| Dokumentenidentifikation |
DE10301739A1 29.07.2004 |
| Titel |
Leichtbauelement |
| Anmelder |
Heraklith AG, Ferndorf, AT |
| Erfinder |
Tschernuth, Christof, Villach, AT |
| Vertreter |
Becker und Kollegen, 40878 Ratingen |
| DE-Anmeldedatum |
18.01.2003 |
| DE-Aktenzeichen |
10301739 |
| Offenlegungstag |
29.07.2004 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
29.07.2004 |
| IPC-Hauptklasse |
D21J 1/08
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| IPC-Nebenklasse |
D21J 1/10
D21J 1/16
E04B 1/94
C04B 18/26
C04B 18/28
C04B 28/30
C09K 21/00
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| Zusammenfassung |
Die Erfindung betrifft ein Leichtbauelement auf der Basis unregelmäßig verteilter Holzwolle-Fasern, die zumindest abschnittweise über ein Bindemittel verbunden sind.
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| Beschreibung[de] |
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Die Erfindung betrifft ein Leichtbauelement auf der Basis unregelmäßig
verteilter Holzwolle-Fasern, die zumindest abschnittweise über ein Bindemittel verbunden
sind.
Der Begriff „Leichtbauelement" bezeichnet jede Art eines geformten
Erzeugnisses, beispielsweise einer Platte, mit einer relativ geringen Rohdichte
(üblicherweise bis 350 kg/m3, nach DIN 1101 bis mindestens 570 kg/m3).
Holzwolle-Leichtbauelemente der vorgenannten Art sind unter dem Handelsnamen
„HERAKLITH" seit langem bekannt. Die Holzwolle-Fasern weisen üblicherweise
eine Länge von mehr als 8 cm, eine Breite von 1 bis 6 mm und eine Dicke von 0,2
bis 0,5 mm auf. Die einzelnen Holzfasern zeichnen sich durch eine erhebliche offene
Porosität (sogenannte Zellen) aus. Die in unregelmäßiger Geometrie vorliegenden,
spröden Holzwollefasern liegen innerhalb des Leichtbauelementes in Form eines offenporigen,
dreidimensionalen Gerüstes unregelmäßig verteilt vor und sind zumindest abschnittweise
untereinander über ein Bindemittel verbunden.
Neben ihrer konstruktiven Funktion sollen die Leichtbauelemente auch
eine Brandschutzfunktion erfüllen. Die DIN 4102 unterteilt derartige Bauteile unter
anderem in A – nicht brennbare Baustoffe – mit den Unterklassen A1 –
Stoffe, die überhaupt nicht brennbar sind, und A2 – Stoffe, welche nur geringfügig
brennbar sind -, den Brand aber nicht weiter aufrecht erhalten.
In der EP 1 125 903 A2
wird ein Leichtbauelement beschrieben, welches der Brandschutzklasse A2 zugeordnet
werden kann. Dabei werden die vereinzelten Holzwollefasern in einem ersten Arbeitsgang
in einer Flammschutzmittel-Lösung getränkt und anschließend mit einem Bindemittel
beschichtet. Die Wirkung wird im Wesentlichen auf die Tränkung der noch unbehandelten
Holzwollefasern mit dem Flammschutzmittel zurückgeführt.
In der EP 1 249 547 A2
wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes der Brandschutzklasse A2 vorgeschlagen,
bei dem Holzwollefasern wiederum in einem ersten Schritt mit einem flüssigen Flammschutzmittel
imprägniert werden, anschließend eine Bindemittelbeschichtung erfolgt und schließlich
das so vorbehandelte Leichtbauelement mit flüssigem Wasserglas geflutet wird.
Bauelemente der vorgenannten Art erfüllen zwar die Voraussetzungen
der Brandschutzklasse A. Ihr mehrstufiges Herstellungsverfahren ist jedoch aufwendig.
Es besteht deshalb der Wunsch nach einem gattungsgemäßen Bauelement
der Brandschutzklasse A2, welches rationeller produziert werden kann.
