DE4444433C2 - Wärmedämmstoff und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Wärmedämmstoff aus Altpapier und einem Brandschutzmittel sowie auf ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Zur Wärmedämmung werden neben anorganischen Werkstoffen wie Asbest, Glaswolle und Steinwolle auch organische Werk­ stoffe, wie bspw. Styropor oder Schafwolle, ja sogar zel­ lulosehaltige Werkstoffe wie Holz, Sägemehl, Kork oder Filz verwendet. Beispielsweise offenbart die DE-PS 35 45 001 eine aus Naturprodukten hergestellte Wärmedämmplatte, wobei als Naturprodukte vermahlenes Zeitungspapier Verwendung findet, das zur Vergrößerung der mechanischen Festigkeit pflanzliche oder tierische Naturfasern sowie wasserlöslichen Naturkleber aufweist und zu einer Platte verdichtet ist.

Zwar wird hierbei ein relativ preiswerter Rohstoff, nämlich Zeitungspapier verwendet, indem dieses jedoch zu der Herstellung einer Wärmedämmplatte bis auf eine mehlartige Konsistenz zerkleinert wird, sind einerseits zeit- und energieaufwendige Mahlvorgänge durchzuführen; andererseits kann durch Verpressen eines derartigen Pulvers keine mechanische Stabilität erreicht werden, so daß noch pflanzliche oder tierische Naturfasern hinzugegeben werden müssen. Selbst diese Maßnahme ist jedoch für sich genommen noch nicht ausreichend, um die Festigkeit des vorbekannten Wärmedämmstoffs zu erhöhen; vielmehr muß zusätzlich noch ein Naturkleber eingesetzt werden, um eine der weiteren Verarbeitung zugängliche Platte zu erhalten. Diese zusätzlichen Bestandteile, insbesondere der Kleber, ziehen jedoch eine Verteuerung des Produkts nach sich.

Außerdem ist bei zellulosehaltigen Werkstoffen und auch bei Zeitungspapier die Entzündungsgefahr besonders hoch, da bspw. bei Holz bereits ab einer Temperatur von etwa 275°C eine Verkohlung einsetzt und die dadurch gebildete, kohleartige Substanz aufgrund ihrer inneren Struktur ohne weitere Temperaturerhöhung schließlich Feuer fängt. Aufgrund dieser negativen Eigenschaft wird der Wärmedämmplatte gemäß der DE-PS 35 45 001 ein Brandschutzmittel in Form einer Mischung aus Borax und Borsäure beigemengt. Hierdurch läßt sich zwar die Brandgefahr deutlich reduzieren, die Verwendung der oben genannten Substanzen bringt jedoch eine Reihe von Nachteilen mit sich:

Einerseits ist weder Borax noch Borsäure ungiftig. Borax­ rauch reizt Nasen- und Rachenschleimhäute. Die Einnahme größerer Mengen ruft Magenschmerzen, Erbrechen und Durchfall sowie Kreislaufschwäche bis zum Schock hervor. Die Toxizität von Borsäure ist erwiesen. Ihre Anwendung in Form von sog. Borsalben und -pudern führte sogar zu einigen schließlich tödlichen Vergiftungsfällen. Mit derartigen Substanzen vermengte Wärmedämmstoffe geben demnach ständig giftige Substanzen ab, wobei schon bei einer zusätzlichen Erwärmung auf etwa 100°C ein regelrechtes Verdampfen einsetzt.

Andererseits liegt der Preis für 1 kg Borax und/oder Bor­ säure gegenwärtig etwa bei DM 10,-, so daß die relativ niedrigen Kosten des eigentlichen, zellulosehaltigen Wärme­ dämmstoffs nicht vorteilhaft genutzt werden können, sondern sogar ein Endprodukt entsteht, das deutlich teurer ist als bspw. Glas- oder Steinwolle.

