einwirkung von Druck und Wärme zu verpressen, ist im allgemeinen bekannt und unterscheidet sich auch im vorliegenden Falle nicht vom Stande der Technik, so daß hier auf eine eingehendere Darstellung verzichtet werden kann. Die in den nachfolgenden Beispielen verwendeten Mengenangaben beziehen sich, soweit nicht anders angegeben oder aus sich heraus verständlich, auf das Gewicht.

Beispiel 1

Es wurde eine Mischung von Flammschutz-Chemikalien und üblichem Spanplattenbindemittel folgender Zusammensetzung bereitet:

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je 1000 g 50#Lge Lösung eines handelsüblichen Harnstoff-Formaldehyd- Leimharz e s
400 g Borsäure fein gemahlen
100 g Härter-Lösung
100 g Wasser
1600 g

(Die in der Mischung enthaltene Borsäure löst sich nur zum geringen Teil, sie wird überwiegend durch gelegentliches Rühren in Suspension gehalten.)

Es werden nun/7200 g frisch zerspante Fichtenspäne mit 20 %

mit
Holzfeuchtigkeit,/2000 g der oben beschriebenen Mischung durch Besprühen beleimt. Die Späne enthielten danach auf absolut trockene Holzsubstanz berechnet 10,5 % Harnstοffharz und 8,4 % Borsäure» Sie wurden in einem üblichen Spänetrockner auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 4 % getrocknet. 4l60 & dieser Späne wurden mit 800 g eines 50#ig eingestellten, wie üblich mit Härter und Paraffin-Emulsion versehenen Harnstoff-Formaldehyd-Bindemittels durch Besprühen gemischt. Dem vorbehandelten Material wurden dadurch noch 10 % Harnstoffharz und 0,5 # Paraffin zugeführt.

Aus diesem Material wurden durch Streuen auf Blechunterlagen Spänematten gebildet und diese Matten in einer beheizten hydraulischen Presse zu 18 mm dicken Platten verpreßt, wobei die Platten

la bei 150⁰C in 10 Minuten und

Ib bei 200⁰C in 3 Minuten hergestellt wurden.

Die nach Klimatisierung bei 20°C/65 % rel. Luftfeuchtigkeit an diesen Platten ermittelten Eigenschaften sind in den Tabellen

1 und 2 festgehalten.

Beispiel 2

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10 000 g einer üblichen 66#igen Harnstoff-Formaldehydharz-Lösung
9 900 g Borsäure, feinteilig

500 g Wasser

1 000 g j3#ige Paraffin-Emulsion

ergibt 21 400 g einer 30,8 % Festharz und 46,6 % Borsäure in Suspension enthaltenden Mischung.

12 000 g frisch zerspanter Fichtenspäne mit 20 % Holzfeuchtigkeit wurden mit 3250 g der vorstehenden Mischung durch Besprühen beleimt. Die Späne enthielten danach, berechnet auf absolut trockene Holzsubstanz, 10 % Festharz und 15 % Borsäure. Sie wurden wie in Beispiel 1 auf 4 % Feuchtigkeit getrocknet.

10 400 g dieser wie oben vorbehandelten Späne wurden mit 2300 g einer 52#ig eingestellten, wie üblich mit Härter versehenen Lösung eines modifizierten Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Mischkondensates gemäß DOS 2 020 481 gemischt.

Dem vorbehandelten Material wurden dadurch 12 % dieses Mischkondensates als Fesoharz zugefügt.

Aus diesem Material wurde durch Streuen auf eine Blechunterlage eine Spänematte gebLldet. und diese in einer beheizten hydraulischen Presse bei 150°C in 10 Minuten zu einer l8 mm dicken Spanplatte verpreßt.

Die nach Klimatisierung bei 20°C/65 % rel. Luftfeuchtigkeit an dieser Platte ermittelten Eigenschaften zeigen ebenfalls die Tabellen 1 und 2.

