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VerFahren zum Herstellen eines Brandschutzmitte?s
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Dir Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstelien eines kleinstückigem
bis faserfä migem Brandschutzmittels, das aus organischen Teilchen o-'er Fasern
gebildet ist, denen zunindest Partikel von Ort@oborsäure und Calciumsulphet anha
ten.
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Brandschutzmittel liegen f ist ausschließlich in -orm von Salzen vor,
so Brom und di Bromate, Bor und die Borate, Ph@sphate, Sulphate und äh@liche. Die
Salze werden, gegebeienfalls untereinander oder mit weiteren Zustzen gemischt, in
gemahlener beziehungsweise pulvriger rorm auf den Markt gebracht. Diese Produkte
sind alle mehr oder weniger gut in Wasser löslich; die zu schützenden Erzeugnisse
werden daher in allEr Regel mit einer Lösung aus diesen Salzen getränkt. F;ri den
meisten zu schützenden E@zeugnissen ist jedoch efne Tränkung nicht röylich; hier
mässen diese Brandschutzm ttel dann in pulvriger Form den
Rohstoffen,
die zur Herstellung dieser Erzeugnisse dirnen zugemischt oder eingestreut werden.
Dieses Zumischen ührt jedoch nur dann zum Erfolg beziehungsweise zu homogenen Mischunnen,
die über den gesa ten Querschnitt gleichm @ig Brandschutzmittel enthalten, wenn
sie mit anderen pul rigen Stoffen vermischt werden. Ein- Mischung mit grobkörni@en
und gropflehigen Ausgangsrohstoffen oder mit Rohstof en, die deutlich andere Volumenge
ichte aufweisen als die 3randschutzmittel, ist die Herstel ung und insbesondere
di Beibehaltung einer homogenen Mischung nicht möglich, da ich die Brandschutzmitel
im Verlaufe des Bearbeitungsvorgenges wieder von den Rohstoffen treinen. So ist
es beispielweise nicht möglich, pulvrige Borsä@re Holzspänen zur Erzeu nung brandgeschützter
Spanplatten beizumischen, da sich be eits beim Streuen des Spankuchens lie Borsäurepartikel
von den Holzspänen separieren und sic l am Grund des Plattenkuchens ansammeln. Es
wurde daher schon vorgeschlagen, derartige Rchstoffe mit der oben erwähnten Brandschutzmittel-Lö@ung
zu tränken, wes jedoch nicht iur aus wirtschaftlicher Gründe-n abzulehnen ist, sondern
auch dann nicht zugelassen werden kann, wenn durch die Tränkung die Verbinduna der
Einzalnen Rohstoffpartikel untereinander behindert wird. Dies iet beisnielsweise
wiederum bei der Herstellung von Falzspanplatten der Fall, wo durch eine solche
Tränkung cie Verleimung der einzelnen Holspäne untereinander so teh-indert wird,
so den. das feri ige Produkt nicht mehr ( ie gewünschte Festigkeit aufweist.
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Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, sind bereits Brandchutzfasern
bekannt gewq-rden also Fasern, an die di, Brandschutzmittel angelagert sind. Derartige
Fasern entmischen sich auch bei starken Vibrationen nicht von den grobkörnigen oder
großflächigen Rohstoffen, so daß mit diesen Rohstoffen hergestellte Erzeugnisse
über den gesamten Querschnitt mit Brandschutzmitteln versehen sind. Zur An agerung
der Brandschutzmittel al den Fasern sind versch odene
Ver ahren
bekannt geworden. Ein sehr wirtschaftliches und zuverlässiges Verfahren unter Verwendung
von Borsäure als Braudschutzmittel besteht darin, Borminerale mit feinzertei'ten
Trägerstoffen, die auch in faseriger Form vorliegen könaen, zu vermischen und sodann
mit ein-er Mineralsäure in solcher Konzentration und Menge z.u besprühen, daß die
Bormineralien in Borsäure umgesetzt werden. Bei diesem Vorgang lagern sich Borsäurepartikel
an diesen feinzerteilten Trägerstoffen an, womit sich also bei.Verwendung von faserigen
Trägerstoffen, Brandschutzfasern bilden. Werden als Bormineralien calciumhaltige
Bormineralien eingesetzt, so bildet sicl darüber hinaus noch Gips, der sich ebenfalls
an die Fasern anlagert. Die Brandschutzwirkug bei derartigen Brandschutzfasern wird
also sowchl durch die Borsäure hervorge ru@en, wie auch durch den Füllstoff Gips.