Bei der Suche nach einer Lösung dieses Problems wurden Versuche durchgeführt,
bei denen ein konventionelles Holzwolle-Leichtbauelement (also ein Bauelement aus
gebundenen Holzwolle-Fasern ohne Flammschutzmittel) nachträglich durch Tauchen in
eine Flammschutzmittel-Lösung imprägniert wurde. Mit anderen Worten: es wurde versucht,
ein bekanntes Standardprodukt durch nachträgliche Imprägnierung zu einem Brandschutzelement
zu veredeln.
Probleme ergaben sich dabei insoweit, als beobachtet wurde, dass sich
auf der Oberfläche der Holzwollefasern und des Bindemittels salzartige Kristalle
abschieden, die die Optik negativ veränderten. Die veränderte Oberfläche führte
auch zu Problemen bei einer anschließenden Behandlung, beispielsweise bei einem
Farbauftrag.
Völlig überraschend konnte in weiteren Versuchen festgestellt werden,
dass sich diese Nachteile vermeiden lassen, wenn das Bauelement aus gebundenen Holzwolle-Fasern
mit einem Material in flüssiger Aufbereitung getränkt wird, das neben mindestens
einem Flammschutzmittel mindestens ein Zusatzmittel aufweist, das die Viskosität
und/oder die Oberflächenspannung des flüssigen Flammschutzmittels reduziert. Die
dabei erzielbaren Effekte sind noch nicht abschließend geklärt, können aber vorläufig
wie folgt interpretiert werden: Durch eine Reduzierung der Viskosität und/oder der
Oberflächenspannung des flüssigen Flammschutzmittels lässt sich das Flammschutzmittel
leichter durch die bestehende, zumindest partielle Bindemittelbeschichtung der Holzwolle-Fasern
in die Holzwolle-Fasern transportieren. Durch die spezielle Aufbereitung des Flammschutzmittels
wird es möglich, die einzelnen Holzwolle-Fasern komplett und durchgehend zu imprägnieren,
und zwar auch an dem bereits vorkonfektionierten Bauelement. Theoretisch lässt sich
dieses Ziel auch durch eine entsprechend höhere „Verdünnung" der trockenen
Wirksubstanz des Flammschutzmittels bei dessen flüssiger, beispielsweise wässriger
Aufbereitung erreichen. Dies hat jedoch verschiedene Nachteile: zum einen reduziert
sich der Anteil der für das Brandschutzverhalten wesentlichen Menge des Flammschutzmittels,
das heißt, die Konzentration des Flammschutzmittels insbesondere in den Poren der
Holzwolle-Fasern ist zwangsläufig geringer. Zum anderen bedeuten größere Flüssigkeitsmengen
auch einen erhöhten anschließenden Trocknungsaufwand.
Durch die Verwendung eines Flammschutzmittels in Kombination mit dem
genannten Zusatzmittel lässt sich in Abhängigkeit von den vorhandenen Holzwolle-Fasern
und in Abhängigkeit von der Art und Menge des verwendeten Bindemittels ein optimales
Imprägnierungsprofil einstellen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass als Zusatzmittel ein Mittel
verwendet werden kann, das auch unter Temperaturbelastung nur einen
geringen Massenverlust aufweist. Dies ist deshalb wichtig, weil der Massenverlust
des gesamten Bauelementes maximal 50 % betragen darf, um die Anforderungen der Nicht-Brennbarkeit
nach ISO 1182 zu erfüllen. Der Massenverlust (im Brandfall) resultiert im Wesentlichen
aus den Verlusten an Holzwolle (bis zu 98 Gew.-%) und an Imprägnierungsmittel (bis
zu 100 Gew.-%) sowie zumindest Anteilen des Bindemittels (aufgrund des Verlustes
an Kristallwasser). Zum Beispiel Natriumhexametaphosphat (nachstehend NHMP genannt)
weist bei 750° C einen Massenverlust von lediglich ca. 1,0 Gew.-% auf. Dieses
Zusatzmittel erfüllt demnach eine doppelte Funktion: es wirkt zum einen viskositätserniedrigend
auf das flüssige Flammschutzmittel bei der Imprägnierung (beziehungsweise setzt
die Oberflächenspannung des Flammschutzmittels herab), erfüllt im Brandfall aber
auch eine wesentliche Brandschutzfunktion.
