DE10117942A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines BauelementesInfo
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Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes der Brandschutzklasse A2 (gemäß DIN 4102 und ISO 1182).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines Bauelementes der Brandschutzklasse A2 (gemäß DIN
4102 und ISO 1182), ausgehend von einem Leichtbauelement
aus unregelmäßig dreidimensional verteilten weitestgehend
rohen, also unbehandelten Holzwollefasern. Freiräume
zwischen den Holzwollefasern machen üblicherweise
mindestens 50 Vol.-%, oft 80 Vol.-% und mehr des gesamten
Leichtbauelementes aus.
Die Begriffe "Leichtbauelement" und "Bauelement"
bezeichnen jede Art eines geformten Erzeugnisses,
beispielsweise eine Platte. Ein "Leichtbauelement"
unterscheidet sich von einem sonstigen
Bauelement insbesondere durch seine relativ geringe
Rohdichte (üblicherweise bis 350 kg/m3, nach DIN 1101 bis
mindestens 570 kg/m3), bedingt durch einen erheblichen
Volumenanteil an Freiräumen zwischen den
Feststoffanteilen des Bauelementes. Holzwolle-
Leichtbauplatten 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 wiederum 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,
beispielsweise ein magnesitisches Bindemittel, verbunden.
Die DIN 4102 unterteilt derartige Bauteile 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 aufrechterhalten. Die weitere Unterteilung
der DIN 4102 erfolgt in B - brennbare Stoffe - wobei
diese Klasse wieder unterteilt ist in B1 - schwer
entflammbare Baustoffe -, B2 - normal entflammbare
Baustoffe - und B3 - leicht entflammbare Baustoffe -.
Die vorstehend beschriebene bekannte Holzwolle-
Leichtbauplatte ist in der Klasse B1 einzustufen.
Mit der vorliegenden Erfindung wird das Ziel verfolgt,
ausgehend von Holzwolle-Leichtbauelementen Holzwolle-
Bauelemente zur Verfügung zu stellen, die einen erhöhten
Brandschutz schaffen und in Klasse A2 gemäß DIN 4102/ISO
1198 eingeordnet werden können.
Der Erfindung liegt folgende Erkenntnis zugrunde:
Um die Brandschutzklasse A2 zu erreichen ist ein bestimmter Wert an Brandschutzmittel (Flammschutzmittel) notwendig. Dabei ist zu beachten, daß mit steigender Konzentration des Brandschutzmittels das Abbindeverhalten des zur Bindung der Holzwollefasern untereinander notwendigen Bindemittels gestört werden kann. Außerdem kann es zu einer Versprödung des Bauelementes und einer schlechten Griffigkeit desselben führen.
Um die Brandschutzklasse A2 zu erreichen ist ein bestimmter Wert an Brandschutzmittel (Flammschutzmittel) notwendig. Dabei ist zu beachten, daß mit steigender Konzentration des Brandschutzmittels das Abbindeverhalten des zur Bindung der Holzwollefasern untereinander notwendigen Bindemittels gestört werden kann. Außerdem kann es zu einer Versprödung des Bauelementes und einer schlechten Griffigkeit desselben führen.
Die Erfindung sieht demgegenüber ein mehrstufiges
Verfahren vor, welches die genannten Nachteile vermeidet,
ebenso wie Ammoniakausgasungen, die bei der Reaktion
eines Imprägniermittels mit einem Bindemittel auf Basis
Magnesiumhydroxid entstehen können.
In einem ersten Schritt nutzt die Erfindung die
skizzierten Eigenschaften der rohen Holzwolle-Fasern,
indem diese mit zumindest einem flüssigen
Flammschutzmittel zumindest teilweise imprägniert werden.
Imprägnieren bedeutet dabei, daß das flüssige
Flammschutzmittel in die genannten Zellen (offenen Poren)
und/oder oberflächliche Sackporen der Holzwollefasern
gefüllt wird. Beispielsweise kann ein wässriges
Flammschutzmittel verwendet werden. Nach dem Verdampfen
des Wassers verbleibt das Brandschutzmittel in fester
Form in den Hohlräumen der Holzfaserzellen.
Beispielhaft kann das Flammschutzmittel aus
Magnesiumsulfat, auch in Kombination mit Harnstoff,
bestehen. Beide Stoffe lassen sich gut in Wasser lösen.