Während die Orthoborsäure das Entflammen wirksam verhindert, wobei die Schutzwirkung
bei ca. 800C beginnt, wird bei ca 2800C Boroxid (Metaborsäure) abgespalten und beginnt
die Um@etzung zu dem Anhydrid rer Borsäure, dem Bortrioxid bei ca. 750 - 800°C.
Zwischenzeitlich, bei etwa 450 °C wird die Bildung eines rigiden Kohlofasergerüstes
durch die Bildung von Holzkohle erreicht. Dieses verkohlte Fasergerüst wird nur
von dem Bortrioxid, das sich bei noch höheren Temperaturen, bei etwa 900°C, unter
Mitwirkung des Luftstickstoffes in das ungemein harte Born'trit umwandelt, umhtillt,
so daß auch bei starker Flammeinworkung ein verhältnismäßig sehr stabiles verkohltes
und mi. Bortrioxid beziehungsweis Bornitrit umhülltes Faserwerk verbleibt. Das weiter
diesen Fasern anhaftende Calciumsalphat verringert hierbei den Brand in die Tiefe
und erh'iht somit den Feuerwiderstand.
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Dieser Mechanismus ist reclt gut erforscht und hat bereits zu Aufbau
einer entsprechenden, derartige Brandschutzfssern herstell oden Industrie geführt.
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Die Erfindung beschäftigt sic.- mit der Weiterbildung ( 5 dieses Verfahrens,
wobei als @@ägerstoffe Fasern eingesetzt werden und an diesen Fasern nicht nur Borsäurepartike
und Gips anharten sollen, sondern tuch weitere dem Brands@@utz beziehungsweise der
Verbesserung der damit herzustell nden Erzeugnisse dienenden Materialien.
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Eingangs wurde bereits erwähni, daß auch Phosphate al Brandschutzmittel
eingesetzt erden. Der Einsatz besc@ränkte sich bisher jedoch lediglich auf Spezialanwendungen,
insbesondere zum Brandschutz bei solchen Materialien, be denen eine Tränkung mit
Phosp@atlösungen möglich war.
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Die Erfindung zeigt einen Weg auf, wie die Brandschutwirkung der bekannten
Brandschut@fasern auf der Basis vo@ kleinstückigen Teilchen oder masern denen Borsäurepar'-,ikel
und Gipspartikel angelagert sind, durch Hinzufügen von Phosphaten als weiteres Branischutzmittel,
verbessert werden kann.
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Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, daß die Fasern mit
pulvrigen Bormineralien innig vermischt werden, daß unterzzddüsen von Schwefelsäure
weitergemischt wird, daß dieser so gebildeten Maische pulvriges Monocalciliphosphat
beinemischt und dieses s ich so ergebende Produk@ getrocknet und anschließend, nach
ch einer eventuellen no wendigen Zerkleinerung, gesiebt wird. Möglich ist auch na(n
der Erfindung, daß so vorgeganger wird, daß die Fasern m t pulvrigen Bormineralien
und @ulvrigem Tricalciumphos hat innig vermischt werden, daß sedann unter Zudüsen
von Schwefelsäure weitergemischt wird und daß dieses sich so rgebende Produkt getrocknet
und anschließend nach einer ev ntuell notwendigen Zerkleinerung, gesiebt wird.
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Gemeinsam ist beiden Verfahrea die -Verwendung von Monocalciu phosphat.