Die Verwendung des flüssigen Flammschutzmittels in Kombination mit
dem genannten Zusatzmittel führt schließlich noch zu folgendem weiteren positiven
Effekt: Dadurch, dass das vorkonfektionierte Bauelement vollständig mit dem Imprägnierungsmaterial
imprägniert werden kann und das Flammschutzmittel das Porenvolumen der Holzwolle-Fasern
vollständig erreicht, entfällt das Problem der Auskristallisation des Flammschutzmittels
an der Oberfläche der einzelnen Holzwolle-Fasern beziehungsweise des Bauelementes
insgesamt.
Versuche haben gezeigt, dass bei entsprechender Dosierung des Imprägnierungsmaterials
und entsprechender Behandlung des Leichtbauelementes eine Ansammlung der Wirksubstanz
des Flammschutzmittels auf der Oberfläche der Holzwolle-Fasern beziehungsweise des
Bindemittels weitestgehend vermieden werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn
das Imprägnierungsmaterial mit Hilfe einer Vakuum-Druck-Imprägnierung eingebracht
wird.
Gegenüber den eingangs erwähnten Leichtbauelementen besitzen erfindungsgemäße
Leichtbauelemente außerdem eine deutlich erhöhte Festigkeit.
Danach betrifft die Erfindung in ihrer allgemeinsten Ausführungsform
ein Leichtbauelement auf der Basis unregelmäßig verteilter Holzwolle-Fasern, die
zumindest abschnittweise über ein Bindemittel verbunden sind, wobei das Leichtbauelement
mit einem Material imprägniert ist, das mindestens ein Flammschutzmittel und mindestens
ein, die Viskosität und/oder die Oberflächenspannung des Flammschutzmittels in flüssiger
Aufbereitung herabsetzendes Zusatzmittel aufweist.
Das Flammschutzmittel kann beispielsweise aus einem Phosphat bestehen,
beispielsweise Ammoniumphosphat, Ammoniumpolyphosphat und/oder aus Ammoniumsulfat,
Dipentaerythydrit, Alkalisulfat, Alkalicarbonat, Erdalkalicarbonat, Erdalkalisulfat,
Harnstoff oder Mischungen daraus.
Der Anteil der trockenen Wirksubstanz des Flammschutzmittels, bezogen
auf den trockenen Masseanteil der Summe an Holzwollefasern und Bindemittel, beträgt
beispielsweise zwischen 4 und 45 Masse-%.
Der Anteil an Zusatzmittel liegt nach einer Ausführungsform zwischen
4 und 15 Masse-%, bezogen auf den trockenen Gesamt-Masseanteil an Holzwollefasern
und Bindemittel.
Der Anteil an Zusatzmittel kann gegebenenfalls auf 7 bis 10 Masse-%
eingegrenzt werden; auch der Flammschutzmittelanteil kann auf Bereiche zwischen
8 und 35 Masse-% eingeschränkt sein.
Als Zusatzmittel eignen sich beispielsweise Alkali- und/oder Erdalkaliphosphate,
beispielsweise das bereits erwähnte NHMP. Ebenso können aber auch verschiedene Tenside
Verwendung finden.
Das Flammschutzmittel wird gemeinsam mit dem Zusatzmittel verarbeitet,
und zwar in flüssiger, beispielsweise wässriger Aufbereitung.
Als Bindemittel kann ein anorganisches Bindemittel wie ein magnesitisches
Bindemittel, also ein Bindemittel auf Basis MgO eingesetzt werden.
Die Verfahrenstechnik zur Herstellung des Produktes ist beispielsweise
wie folgt:
Die Holzwollefasern, beispielsweise in einer Länge von mehr als 8 cm, einer Breite
bis 6 mm und einer Dicke bis 0,5 mm, werden unter Zumischung eines flüssigen oder
viskosen Bindemittels, gegebenenfalls auch eines Bindemittelschaums, in üblicher
Weise zu einem Holzwolle-Leichtbauelement aufbereitet, welches anschließend bis
zur Erzielung mindestens einer Grünstandsfestigkeit gelagert wird.