Weiterhin beschreibt die DE-OS 29 23 587 ein Verfahren, um ein Zellulosematerial feuerbeständig zu machen. Hierbei wird als Rohstoff Holz eingesetzt, und zwar entweder in Form von Sägemehl oder in Form von Holzspänen. Das als Abfallprodukt anfallende und daher viel preiswertere Altpapier findet bei dieser Vorerfindung jedoch keine Anwendung. Außerdem liegt auch hier sowohl bei Verwendung von Sägemehl sowie auch bei Verwendung von Holzspänen eine Substanz vor, die nicht durch Verpressen verfestigt werden kann und wiederum den Zusatz von Klebstoff erfordert. Schließlich wird hier der Holzrohstoff zur Imprägnierung in einer wäßrigen Lösung getränkt, in der mehrere Komponenten gelöst sind, nämlich zumindest Phosphorsäure einerseits und ein Ammoniumsalz andererseits. Aufgrund der von dem Vorerfinder angeregten Mengenverhältnisse dringt dabei nur ein verschwindend geringer Anteil des Ammoniumsalzes in die Holzpartikel ein, so daß der feuerhemmende Effekt äußerst gering ist. Deshalb könnte dieses Verfahren keinesfalls in Verbindung mit Altpapier angewendet werden, dessen Entzündungspunkt naturgemäß noch unterhalb des Flammpunktes von Holz liegt.

Schließlich ist der US-PS 3,840,388 ein Verfahren zur Imprägnierung von Holzlaminaten zu entnehmen. Diese Holzlaminate sollen dabei nicht als Wärmedämmstoffe Verwendung finden, sondern der üblichen Verwendung von Sperr- oder Furnierholz zugeführt werden. Daher ist hier ein auch nur teilweiser Ersatz durch Altpapier nicht möglich, da mit Altpapier weder die Festigkeit eines Holzlaminats noch die insbesondere bei Verwendung als Furnierholz erforderliche Maserung erreicht werden kann. Andererseits sind aber die Holzrohstoffe viel teurer als Altpapier, so daß es völlig sinnlos wäre, dieselben ausschließlich für die Herstellung einer Wärmedämmplatte zu verwenden. Die Holzplatten werden zwar zunächst mit einer Lösung eines Brandschutzmittels behandelt, wobei u. a. auch Ammoniumsulfat Verwendung finden kann, hierbei ist jedoch eine erhöhte Temperatur des Lösungsmittels von etwa 75 bis 95°C notwendig, so daß dieses Verfahren sehr energieintensiv ist. Außerdem verbleiben die Holzplatten für einen relativ kurzen Zeitraum von 3 bis 12 Minuten in dem Lösungsmittel, so daß wiederum nur ein äußerst geringer Anteil des Ammoniumsulfats in die Holzplatten eindringen kann. Ein derart geringer Anteil wäre bei Verwendung von Altpapier als Brandschutzmittel völlig unzureichend.

Aus diesen Nachteilen vorbekannter Wärmedämmstoffe und Imprägnierverfahren resultiert das die Erfindung initiierende Problem, einen Wärmedämmstoff auf der Basis von Altpapier zu schaffen, der einerseits eine ausreichende Festigkeit haben soll, um bspw. in Form von Wärmedämmplatten verarbeitet werden zu können, der darüber hinaus schwer entflammbar, zudem nicht gesundheitsschädlich und schließlich auch möglichst preisgünstig sein soll, um bspw. mit Glas- oder Steinwolle konkurrieren zu können. Mit dieser Aufgabenstellung untrennbar verknüpft ist die weitere Problematik, ein Herstellungsverfahren für den neuen Wärmedämmstoff aufzuzeigen.