Dabei ist eine gemeinsame Aufbereitung von
Magnesiumsulfat und Harnstoff ebenso möglich wie eine
fraktionierte, also zeitlich versetzte, Tränkung
(Imprägnierung) mit Magnesiumsulfat und Harnstoff.
Beispielsweise lassen sich Lösungen mit Harnstoff- und
Magnesiumsulfat-Konzentrationen von jeweils 10 Gew.-% bis
zur Löslichkeitsgrenze von circa 30 Gew.-% herstellen
und verwenden. Im Fall der alleinigen oder
aufeinanderfolgenden Verwendung von Harnstoff oder
Magnesiumsulfat sind die Konzentrationen entsprechend
höher und betragen für Harnstoff oder Magnesiumsulfat
jeweils bis 60 Gew.-%. Der Vorteil der fraktionierten
Tränkung liegt in der Möglichkeit, zumindest eine
wässrige Lösung in höherer Konzentration bereitzustellen.
Dabei ist es von Vorteil, bei der Verwendung von
Magnesiumsulfat und Harnstoff beide Stoffe in etwa
gleichen Massenanteilen (Konzentrationsmengen) zur
Verfügung zu stellen, also beispielsweise, bezogen auf
100 Gewichtsteile Flammschutzmittel, 40 bis 60
Gewichtsteile Magnesiumsulfat und 60 bis 40 Gewichtsteile
Harnstoff, womit auch identische Anteile erfaßt werden.
Auf diese Weise können Auskristallisationen
(Ausblühungen) von Harnstoffkristallen vermieden werden.
Alternative Imprägnierungsmittel sind
Kaliumhydrogencarbonat, Aluminiumhydroxid,
Natriumhydrogencarbonat, Natriumcarbonat und Kaliumsulfat
einzeln oder in Mischung, auch mit dem bereits genannten
Harnstoff und/oder Magnesiumsulfat.
In einem zweiten Schritt werden die so imprägnierten
Holzwollefasern des Leichtbauelementes zumindest
teilweise mit einem anorganischen Bindemittel
beschichtet. Beschichten bedeutet dabei, daß das
Bindemittel insbesondere oberflächlich auf die
Holzwollefasern aufgebracht wird, um so
Kontakt-/Bindestellen zwischen den einzelnen Holzfasern
zu erhalten, die das Formteil stabil machen.
Dies kann nach einer Ausführungsform in Form eines
trockenen Bindemittels, beispielsweise eines pulverförmig
aufbereiteten Bindemittels, erfolgen. Vorteil dabei ist,
daß kein zusätzliches Wasser benötigt wird. Das trockene
Bindemittel setzt sich in Kontakt mit der noch feuchten
Oberfläche der Holzwollefasern, die zuvor imprägniert
wurden, zu einer Suspension um.
Ein mögliches Bindemittel ist Magnesiumoxid, welches sich
in Kontakt mit Wasser zu Magnesiumhydroxid umwandelt und
im Kontaktbereich zu dem mindestens einen, bereits in
oder auf der Holzfaser befindlichen Flammschutzmittel,
beispielsweise Magnesiumsulfat, abbindet. Magnesiumsulfat
erfüllt dabei die Rolle eines Reaktionspartners beim
Abbinden des Magnesiumhydroxids. Eine andere Art der
Bindemittelbeschichtung erfolgt durch Eintrag eines
Bindemittelschaums in das Holzwollegerüst.
Nach einer weiteren Ausführungsform besteht das
Bindemittel aus einer Mischung von Magnesiumoxid und
Calciumhydroxid. Die Bedeutung des Calciumhydroxids wird
anhand der dritten Verfahrensstufe näher erläutert.
Nach der zuvor beschriebenen Inkrustierung der
Holzwollefasern mit dem mindestens einen genannten
Bindemittel (wobei bereits ein zumindest teilweises
Abbinden des Bindemittels erfolgt sein kann) wird das
bereits eine Grünfestigkeit besitzende Leichtbauelement
mit flüssigem Wasserglas oder einem gleichwirkenden
Mittel geflutet. Fluten bedeutet dabei, daß das
Bauelement vollständig vom Wasserglas
durchdrungen wird, damit das Wasserglas gleichmäßig
verteilt über das Volumen des Leichtbauelementes präsent
ist. Dazu kann Wasserglas "im Überschuß" aufgebracht
werden, das heißt mehr Wasserglas zugeführt werden, als
vom Produkt aktiv aufgenommen wird. Überschüssiges
Wasserglas kann aufgefangen und rezirkuliert werden.