Beim erstangeführten Verfahren wird direkt Monscalciumphosphat eingesetzt, in der
zweitgenannten Alternative Tricalciumphosphat, cas unter Einwirkung von Schwefelsäure
ebenfalls in Monecelciumphosphat + Gips umgesetzt wird. Im erstgenannten Verfehren
nimmt der Gipsanteil im Monccalciumphosphat kurzzeitig wieder Wasser auf und bindet
dann auf den Fasern wieder ab, beziehungsweise verbindet sich mit den bereits auf
diesen Fasern befindlichen Gipspartikeln. Beim zweitgenannten Verfahren wird das
Tricaltitimphosphat unter der Einwirkung der Schwefelsäure umgesetzt zu lonocalciumphosphat
und Gips, wobei in diesem Stadium keine zusätzliche Wasseraufnahme notwendig ist,
sondern sich die von den Bormineralien stammenden Gipspartikel zusain ien mit den
von dem Tricalciumphosphat stammenden -Gipspartikeln gemeinsam an den masern anlagern,
zusammen mit den Borsäure- und Phosphatteilchen.
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Monocalciumphosphat wird ir gro,ßen Mengen als Düngemittel eingesetzt
und ist daher verhältnismäßig preiswert zu erhalten. Diese Düngemittel entstammen
entweder natürlichen Phospahten oder werden auci als Nebenprodukt bei der Stahlherstellung
gewonnen. Das lricalciumphosphat entstammt im allgemeinen Rohphosphatlagern, insbesondere
in Üordafrika, Nordamerika und Rußland, we diese Phosphete meist im Tagebau abgebaut
werden Auf jeden Fall lagern nun en der Brandschutzfaser nicht nur Borsäurepartikel
und Gips in, sondern zusätzlich noch Phosphatteilchen wodurch der 8@andschutz deutlich
verbessert wird. Die zuvor gestellte Aufgabe ist also durch das erfindungsgemäße
Verfahren gzlosty das nicht nur deutlich den Brandschutz derartiger "Br@ndschutzfasern"
verstärkt, sondern das auch eine äußerst wirtschaftliche Herstellung dieser verbesserten
Brandsnhutzfaser zuläßt.
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Werden in erfindunasgemäßer Weise die Fasern in Form von fasrigen
Restabwasserklärschlämmen aus der Papier(Karton)-pder Zellstoffproduktion mit einer
Feuchte bis 80 Gew.@ eingesetzt, so lagern sich noch zusätzlich aus dieser Produktion
5 ammende ylas- und Keramikbildende Mineralier- an den Fasern an, die zusätzlich
eine Verglasung beziehungsweise Keramisierung der zu schützenden Materialien im
Erandfalle bewirken und damit nochr als einen verstärkten Brandschutz wie auch eine
Verfesti@ung des nach der Beflamrung verbleibenden Materials herbelführen. Diese
zusätzlici n Materialien sind insbesondere Kaoline, Talkum, Kreid iehl und Titanoxid,
also Stoffe, die zur Glas- beziehungsweise Keramikbildung notwendig oder zweckmäßig
sind.
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Zur wirtschaftlichen Herstellung der erfindungsgemäße Brandschutzfasern
trägt bei, daß zur Umsetzung der Bormineralien beziehungsweise des Tricalciumphosphate
vorbenutzte, verdünnte und geriebenenfalls auch mit Phosphorsäure verunreinigte
Schwefelsäure verwendet werden kann. Zulässig ist nach der Erfindung eine Schwefelsäurekonzentration
zwischen 30 % und 98 %.
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Die Menoe der eingesetzten Sc@wefelsäure soll bei der Anwendung des
erstgenannten Verfah ens der stöchiometrischin Menge. entsprechen, die zur Umsetzung
der Bormineralien in Borsäure + Rest benötigt wird; bei Anwendung des zweien Verfahrens
der Umsetzung sowohl der Bormineralien in lorsaure + Rest wie auch der Umsetzung
des Tricalciumpho-;-phates in Monocalciumphosphat + Gips.
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Es wurde bereits eingangs schon erwähnt, daß nur unter Einsatz von
calciumhaltigen Bormineralien und Schwefelsäure sich Calciumsulphat ergeben kann.
Nach der Erfindung @ird vorgeschrieben, daß die Bormineralien zumindest zum leil
calciumhaltig sein sollen. Als Bormineral wird zweck@ Bigerweise Colemanit eingesetzt.
