DE2831633A1 - Verfahren zur herstellung eines faserfoermigen brandschutzmittels - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines faserfoermigen brandschutzmittels

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DE2831633A1 DE19782831633 DE2831633A DE2831633A1 DE 2831633 A1 DE2831633 A1 DE 2831633A1 DE 19782831633 DE19782831633 DE 19782831633 DE 2831633 A DE2831633 A DE 2831633A DE 2831633 A1 DE2831633 A1 DE 2831633A1
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Description

HANS TRAPPENBERG · PATENTINGENIEUR · KARLSRUHE
KATAFLOX Pat en tverwaltungs- · 17.7.1978 Gesellschaft mbH HO 509
.Erasmusstraße 9 ·
7500 Karlsruhe 1
"Verfahren zur Herstellung eines faserförmigen Brandschutzmittels
. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserförmigen Brandschutzmittels, das aus Faserstoffen mit auf ihrer Oberfläche anhaftenden Borsäurepartikeln und gegebenenfalls weiteren anhaftenden Materialien, insbesondere glas- und keramikbfildenden Mineralien, besteht.
Brandschutzmittel liegen fast ausschließlich in Form von Salzen vor, so Brom und die Bromate, Bor und die Borate, Phosphate, Sulfate und ähnliche. Diese Salze 10- werden, gegebenenfalls untereinander oder mit weiteren Zusätzen gemischt, in gemahlener bzw. pulvriger Form auf den Markt gebracht. Diese Produkte sind alle mehr
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oder weniger gut in Wasser löslich? die zu schützenden Erzeugnisse werden.daher in aller Regel mit einer Lösung aus diesen Salzen getränkt. Bei den meisten zu schützenden Erzeugnissen ist jedoch eine Tränkung nicht möglich; hier müssen diese Brandschutzmittel dann in pulvriger Form den Rohstoffen, die zur Herstellung dieser Erzeugnisse dienen, zugemischt oder eingestreut werden. Dieses Zumischen führt jedoch nur dann zum Erfolg bzw. zu homogenen Mischungen, die über den gesamten Querschnitt gleichmäßig mit Brandschutzmitteln versetzt sind, wenn sie mit anderen pulvrigen Stoffen vermischt v/erden. Eine Mischung mit grobkörnigen oder großflächigen Ausgangsrohstoffen oder mit Rohstoffen, die deutlich andere Volumengewichte aufweisen," als die Brandschutzmittel, ist die Herstellung und insbesondere die Beibehaltung einer homogenen Mischung nicht möglich, da .sich die Brandschutzmittel im Verlaufe des Bearbeitungsvorganges wieder von den Rohstoffen trennen. So ist es beispielsweise nicht möglich, pulvrige Borsäure Holzspänen zur Erzeugung brandgeschützter Spanplatten beizumischen, da sich bereits beim Streuen des Spankuchens die Borsäurepartikel von den Holzspänen separieren und sich am Grund des Plattenkuchens ansammeln. Es wurde daher schon vorgeschlagen, derartige Rohstoffe mit der oben erwähnten Brandschutzmittel-Lösung zu tränken, was ,jedoch nicht nur aus wirtschaftlichen Gründen abzulehnen ist, sondern auch dann nicht zugelassen werden kann, wenn durch die Tränkung die Verbindung der einzelnen Roh:3toffpartikel untereinander behindert wird. Dies ist beispielsweise wiederum bei der Herstellung von Holzspanplatten der Fall, wo durch eine solche Tränkung die Verleimung der einzelnen Holzspäne untereinander so behindert wird, daß das fertige Produkt nicht mehr die gewünschte Festigkeit aufweist.
Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, sind auch bereits Brandschutzfasern bekannt geworden, also j'asern, an
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die die Brandschutzmittel angelagert sind« Derartige Fasern entmischen sich auch "bei starken Vibrationen nicht von den grobkörnigen oder großflächigen Rohstof- ; fen, so daß mit diesen Rohstoffen hergestellte Erzeug- , nisse über den gesamten Querschnitt mit Brandschutzmitteln versehen sind. Zur Anlagerung der Brandschutz-, mittel an den Fasern sind verschiedene Verfahren be- ■ kannt geworden. Ein sehr wirtschaftliches und zuverlässiges Verf ehren besteht darin, die pulvrigen Brando-ΙΟ Schutzmittel zusammen mit Fasern enthaltenden Granulaten in'Prallmühlen zu mahlen, wobei sich die Brandschutζ-mittel infolge molekularer Anziehungskräfte an'.den • Fasern anlagern. Ein weiter bekanntes Verfahren unter Verwendung von Borsäure als Brandschutzmittel besteht' 15; darin, Borminerale mit feinzerteilten Trägerstoffen, die auch in faseriger Form vorliegen können, zu vermischen und sodann mit einer Mineralsäure in solcher Konzentration und Menge zu besprühen, daß die Bormineralien in Borsäure umgesetzt werden. Bei diesem Vorgang lagern sich Borsäurepartikel an diesen feinzerteilten Trägerstoffen an, womit sich also auch wieder, bei Verwendung von faserigen Trägerstoffen, Brandschutzfasern bilden. . "
Die Erfindung beschäftigt sich mit der Wexterbxldung des letztgenannten Verfahrens, wobei als Trägerstoffe . Fasern eingesetzt werden und an diesen Fasern nicht nur Borsäurepartikel anhaften sollen, sondern auch weitere dem Brandschutz bzw. der Verbesserung der damit herzustellenden Erzeugnisse dienenden Materialien. Hierbei sollen insbesondere glas- und keramikbildende Materialien eingesetzt werden, die im Brandfalle durch Einkapselung der Rohstoffe sehr zu einem verstärkten Brandschutz beitragen.
Die Herstellung derartiger Brandschutzfasern wurde bisher
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so durchgeführt, daß die trockenen Faserstoffe mit den pulvrigen Bormineralien vermischt wurden, und daß dann unter Fortführung des Mischvorganges Mineralsäure in entsprechender Konzentration und Menge einge·*· sprüht wurde. Voraussetzung zur Durchführung des Ver-• fahrens war also einmal das Vorhandensein der trockenen Faserstoffe und der pulvrigen Bormineralien sowie auch der Mineralsäure in entsprechender Konzentration und Menge.
Zur wirtschaftlichen Herstellung derartiger Brandschutzfasern wurde auch bereits vorgeschlagen, in den Restabwasserklärschlämmen insbesondere von Papier-, Kartonund.Zellstoffabriken mitgeführte Fasern zu verwenden. Der Nachteil bei der Verwendung dieser Fasern ist, daß die Restabwasserklärschlämme erst aufbereitet, insbesondere vor Durchführung des bekannten Verfahrens, getrocknet werden müssen. Wiederum zur wirtschaftlichen Herstellung der Brandschutzfasern zweckmäßig wäre es, wenn in großen Mengen als Nebenprodukt anfallende konzentrierte Schwefelsäure bei der Durchführung des bekannten Vexfahrens verwendet werden könnte. Dies ist allerdings bei derartigen Zellulosefasern nicht möglich, da diese Fasern durch die konzentrierte Schwefelsäure zerstört würden. Die Schwefelsäure muß daher auf eine Konzentration von unter -50 Gew# verdünnt werden. Sowohl die Trocknung der Restabwasserklärschlämme wie auch die notwendige Verdünnung der Schwefelsäure verteuern das bekannte Verfahren so, daß der Einsatz der Brandschutzfasern trotz ihrer eminenten Vorteile nur zögernd vorgenommen wird.