Zur Lösung des Hauptproblems sieht die Erfindung einen Wärmedämmstoff aus Altpapier und einem Brandschutzmittel vor, wobei das Altpapier in zu Schnipseln zerkleinerter Form enthalten ist, und wobei das Brandschutzmittel aus Ammoniumsulfat besteht. Das Altpapier dient aufgrund seiner niedrigen Wärmeleitfähigkeit als thermische Isolation. Die gesundheitsschädlichen Eigenschaften des früher häufig zur Wärmedämmung verwendeten Asbest, dessen Mikrofasern eingeatmet werden und Lungenkrebs auslösen können, sind durch Verwendung von Altpapier umgangen. Andererseits wird auf die Beimischung der ebenfalls gesundheitsschädlichen Brandschutzmittel Borax und Borsäure verzichtet und statt dessen Ammoniumsulfat eingesetzt. Aus alledem resultiert ein insgesamt verträglicher Wärmedämmstoff, der keinerlei gesundheitsschädliche Wirkungen auslöst.

Außerdem ist Altpapier sehr saugfähig, was besonders wichtig für eine innige Durchdringung des thermisch isolierenden Stoffs und des in reiner Form pulverförmigen Ammoniumsulfats ist, wobei diese Substanzen in einem ge­ meinsamen Lösungsmittel zusammengeführt werden können. Diese Wirkung wird noch unterstützt, indem das Altpapier auf Schnipselgröße zerkleinert wird. Andererseits bleibt dadurch die Festigkeit des Altpapiers erhalten und durch dessen verfilzende Wirkung wird ein zusätzlicher Klebstoff überflüssig. Da Altpapier gegenüber Holz und Ammoniumsulfat gegenüber Borax und Borsäure sehr preisgünstig sind, kann der erfindungsgemäße Wärmedämmstoff hinsichtlich seiner Wirtschaftlichkeit mit Glas- oder Steinwolle konkurrieren.

Es hat sich als günstig erwiesen, daß der Anteil des Altpapiers bei 50-95 Gew.-% und der Anteil des Ammo­ niumsulfats bei 5-50 Gew.-% liegt. Das bevorzugte Mengen­ verhältnis liegt dabei etwa bei 75-90 Gew.-% des Altpapiers und 10-25 Gew.-% des Ammoniumsulfats. In diesem Mischungsverhältnis ist die thermische Isolationsfä­ higkeit des Altpapiers dominierend, während das Ammoniumsulfat seine flammenhemmende Wirkung voll entfal­ tet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Wärme­ dämmstoffs zeichnet sich dadurch aus, daß Altpapier auf Schnipselgröße zerkleinert und in einem flüssigen Lösungsmittel getränkt wird, in dem Ammoniumsulfat gelöst ist, und daß anschließend das flüssige Lösungsmittel ausgetrieben wird. Die Erfindung führt die innige Verbin­ dung zwischen dem thermisch isolierenden Altpapier und dem Ammoniumsulfat dadurch herbei, daß ein flüssiges, Ammoniumsulfat lösendes Mittel durch intensives Tränken von dem Altpapier aufgenommen wird, so daß das in dem Lösungsmittel gelöste Ammoniumsulfat in die Poren oder gar in die Zellen des Altpapiers eindringen kann. Durch das vorangehende Zerkleinern weist das Altpapier eine besonders große Oberfläche auf, so daß das Tränken in einem relativ kurzen Zeitraum vollzogen werden kann. Nach dem an­ schließenden Austreiben des Lösungsmittels verbleibt das Ammoniumsulfat in dem thermisch isolierenden Grundstoff.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann dadurch erreicht werden, daß als Lösungsmittel Wasser verwendet wird. Hierbei macht sich die Erfindung die Tatsache zu­ nutze, daß Ammoniumsulfat im Gegensatz zu Borax in Wasser sehr gut löslich ist.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß pro kg des Altpapiers 50-500 g Ammoniumsulfat verwendet werden. Dieses Mischungsverhältnis führt zu den oben bereits erwähnten, günstigen Eigenschaften des Wärmedämmstoffs. Die Verwendung größerer Mengen von Ammoniumsulfat verteuert den erfindungsgemäßen Wärmedämmstoff kaum, da Ammoniumsulfat anders als Borax und Borsäure sehr preisgünstig ist.