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Der Anteil der Fasern zu den Bormineralien und zum Monocal-, ciumphosphat
soll in erfindungsgemäßer Weise zwischen je : ; 150 : -50 und 100 : 30 * 2.50 Gewichtsteilen
liegen.
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Die Einsatzmengen bleiben hierbei dem Anwender überlassen, beziehungsweise
dem gewünschten mit diesen Brandschutzfasern zu erzielenden Brandschutz.
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Die Trocknung des sich so ergebenden Produktes wird zweckmä@igerweise
in einem Schwebetrockner vorgenommen, mit dem auch gleichzeitig eine gew5sse Klassifizierung
zu erreichen isl. Zu beachten ist hierbei, daß die Umsetzung der Bormineradien wie
auch diejenige c'es Tricalciumphosphates exotherm er@olgt. Die Mischung erwä@mt
sich bei dieser Umsetzung auf st@a 70°C bis 100°C wodurch sowchl das eingebrachte,
wie auch das freiwerdende Wasser zum größten Teil bereits verdampft. Um disse Verdam@fung
zu ermöglichen beziehurlgsweise zu beschleunigen, wird zweckmäßigerweise vor der
Trocknung eine Abdampfstrecke vorgesehen.
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Wi-' entsprechende Versuche gezeigt haben, bilden sich bei An@endung
des erfindungsge@äßen Verfahrens Brandschutzfase@n mit ausgezeichneten brandhemmenden
Eigenschaften die de@en Einsatz bei den besonders schwierig zu erfüllenden Normen
(DIN 4102), nach der französischen Norm M-1, wie zuch bei den englischen und amerikanischen
Brandschutznormen zulassen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren soll an vier Beispielen erläutert werden:
Beispiel 1: Einem Intensivmischer wercen 240,54 kg Holzfasern und 270,78 kg Colemanit
zugegeben und gut gemischt. Sodann werden 209,03 kg 50-proze@tige Schwefelsäure
des laufenden Mischer zugedüst. Nach ca. 5 Minuten Mischzeit werden 44 kg
Wasser
und 270,78 kg Monocalci@mphosphat zugegeben und weitergeaischt. Nach ca. 3 Min iten
ist ein noch feucht 15 aber gleichmäßig gemischtes Produkt fertiggestellt, da@ einem
Schwebebandtrockner zugeführt werden kann und dort bis auf -<ine Rest Restfeuchte
von 5 % nachgetrocknet wird. Das getrocknete Produkt wird sodan 1 über eine Sieblinie
fraktioniert.
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Beispiel 2: In einem Intensivmischer werden 240,54 kg Holzfasern und
13X,00 ka Colemanit zugegeben und gemischt. Der lauferden Maschine werden 100 kg
50-prozentige Schwefelsäure zugedüst. Nach 5 Minuten werden 30 kg Wasser und 340
kg Monocalciumphosphat beigegeber und weitergemischt. Es entsteht nach einigen Minuten
ein feuchtes Granulat, ons wie im Reispiel 1 beschrieben, weiter verarbeitet wirc.
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Beispiel 3: Wiederum einem Intensivmischer werden 240 kg Holzfasern
eingegeben sowie 270 kg Colemenit und 370 kg Tricalciemphosphat. Dem laufenden Mischer
wird 310 kg 40-prozentige Schwefelsäure zugedüst. Nach ca. 7 Minuten ergibt sici
wiederum ein feuchtes, gleich@äßig gemischtes Produkt. das einer Abdampfstrecke
zugeleitet, getrocknet und, gegehenonfalls nach einer Nachzerkleinrrung, gesiebt
werden karin.
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Bsispiel 4: In gleicher Weise wie in Beisriel 3 werden 240 kg Hol
teilchen, 90 ko Colemanit und 380 kg Tricalciumphosphat isnig miteinander vermengt.
Diesem ßemenge werden 70 kg 40-proz-entige Schwefelsäure zugedüs', und ca. 7 Minuten
lang innig vermengt. Das feuchte Endprodukt wird wiederum einer odampfstrecke zugeleitet,
getrocknet und in verwendunofähige form zerkleinert.