Eine nach dem bekannten Verfahren hergestellte Brandschutzfaser enthält neben der Faser etwa 40 - 4-5 Gew# Borsäure, etwa 50 - 55 Gew# Calciumsulfat und den Rest Wasser. Die Brandschutzwirkung dieser Brandschutzfasern ergibt sich daher ausschließlich durch dia Wirkung der
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Borsäure im Brandfalle. Glas- und keramikbildende Mineralien sind bei einer derartigen Brandschützfaser nicht erkennbar.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine derartige Brandschutzfaser so weiterzubilden, daß durch ein entsprechendes Verfahren deren Herstellung verbilligt, und die Faser auch gleichzeitig mit weiteren dem Brandschutz dienlichen Materialien verbunden ist. Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, daß Faserstoffe, vorzugsweise die bei der Herstellung von Papier (Karton) oder Zellstoff anfallenden faserigen Restabwasserklärschlämme, mit einer Feuchte bis 80 Gew# in einem Mischer mit pulvrigen Bormineralien innig vermischt werden, daß unter Eindüsen von konzentrierter Schwefelsäure (96$ Gew#) weitergemischt wird, daß das entstehende Granulat einer Abdampfstrecke zugeleitet und sodann einer Prallmühle zum Vereinzeln der Fasern zugeführt wird.
Nicht mehr also wie bei dem bekannten Verfahren werden trockene Fasern mit pulvrigen Bormineralien vermengt und dann mit einer Säure niedriger Konzentration bedüst, sondern es werden direkt die Klärschlämme mit einer Feuchte bis-80 Gew$ mit den pulvrigen Bormineralien innig vermischt und diesem maischenartigen Gemenge sodann hochkonzentrierte Schwefelsäure zugegeben. !Diese erfindungsgemäße Maßnahme erspart demnach nicht nur das eventuell notwendige aufwendige Trocknen der Schlämme, sondern es ermöglicht auch die Verwendung billiger konzentrier--. ... ter Schwefelsäure ohne die sonst notwendige Verdünnung. Insgesamt ergibt sich so ein sehr wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung derartiger Brandschutzfasern, da • zum einen nun auch Restabwasserklarschlamme, die ansonsten getrocknet und verbrannt werden müßten, da eine . Deponie der Klärschlämme in absehbarer Zeit nicht mehr
möglich ist, in dem Zustand, in dem sie anfallen, zu verwenden sind und zum anderen der Einsatz eines weite-. ren Abfallproduktes, nämlich konzentrierter Schwefel-
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säure, vorteilhaft und in äußerst wirtschaftlicher Weise möglich ist. Hinzu kommt jedoch noch, daß die Restabwasserklärschlämme der Papier- bzw. Kartonfabriken, jedoch auch der ZellstoffIndustrie Pasern enthalten, die bereits mit Mineralien beladen sind, die ebenfalls dem Brandschutz dienlich sind. Dies sind insbesondere Kaoline, Talkum, Kreidemehl und Titanoxid, also Stoffe, die zur Glas- bzw. Keramikbildung notwendig oder zweckmäßig sind. Eine weitere Mineralzugabe erfolgt durch die Verbindung der Bormineralien mit der Schwefelsäure, da das in diesen Mineralien vorhandene Natrium bzw. Calcium auf den Fasern verbleibt. Gerade hinsichtlich dieser zusätzlichen Mineralzugabe hat es sich bewährt, als Bormineral Colemanit zu verwenden, jedoch ist auch der Einsatz von Rasorit dann zu empfehlen, wenn die Brandschutzfaser größere Mengen Natrium aufweisen soll.
Eine weitere Möglichkeit, die Fasern zu beladen, ergibt sich noch dadurch, daß während des Mischvorganges weitere pulverförmige Materialien, Brandschutzsalze oder ganz allgemein Materialien, die im Endprodukt erwünscht sind, beigegeben werden. Hierbei können diese Materialien an der Umsetzung mittels der Schwefelsäure bzw. an der Oxydation beteiligt sein oder auch nicht, je nachdem, ob die Materialien vor oder nach der Säurezugabe in den Mischer eingegeben werden.