Aufgrund der lockeren Struktur des Leichtbauelementes,
das heißt den zahlreichen größeren und kleineren
Hohlräumen zwischen den Holzwollefasern, ist eine
entsprechende statistische Verteilung des Wasserglases
ohne weiteres möglich.
Wasserglas erfüllt dabei zwei Funktionen. Es führt zum
einen, als eine Art zweites Bindemittel, zu einer
Festigkeitserhöhung, und besitzt zum anderen ebenfalls
feuerhemmende Eigenschaften, also eine
Brandschutzwirkung.
Gleichzeitig kommt es, sofern Calciumhydroxid als
Bindemittel oder Bindemittelbestandteil verwendet wird, zu
einer Abbindereaktion zwischen Wasserglas und
Calciumhydroxid. Calciumhydroxid wirkt während des Flutens
als Fällungsmittel beziehungsweise Reaktionspartner des
Wasserglases. Da das Calciumhydroxid bereits mehr oder
weniger gleichmäßig (statistisch) zumindest auf den
Oberflächen der Holzwollefasern verteilt ist läuft auch
die genannte Fällungsreaktion über das gesamte Volumen des
Leichtbauelementes betrachtet gleichmäßig ab. Auf diese
Weise wird vermieden, daß, zum Beispiel durch
Gravitationseinflüsse, auf der Unterseite des
Leichtbauelementes ein Überschuß von Wasserglas herrscht,
während auf der Oberseite ein Wasserglas-Mangel vermieden
wird. Mit anderen Worten: Das gleichmäßig verteilte
Calciumhydroxid sorgt dafür, daß Wasserglas an jeder
Stelle in der zur Fällungsreaktion benötigten Menge
absorbiert wird und sich das Wasserglas damit ebenfalls
statistisch über das Volumen des Leichtbauelementes
verteilt. Insgesamt trägt das Calciumhydroxid damit auch
zu einer erhöhten Wasserglasaufnahme und damit insgesamt
zu einem verbesserten Brandschutzverhalten bei.
Nach einer Ausführungsform wird das mindestens eine
Flammschutzmittel in einer Menge von 20 bis 250 Gew.-%,
bezogen auf das Gewicht der nicht imprägnierten
Holzwollefasern, eingesetzt. Mengenanteile von 30 bis 100 Gew.-%
sind oft ausreichend. Dabei können relativ
hochprozentige Lösungen eingesetzt werden, zum Beispiel
eine 30 bis 60%-ige Harnstofflösung.
Die Bindemittelmenge kann nach einer Ausführungsform 150
bis 300 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der nicht
imprägnierten Holzwollefasern, betragen. Mengenanteile von
175 bis 260 Gew.-% sind oft ausreichend.
Der Wasserglasanteil wird sich, wie ausgeführt, unter
anderem an der Menge des vorhandenen Calciumhydroxids
orientieren und üblicherweise zwischen 10 und 200 Gew.-%,
bezogen auf die nicht imprägnierten Holzwollefasern,
liegen. Ein Verhältnis Wasserglas/rohe Holzwollefasern
zwischen 0,2 und 1,8 genügt in der Regel und ist im
übrigen von der Dichte des gefluteten Produkts abhängig.
Je dichter das Produkt ist, umso mehr Wasserglas wird
benötigt. Auf einen Kubikmeter Gesamtvolumen des Bauteils
werden beispielsweise 20 bis 160 kg/m3 Wasserglas
eingesetzt. Das Verhältnis Ca(OH)2 zur rohen Holzwolle
liegt üblicherweise zwischen 0,05 und 1. Ein Verhältnis
0,3 und 0,6 genügt in der Regel.
In der beiliegenden Figur ist ein nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Leichtbauelement
in Form einer Holzwolle-Bauplatte ausschnittweise und
stark schematisiert dargestellt. Es unterscheidet sich in
seiner grundsätzlichen Struktur nicht von bekannten
Holzwolle-Leichtbauplatten. Dies inbesondere deshalb, weil
zum Beispiel das Flammschutzmittel makroskopisch
unsichtbar in den Holzwollezellen eingelagert wird. Die
Bauplatte besitzt eine Rohdichte von circa 500 kg/m3 und
besteht aus Holzwollefasern mit einer Länge von 8 bis 15 cm,
einer Breite von 3 bis 6 mm und einer Dicke von 0,2
bis 0,5 mm.