Anschließend wird das so hergestellte Leichtbauelement in einem Vakuum-Druckverfahren
mit einer wässrigen Lösung aus Flammschutzmittel und Zusatzmittel imprägniert. Die
Anteile an Wirksubstanz wurden bereits genannt. Die Viskosität einer solchen Lösung
bei 20° C liegt beispielsweise in der Größenordnung von 0,01 P (dPas).
Das Imprägnierungsmittel durchdringt dabei die Holzwolle-Fasern, soweit
diese freiliegen; ansonsten wird das Imprägnierungsmittel aber auch durch die Bindemittel-Phase
gesaugt, die insoweit mit imprägniert wird. Auch dieses stellt ein wesentliches
Unterscheidungsmerkmal zum Stand der Technik dar.
Anschließend erfolgt eine weitere Lagerung bis zur endgültigen Trocknung
und Aushärtung des Produktes.
Der Anteil des Bindemittels, bezogen auf die unbehandelten Holzwolle-Fasern,
liegt beispielsweise im Bereich 10 bis 40 Gew.-%, nach einer Ausführungsform im
Bereich zwischen 15 und 30 Gew.-%.
Der Anteil ist unter anderem abhängig von der gewünschten Festigkeitsklasse
sowie dem Anteil der offenen Poren (Freiräume zwischen den Holzwollefasern).
Dabei beziehen sich die vorgenannten Mengenangaben für das Bindemittel
auf die Holzwollefasern im getrockneten Zustand.
Weitere Merkmale der Erfindung sind Merkmale der Unteransprüche sowie
der sonstigen Anmeldungsunterlagen.
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| Anspruch[de] |
- Leichtbauelement auf der Basis unregelmäßig verteilter Holzwolle-Fasern,
die zumindest abschnittweise über ein Bindemittel verbunden sind, wobei das Leichtbauelement
mit einem Material imprägniert ist, das mindestens ein Flammschutzmittel und mindestens
ein, die Viskosität und/oder die Oberflächenspannung des Flammschutzmittels in flüssiger
Aufbereitung herabsetzendes Zusatzmittel aufweist.
- Leichtbauelement nach Anspruch 1, dessn Anteil an trockener Wirksubstanz
des Flammschutzmittels, bezogen auf den trockenen Masseanteil des Leichtbauelements,
4 bis 45 Masse-% beträgt.
- Leichtbauelement nach Anspruch 1, dessen Anteil an trockener Wirksubstanz
des Flammschutzmittels, bezogen auf den trockenen Masseanteil des Leichtbauelements,
7 bis 40 Masse-% beträgt.
- Leichtbauelement nach Anspruch 1, dessen Anteil an trockener Wirksubstanz
des Zusatzmittels, bezogen auf den trockenen Masseanteil des Leichtbauelements,
4 bis 15 Masse-% beträgt.
- Leichtbauelement nach Anspruch 1, dessen Anteil an trockener Wirksubstanz
des Zusatzmittels, bezogen auf den trockenen Masseanteil des Leichtbauelements,
5 bis 10 Masse-% beträgt.
- Leichtbauelement nach Anspruch 1, dessen Flammschutzmittel aus Ammoniumphosphat,
Ammoniumpolyphosphat, Alkalicarbonat, Erdalkalicarbonat, Alkalisulfat, Erdalkalisulfat,
Harnstoff, Dipentaerythydrit oder Mischungen daraus besteht.
- Leichtbauelement nach Anspruch 1, dessen Zusatzmittel aus Alkali- und/oder
Erdalkaliphosphat besteht.
- Leichtbauelement nach Anspruch 1, dessen Zusatzmittel aus Natriumhexametaphosphat
besteht.
- Leichtbauelement nach Anspruch 1, dessen Bindemittel ein anorganisches
Bindemittel ist.
- Leichtbauelement nach Anspruch 1, dessen Bindemittel ein magnesitisches
Bindemittel ist.
- Leichtbauelement nach Anspruch 1, dessen Holzwolle-Fasern eine Länge
von größer 8 cm, eine Breite bis 6 mm und eine Dicke bis 0,5 mm aufweisen.
- Leichtbauelement nach Anspruch 1, dessen Holzwolle-Fasern auf ihrer
Oberfläche weitestgehend frei von Imprägnierungsmaterial sind.
Es folgt kein Blatt Zeichnungen
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