• Die Umsetzung der Bormineralien in Borsäure und Calciumsulfat erfolgt exotherm. Die Mischung erwärmt sich dadurch auf etwa 350 K bis 380 K, wodurch sowohl das eingebrachte, wie auch das freiwerdende Wasser, auf der dem Mischer nachfolgenden Abdampfstrecke zum größten Teil verdämpft. Nach der Abdampfstrecke'liegen daher dann Granulate vor mit einer Feuchte - je nach der Feuchte der Faserstoffe bzw. des Klärschlammes und dem Anteil der Bormineralien bzw. der Schwefelsäure - zwisehen 2 Gew# und 30 Gew#. Die Granulate können daher im
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allgemeinen ohne weitere Trocknung bereits einer Prallmühle zugeleitet und dort wieder in Pasern vereinzelt werden, wobei sich auf der Faser nunmehr nicht nur Borsäurepartikel befinden, sondern, auch die Materialien, die im Endprodukt gewünscht sind, insbesondere aber auch glas- und keramikbildende Materialien, die sich für den Brandschutz als besonders zweckmäßig erwiesen haben. Selbstverständlich besteht auch die- Möglichkeit, sowohl :· nach der Abdampf strecke wie auch nach der Mühle einen weiteren Trockner vorzusehen, um das Material in der gewünschten Feuchte zu erhalten bzw. um ein Optimum hinsichtlich Energieeinsatz zum Trocknen bzw. zum Vereinzeln der Fasern erreichen zu können.
Wie entsprechende Versuche ergeben haben, bilden sich Brandschutzfasern mit ausgezeichneten brandhemmenden Eigenschaften beim Einsatz von Restabwasserklärschlämmen von Papierfabriken mit folgenden Einsatz-Anteilen: Fasern atro 10 Gew# bis 75 Gew#, Bormineralien 25 Gew# bis 65 Gew#, konzentrierte Schwefelsäure (96$) 15 Gew# bis 35 Gew#. ■
Die gestellte Aufgabe, die Herstellung derartiger Brändschutzfasern deutlich zu verbilligen und die Möglichkeit zu geben, diesen Fasern auch noch im Endprodukt erwünsch-■ te Zusatzstoffe anzulagern, ist damit erfüllt.
Anhand eines Fließschemas und einiger Beispiele soll das erfindungsgemäße Verfahren weiter erläutert werden. Nach dem beigefügten Fließschema wird Restabwasserklärschlamm KL aus dem Abwasser einer Papierfabrik mit einer Feuchte bis 80 Gew$ über eine Dosiereinrichtung 1 einem Schaufelmischer 2 zugeführt. Über eine weiter-e Dosiereinrichtung 3 werden pulvrige Bormineralien BM ebenfalls dem Mischer 2 zugeleitet. Der Klärschlamm wird mit den · pulvrigen Börmineralien in dem Mischer innig vermischt, so daß sich eine maischeartige Mischung ergibt. Nach diesem ersten Mischtakt wird aus einem Behälter 4 kon-
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zentrierte Schwefelsäure ebenfalls dem Mischer während des laufenden Mischvorganges zugegeben, worauf die Umsetzung der Bormineralien in Borsäure und Calciumsulfat 'beginnt. Ist der Mischvorgang beendet, wird das Misch-' gut einer Abdampfstrecke 5 zugeführt, auf der der größte Teil des im Mischgut enthaltenen Wassers abdampfen kann. Hierauf gelangt das nun in Granulation^ vorliegende Material in eine Prallmühle 6, in der die Granulate wieder zu Einzelfasern zerlegt werden. Zwisehen der Abdampfstrecke 5 und der Mühle 6 kann ein . Trockner T eingeschaltet sein; eine Nachtrocknung kann auch nach der Mühle 6 durch einen eingefügten Nachtrockner NT erfolgen.
Beispiel 1;
In den Schaufelmischer 2 werden chargenweise 120 kg ' Restabwasserklärschlamm aus einer Feinpapierfabrik mit einem Feststoffgehalt von ca. 33 Gew# (Feuchtegehalt von 67 Gew#) und 172 kg Colemanit mit 4-5 % Bortrioxyd eingetragen und während 4 Minuten gemischt.