Beispiel 3

10 000 g einer üblichen 66#igen Harnstoff-Formaldehydharz-Lösung
6 6OO g Borsäure-PIv.
3 300 g Kaolin

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- 7 - ο.ζ. 30 oo8

500 g Wasser

1 000 g 33#ige Paraffin-Emulsion

ergibt 21 400 g einer 30,8 % Festharz, 30,8 % Borsäure und 15,4 % Kaolin enthaltenden Mischung.

12 000 g frisch zerspante Fichtenspäne von 2C % Holzfeuchtigkeit wurden mit 3250 g des oben beschriebenen Gemisches durch Besprühen beleimt.

Die weitere Verarbeitung der vorbehandelten Späne und die Herstellung einer Spanplatte daraus erfolgt in gleicher Weise wie in Beispiel 2.

Die Ergebnisse der Prüfung zeigen wiederum Tabellen 1 und 2.

Beispiel 4

Es wurde eine Mischung von Flammsehutz-Chemikalien und üblichem Spanplattenbindemittel folgender Zusammensetzung bereitet:

10 000 g einer üblichen 66#igen Harnstoff-Formaldehydharz-Lösung
4 950 g Borsäure

1 650 g Harnstoff

2 200 g Wasser

1 000 g Paraffin-Emulsion

ergibt 19 800 g einer 33*3 # Festharz, 25,0 % Borsäure und 8,3 % Harnstoff enthaltenden Mischung.

12 000 g frisch zerspante Fichtenspäne von 20 % HolzfeuchtigJceit wurden mit 3000 g des oben beschriebenen Gemisches durch Besprühen beleimt.

Die weitere Verarbeitung der vorbehandelten Späne und die Herstellung einer Spanplatte daraus erfolgte in gleicher Weise wie in Beispiel 2.

Die Ergebnisse der Prüfung zeigen die Tabellen 1 und 2.

409886/0696 /q

* ·8 - ' O.Z. 30 008

Vergleichsversuch 1

Um einen Vergleich der Eigenschaftswerte, insbesondere des Brandverhaltens, der nach dem beanspruchten Verfahren hergestellten gegenüber normalen Spanplatten zu ermöglichen, wurde eine normale Spanplatte im Laboratorium wie folgt hergestellt:

3100 g Fichtenspäne mit ca. 3*5 % Feuchtigkeitsgehalt wurden mit 600 g eines 50#ig eingestellten, mit der üblichen Menge Härter und Paraffin-Emulsion versehenen Harnstoff-Formaldehyd-Bindemittels durch Besprühen gemischt.

Die so beleimten Späne enthielten - auf absolut trockenes Holz berechnet - 10 % Festharz und 0,5 5^ Paraffin.

Aus diesen beleimten Spänen wurde, wie bei der Spanplattenherstellung üblich, eine Spänematte auf eine Blechunterlage gestreut und diese Matte in einer beheizten hydraulischen Presse bei 150⁰C in 10 Minuten Preßzeit zu einer 18 mm dicken Spanplatte verpreßt.

Nach Klimatisierung bei 20°C/65 % rel. Luftfeuchtigkeit wies die so hergestellte Spanplatte die in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Eigenschaften auf.

Vergleichsversuch 2

Die nach dem beanspruchten Verfahren hergestellten Spanplatten weisen einen höheren Gehalt an Bindemittel auf als normale Spanplatten. Um eine Beurteilung zu ermöglichen, wieweit allein durch diesen höheren Bindemittelgehalt die Eigenschaftswerte, insbesondere das Brandverhalten der Spanplatten verändert wird, wurde eine Platte im Laboratorium wie folgt hergestellt: 7200 g Fichtenspäne mit 20 # Feuchtigkeitsgehalt wurden mit 1500 g eines auf 41,7 % Harzanteil eingestellten wie üblich mit Härter und Paraffin-Emulsion versehenen Harnstoff-Formaldehyd-Bindemittels durch Besprühen gemischt. Die so verleimten Späne enthielten - auf absolut trockenes Holz berechnet - 10,5 Festharz und 0,5 % Paraffin.