Es hat sich als günstig erwiesen, daß das Ammoniumsulfat während des Tränkens in dem Lösungsmittel gelöst wird. In­ dem das Ammoniumsulfat gemäß diesem Merkmal erst zugegeben wird, sobald sich das Altpapier vollgesogen hat, wird einerseits die Aufnahme des Lösungsmittels in dem Altpapier nicht durch das gelöste Ammoniumsulfat gehemmt, andererseits verteilt sich das Ammoniumsulfat nach dem Lösen sehr schnell innerhalb des gesamten Lösungsmittels und demnach auch in dessen von der organischen Substanz aufgenommenen Anteil.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß das Altpapier vor dem Tränken gewaschen wird. Hierdurch können Ver­ unreinigungen in der Ausgangssubstanz abgeschieden werden, und oberflächliche Beschichtungen werden entfernt, damit der Vorgang des Tränkens beschleunigt ablaufen kann. Insbesondere kann die Druckerschwärze abgewaschen werden, die ansonsten aufgrund ihrer fettigen Konsistenz in der Lage wäre, die Aufnahme eines Lösungsmittels zu beeinträchtigen.

Im Rahmen der Erfindung ist auch eine Weiterbildung mög­ lich, wobei das Altpapier nach dem Tränken mit dem ammoniumsulfathaltigen Lösungsmittel gepreßt wird. Diese Methode ist besonders effektiv, um das Lösungsmittel innerhalb eines minimalen Zeitraums zu einem Großteil aus dem erfindungsgemäßen Wärmedämmstoff auszutreiben.

Die Erfindung erlaubt eine Weiterbildung dahingehend, daß der Wärmedämmstoff nach dem Pressen getrocknet wird. Auf den Pressvorgang sollte ein Verfahrensschritt folgen, in dem der Wärmedämmstoff für einen gewissen Zeitraum einer trockenen Umgebung ausgesetzt ist, so daß das Lösungsmittel vollständig verdunsten kann.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der Wärmedämmstoff nach dem Pressen und/oder Trocknen zerkleinert wird. Die verbleibende Teilchengröße kann etwa derjenigen der Pa­ pierfasern entsprechen.

Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, daß der Wärmedämmstoff nach dem Zerkleinern in Hohlräume ein­ gefüllt, insbesondere eingeblasen wird. Hierbei werden die wärmedämmenden Eigenschaften durch Lufteinschlüsse weiter verbessert.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei­ bung eines Ausführungsbespiels der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Figur ein Flußdiagramm mit den einzelnen Schritten des erfindungsge­ mäßen Herstellungsverfahrens für einen Wärmedämmstoff.

Ein erfindungsgemäßer Werkstoff weist bspw. die folgende Zusammensetzung auf:

Altpapier

85 Gew.-%

Ammoniumsulfat

15 Gew.-%

Dies Wärmedämmstoff hat eine Dichte zwischen etwa 0,5 g/cm³ und 1 g/cm³. Er weist eine plattenartige Form mit einer Dicke von etwa 5 cm bis 10 cm und einer Fläche zwischen 0,5 m² und 2 m² auf.

Das Herstellungsverfahren dieses Wärmedämmstoffs soll an­ hand der beigefügten Zeichnung erläutert werden.

Das zu einem Großteil aus Holzfasern bestehende Altpapier wird zunächst in kleine Schnipsel zerkleinert 1, um ein An­ einanderkleben einzelner Bögen während der folgenden Bear­ beitungsschritte ausschließen zu können. Außerdem wird da­ durch die Oberfläche des Altpapiers vergrößert.

In einem darauffolgenden Verfahrensschritt 2 werden diese Altpapierschnipsel gewaschen, was bspw. in einem Wasserbad erfolgen kann. Um evtl. in größeren Mengen anhaftende Druc­ kerschwärze abzuwaschen, kann dabei dem Wasserbad ein fett­ lösendes Mittel beigemengt sein.