Anschließend werden unter weiterem Mischen 73 kg konzentrierte Schwefelsäure (96$) während einer Minute eingedüst und das ganze noch 2 Minuten homogenisiert. Sodann wird das Mischgut auf die Abdampfstrecke 5 abgelassen. Es entsteht ein Granulat, das mit einer Restfeuchte von weniger als 20 Gew$ Wasser vorliegt. In dieser Form wird das Granulat in die Prallmühle 6 gegeben und in einen faserigen Stoff zerlegt, der dann auf die gewünschte Restfeuchte von 2 bis 5 Gew# nachgetrocknet werden kann. Danach liegt ein faseriges Brandschutzmittel vor, wobei an die Pasern Borsäure und Calciumsulfat sowie die bei der Feinpapierherstellung benötigten Materialien, also Kieselsäure, Tonerde, kieselsaurer Magnesia und Kalk, angelagert sind. Dieses Brandschutzmittel, die sogenannte Brandschutzfaser, ist dazu geeignet, beispielsweise plattenförmige Baustoffe,
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Profile und Formkörper aus Holz oder Kunststoffen durch Untermischung vor der Verarbeitung wirksam und nachhaltig brandhemmend auszustatten.
Beispiel 2; .
Es werden die gleichen Mengen Mischgut dem Schaufelmischer 2 zugeführt. Nach Beendigung dieses Mischvor- . ganges werden dem Schaufelmischer 2 zusätzlich 5»7 kg · Ammoniumbromid in feinpulverisierter Form zugegeben und 2 Minuten weitergemischt. Nach Durchlaufen der Abdampx'strecke 5 und der Prallmühle 6 ergibt sich ein faserförmiges Brandschutzmittel, das zur Erreichung bestimmter internationaler Normen von Bedeutung ist.. Neben der I.orsäure und den oben angeführten Mineralien sind auf den Fasern dieses Brandschutzmittels noch zusätzlich etwa 1,9 Gew# (NH^)2 SO^ und etwa 2,6 Gew#
(NIL·) Br angelagert. In gleicher Weise lassen sich auch andere Flammschutzmittel als Ammoniumbromid, beispielsweise Phosphate, Bor und Borate, andere Bromide oder Sulfate in feinpulvriger Form zugeben oder in Lösungen einsprühen. In besonderen Fällen kann es auch zweckmäßig sein, diese Brandschutzmittel oder Mineralien oder auch Chemikalien vor der Zugabe der Schwefelsäure in die Mischung zuzugeben.
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ι Λ.,
Leerseite

Claims (3)

HANS TRAPPENBERG · PATENTINGENIEUR · KARLSRUHE KATAlLOX Patentveiwaltungs- 17.7·1978 Gesellschaft,-mbH · HO 509 Erasmusstraße 9 Karlsruhe 1 PAfENIANSPKÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines faserförmigen Brandschutzmittels, das aus Faserstoffen mit auf ihrer Oberfläche anhaftenden Borsäurepartikeln und gegebenenfalls weiteren anhaftenden Materialien, insbesondere glas- und keramikbildenden Mineralien, besteht,
dadurch gekennzeichnet,
daß Faserstoffe, vorzugsweise die bei der Herstellung von Papier (Karton) oder Zellstoff anfallenden faserigen ■ Restabwasserklärschlämme (KL) mit einer Feuchte bis 80 Gew^ in einem Mischer (2) mit pulvrigen Bormineralien (BM) innig vermischt werden, ' daß: unter Eindüsen von konzentrierter Schwefelsäure (96$) weitergemischt wird, daß das entstehende'Granulat
909886/005 3 ^AL-nspected
_. 2 —
. einer Abdampfstrecke (5) zugeleitet und sodann einer Prallmühle (6) zum Vereinzeln der Pasern zugeführt' wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das pulvrige Bormineral (BM) Colemanit mit einem über 30 Gew# liegenden Boranteil ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anteil der Fasern atro 10 Gew$ bis 75 Gew#, der Bormineralien (BH) 25 Gew# bis 65 Gew# und derjenige der konzentrierten Schwefelsäure (96$) 15 Gew# bis 35 Gew# an der Gesamt-Einbringungsmenge beträgt.
4-, Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das die Abdampfstrecke (5) verlassende Granulat und/oder die die Mühle (6) verlassenden Fasern einem Trockner (T-NT) zugeführt werden.
5· Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß weitere in dem Endprodukt gewünschte Zusatzstoffe während des Mischens in pulvriger Form zugegeben werden.
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