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"·9 - Ο.Ζ. 30 008

ßlese Späne wurden unter schonenden Bedingungen so weit getrocknet, daß der Feuchtigkeitsgehalt ca. 4 % betrug· Das aufgebrachte Harnstoffharz wurde dabei weiter kondensiert, aber nicht ausgehärtet.

3000 g dieser vorbehandelten, ca. 4 % Feuchtigkeit enthaltenden Späne wurden dann erneut mit 600 g eines 50£>ig eingestellten, wie üblich mit Härter und Paraffin-Qnulsion versehenen Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitt eis durch Besprühen gemischt.

Dem vorbehandelten Material wurden dadurch noch 10 % Harnstoffharz und 0,5 % Paraffin zugeführt.

Aus diesem Material wurde durch Streuen zu einer Matte und Verpressen derselben in einer beheizten hydraulischen Presse bei 150°C in 10 Minuten eine l8 mm dicke Holzspanplatte hergestellt. Die nach Klimatisierung bei 20°C/65 % rel. Luftfeuchtigkeit an dieser Platte festgestellten Eigenschaften zeigen Tabelle 1 und 2.

Brandverhalten

Das Brandverhalten jeweils der in den vorstehenden Beispielen beschriebenen Spanplatten wurde In einem Laboratoriumsbrandschacht Überprüft. Der Brandschacht besteht aus einem Stahlmantel mit quadratischem Grundriß von 200 χ 200 mm, dessen senkrechte Wandflächen 78Ο mm hoch sind. Darauf sitzt eine Verjüngung des Brandschachtmantels in der Form einer Pyramide von 200 χ 200 mm Grundfläche und einer öffnung an der Spitze In 200 mm Höhe von 44 mm Durchmesser.

/10 409886/0696

Tabelle

•s. O CO (P

	la	Ib	2	5	4	Vergleiohsversuche	2	I
Beispiel Nr.	0,789	0,696	0,779	0,717	0,698	1	0,674	O
Spez. Gewicht (p/cnr)	295	508	259	212	520	0,655	268	1
Biegefestigkeit (kp/cnr)						284
Querzugfestigkeit (kp/cm )	6,7	6,0	6,9	9,5	9,4		8,1
in trockenem Zustand	-	-	5,0	2,2	7,7	12,0	Wi
nach 2 Stunden Kochen						M
Dlokenquellung (£)	2,7	2,1	2,0	2,2	2,0		1,8
nach 2 Stunden	9,4	6,7	5,1	6,4	5,7	5,0	5,5
nach 24 Stunden						11,2
Wässern bei 20⁰C

Tabelle

OT CO CO

	la	Ib	2	3	4	Vergleichsversuche	2	j
Beispiel Nr.						1
Brandschacht-Test	150	147	127	134	144		250
maximale Temperatur (⁰C)	80	75	55	60	80	252	100
ma imale Flammhöhe {%)	12	11	10	10	14	100	19
Gewichtsverlust ($) ■	28	33	42	42	31	25	31
unzerstörte Restlänge (#)						CVl
Test nach APNOR	17,4	17,4	17,0	17,0	-		-
Plattendicke (geschliffen) (mm)	9	8	4	5	-	18,0
Gewichtsverlust (#)						15
Versuchsdauer bis zum Durch	54	58	54	60	MM
brennen (Min.)					32

Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung schwer entflammbarer Holzwerkstoffe auf der Grundlage gebundener feinteiliger Holzrohstoffe durch Zugabe fester, feinteiliger Flammschutzmittel zu den noch unverbundenen feinteiligen Holzrohstoffen, Zugabe eines flüssigen Bindemittels und Aushärten des erhaltenen Gemisches unter Druck- und Wärmeeinwirkung, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus Spänen und Flammschutzmittel mit einem Teil des Bindemittels behandelt, zwischentrocknet, mit dem Rest des Bindemittels versetzt und in an sich bekannter Weise aushärtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Flammschutzmittel 10 bis 15 # Borsäure, bezogen auf das Holzgewicht, verwendet.

BASF Aktiengesellschaft

409886/0696