Anschließend werden die solchermaßen gereinigten Altpapier­ schnipsel in einem Lösungsmittel getränkt 3. Als Lösungs­ mittel kann bspw. reines Wasser verwendet werden. Indem die Altpapierschnipsel einige Zeit in diesem Wasserbad verblei­ ben, saugen sie sich mit Wasser voll und quellen dabei auf.

Nachdem sich die Altpapierschnipsel mit Wasser einigermaßen vollgesogen haben, wird in einem nächsten Verfahrensschritt 4 Ammoniumsulfat zu dem Wasserband zugegeben, in dem sich die Altpapierschnipsel befinden. Hierbei ist darauf zu achten, daß pro kg Altpapier etwa 100-300 g Ammoniumsulfat eingesetzt wird. Das Ammoniumsulfat löst sich schnell und vollständig in dem Wasserbad und dringt dabei auch in die von dem Wasser aufgeschlossenen Altpapierschnipsel ein.

Nach einem vorgegebenen Zeitintervall ist das Ammonium­ sulfat zu einem maßgeblichen Anteil von den Altpapierschnipseln aufgenommen worden. Nun werden die Altpapierschnipsel aus dem Wasserbad entnommen und in einem weiteren Verfah­ fensschritt 5 zu Wärmedämmplatten gepreßt, wobei das ent­ haltene Wasser zu einem Großteil aus den Altpapierschnipseln herausgedrückt wird, während sich das Ammoniumsulfat dort ablagert.

In einem folgenden Verfahrensschritt 6 werden diese Platten in einem trockenen Raum gelagert, bis sie durch Verdunsten des restlichen Wassers völlig getrocknet sind.

Als nächstes werden die Platten zerkleinert, um durch die daraus entstehenden Lufteinschlüsse die thermische Isolati­ onsfähigkeit weiter zu erhöhen. Die dabei entstehenden Fa­ sern haben eine Größe, die nicht denen lungengängiger Fa­ sern entspricht, und sind somit nicht krebserregend.

Schließlich kann das Endprodukt auf vielfältige Arten ver­ arbeitet werden, z. B. durch Einblasen in Hohlräume.

Claims (13)

1. Wärmedämmstoff aus Altpapier und einem Brandschutzmit­ tel, dadurch gekennzeichnet, daß das Altpapier in zu Schnipseln zerkleinerter Form enthalten ist, und daß das Brandschutzmittel aus Ammoniumsulfat besteht.

2. Wärmedämmstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anteil des Altpapiers bei 50-95 Gew.-% und der Anteil des Ammoniumsulfats bei 5-50 Gew.-% liegt.

3. Wärmedämmstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er die Form von Wärmedämmplatten auf­ weist.

4. Verfahren zur Herstellung eines Wärmedämmstoffs, da­ durch gekennzeichnet, daß Altpapier auf Schnipsel­ größe zerkleinert (1) und in einem flüssigen Lösungs­ mittel getränkt (3) wird, in dem Ammoniumsulfat gelöst (4) ist, und daß anschließend das flüssige Lösungs­ mittel ausgetrieben (5, 6) wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Wasser verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß pro kg des Altpapiers 50-500 g Ammoniumsul­ fat verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ammoniumsulfat während des Tränkens (3) in dem Lösungsmittel gelöst (4) wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Altpapier vor dem Tränken ge­ waschen (2) wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Altpapier nach dem Tränken mit dem ammoniumsulfathaltigen Lösungsmittel gepreßt (5) wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Altpapier zu Platten gepreßt (5) wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Altpapier nach dem Pressen ge­ trocknet (6) wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Altpapier nach dem Pressen (5) und/oder nach dem Trocknen (6) abermals zerkleinert (7) wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Altpapier nach dem abermaligen Zerkleinern (7) in Hohlräume eingefüllt wird.