Der Volumenanteil an "Luft" zwischen den Holzwollefasern
beträgt circa 80% (innerhalb der Außenabmessungen der
Platte). Die ursprünglich vorkonfektionierte Holzwolle-
Leichtbauplatte aus rohen Holzwollefasern wurde mit einem
Flammschutzmittel aus Magnesiumsulfat und Harnstoff
imprägniert, anschließend mit einem pulverförmigen
Bindemittel auf Basis Magnesiumoxid und Calciumhydroxid
beschichtet und schließlich mit einem flüssigen Wasserglas
geflutet sowie anschließend getrocknet.
Ein allgemein anwendbares Imprägnierungsverfahren dazu
ist: Zunächst Imprägnierung der Holzwollefasern mit einer
30 bis 60%-igen Harnstofflösung zur Erzielung eines
Feststoffanteils an Harnstoff auf den Holzwollefasern
zwischen 100 und 200 Gew.-%. Anschließendes "Spülen"
(Imprägnieren) mit einer 25%-igen Magnesiumsulfatlösung,
wobei der Magnesiumsulfatanteil, bezogen auf die
Holzwollefasern zwischen 10 und 40 Gew.-% beträgt.
Mit dem Bezugszeichen 10 sind die einzelnen
Holzwollefasern gekennzeichnet, die bei 14 untereinander
verbunden sind. Jede Holzfaser besitzt eine Art
Zellenstruktur mit einem erheblichen Anteil an offener
Porosität. Einzelne dieser von außen zugänglichen Zellen
sind mit dem Bezugszeichen 12 symbolisiert.
Das Flammschutzmittel hat sich bei der
Imprägnierungsbehandlung demnach nicht nur auf den
Oberflächen der Holzwollefasern 10 abgelagert, sondern
auch auf den Wänden der oberflächlichen Sackporen sowie
der offenen Poren (Zellen) 12 im Inneren der
Holzwollefasern.
Das Bindemittel sowie das Wasserglas liegen dagegen
überwiegend auf dem Oberflächenbereich der Holzwollefasern
10. Gleiches gilt für etwaige Reaktionsprodukte. Zum Teil
können aber auch oberflächennahe Porenbereiche Anteile an
Bindemittel, Wasserglas und/oder Reaktionsprodukten
aufweisen.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes der
Brandschutzklasse A2, ausgehend von einem
Leichtbauelement aus unregelmäßig dreidimensional
verteilten rohen Holzwollefasern mit folgenden
Schritten:
- - in einem ersten Schritt werden die Holzwollefasern zumindest teilweise mit mindestens einem flüssigen Flammschutzmittel imprägniert,
- - anschließend werden die imprägnierten Holzwollefasern zumindest teilweise mit einem anorganischen Bindemittel beschichtet,
- - in einem dritten Schritt wird das so vorbehandelte Leichtbauelement mit flüssigem Wasserglas geflutet,
- - abschließend wird das Leichtbauelement getrocknet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Holzwollefasern
mit mindestens einem Flammschutzmittel aus der Gruppe
Magnesiumsulfat, Harnstoff, Kaliumhydrogencarbonat,
Aluminiumhydroxid, Natriumhydrogencarbonat,
Natriumcarbonat und Kaliumsulfat imprägniert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Holzwollefasern
mit einem Flammschutzmittel auf Basis einer wässrigen
Mischung aus Magnesiumsulfat und Harnstoff imprägniert
werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die imprägnierten
Holzwollefasern mit einem Bindemittel auf Basis
Magnesiumoxid, Calciumhydroxid oder einer Mischung
daraus beschichtet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bindemittel als
Pulver auf die noch feuchten imprägnierten
Holzwollefasern aufgetragen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das
Flammschutzmittel in einer Menge von 20 bis 200 Gew.-%,
bezogen auf das Gewicht der nicht
imprägnierten Holzwollefasern, eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bindemittel in
einer Menge von 150 bis 300 Gew.-%, bezogen auf das
Gewicht der nicht imprägnierten Holzwollefasern,
eingesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Wasserglas in
einer Menge von 10 bis 200 Gew.-%, bezogen auf das
Gewicht der nicht imprägnierten Holzwollefasern,
eingesetzt wird.
Priority Applications (3)
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