CH645909A5 - Impraegniermasse, verfahren zu deren herstellung und verwendung der impraegniermasse. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Imprägniermasse, die eingesetzt werden kann, um beispielsweise Materialien auf Cellulosebasis zu imprägnieren und diesen Materialien dadurch vorteilhafte Eigenschaften in bezug auf die Beständigkeit, beispielsweise gegenüber Feuer, Wasser und Frost, zu verleihen. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren 5 zur Herstellung d'er Imprägniermasse sowie auf die Verwendung der erfindungsgemässen Imprägniermasse.
In der Bauindustrie ist es häufig mit Schwierigkeiten verbunden, Zugang zu Materialien zu finden, die gegenüber den Bedingungen, denen sie bei ihrer praktischen Verwendung io ausgesetzt sind, in zufriedenstellendem Masse beständig sind1. Als Beispiele für Eigenschaften, die in diesem Zusammenhang erwünscht sind, können die Feuerbeständigkeit, die Wasserbeständigkeit und die Frostbeständigkeit erwähnt werden. Solche Materialien müssen nicht nur in dieser Hinsicht 15 vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, sond'erni auch von einem bestimmten Gesichtspunkt aus konkurrenzfähig sein. Während der letzten Jahre sind viele Materialien entwickelt worden, die beispielsweise für den Einsatz in der Bauindustrie vorgesehen sind, wobei ein Ziel in der grösstmögli-20 chen Verwertung von Abfallmaterialien verschiedener Art wie Holzspänen bzw. Holzschnitzeln und Rindenabfällen bestand. Diese Materialien werden zur Erzielung d'er gewünschten Produkte in einer geeigneten Weise unter Beimischung verschiedener Bestandteile behandelt, wodurch dem Material 25 erwünschte Eigenschaften verliehen werden. Bei allen diesen synthetischen oder halbsynthetischen Materialien wurde jedoch festgestellt, dass sie Mängel aufweisen, aufgrund d'eren sie für praktische Zwecke nicht verwendet werden können. Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, eine Imprägnier-30 masse zur Verfügung zu stellen, durch deren Einsatz die Verwertung von relativ wertlosen bzw. ungeeigneten Materialien unter Erzeugung von hohen Anforderungen genügenden Produkten ermöglicht wird.
Die Erfindung soll auch ein Verfahren zur Herstellung 35 einer solchen Imprägniermasse einschliessen und die Verwendung derselben zur Herstellung von verschiedenen Produkten wie Elementen für die Bauindustrie und Flammschutz-Anstrichfarben aufzeigen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Imprägniermasse, die 40 im wesentlichen 3 Bestandteile enthält, nämlich:
(a) einen alkalischen Extrakt eines Holzcellulose- bzw. Holzzellstoff-Materials,
(b) ein hochmolekulares Kohlenhydrat und'
45 (c) ein Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsilicat oder kolloidales Siliciumdioxid.
Bestandteil (a)
Dieser Bestandteil der erfindungsgemässen Imprägnier-50 masse besteht aus einem alkalischen Extrakt eines Holzcel-lulose-Materials, wobei das Holzcellulose-Material vorzugsweise aus gewöhnlichem Gerstenstroh, Weizenstroh oder Roggenstroh usw. besteht. Für die Herstellung dlieses alkalischen Extraktes können Alkalien mit verschiedener Konzen-55 tration, beispielsweise von 5 bis 20%, eingesetzt werden. Wie festgestellt wurde, werden beim Einsatz eines Alkalis mit einer Konzentration von 20% geeigneterweise etwa 15 bis 20 kg Stroh pro 100 Liter Alkali verwendet. Unter dem Alkali sind hauptsächlich Natriumhydroxid oder Kaliumhy-6o droxid zu verstehen, jedoch ist auch die Verwendung von Ammoniumhydroxid, Calciumhydroxid oder Bariumhydroxid denkbar. Nähere Einzelheiten über diesen alkalischen Extrakt eines Holzcellulose-Materials lassen sich der deutschen Patentanmeldung 28 00 182.3 entnehmen. Es sei angemerkt, 65 dass erfindungsgemäss vorteilhafterweise ein nicht neutralisierter alkalischer Extrakt eingesetzt werden kann (siehe in diesem Zusammenhang die vorstehend erwähnte Patentanmeldung).
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Der alkalische Extrakt wird im allgemeinen vor seiner Verwendung für die Herstellung der Imprägniermasse vorzugsweise mit Wasser verdünnt, wobei pro Volumenteil des Extraktes insbesondere 5 bis 15 Volumenteile Wasser eingesetzt werden. Eine geringere Verdünnung führt bei der Endanwendung der Imprägniermasse zu ungünstigen Ergebnissen, beispielsweise zu einer Korrosionswirkung. Bei einer weitergehenden Verdünnung, d.h., wenn mit mehr als etwa 15 Volumenteilen Wasser pro Volumenteil des alkalischen Extraktes verdünnt wird, wird keine zufriedenstellende Feuerschutzwirkung erzielt und wird auch die Verträglichkeit des hochmolekularen Kohlenhydratmaterials beeinträchtigt.
Bestandteil (b)
Dieser Bestandteil besteht aus einem hochmolekularen Kohlenhydrat, das beispielsweise Cellulose oder ein Cellu-losederivat oder Stärke sein kann. Als Beispiele für geeignete Cellulosederivate können Äthylcellulose oder eine Methyl-cellulose oder Äthyl-/Methyl-Cellulose erwähnt werden. Geeignete Derivate enthalten etwa 47 bis 48 % Methoxy- oder Äthoxyeinheiten, d.h., dass diese Derivate einen Veräthe-rungsgrad aufweisen, der Zwischenformen mit 2 bis 3 Alk-oxygruppen pro Glucoseeinheit entspricht.
Als alternatives Kohlenhydrat ist Stärke brauchbar, die beispielsweise aus Kartoffeln (Kartoffelstärke), Mais bzw. Getreide, Pfeilwurz usw. stammen kann.
Das hochmolekulare Kohlenhydrat wird in der erfindungsgemässen Imprägniermasse geeigneterweise in einem Anteil von etwa 100 bis 300 g pro Liter des unverdünnten, alkalischen Extraktes eingesetzt. Wenn der Anteil des hochmolekularen Kohlenhydrats die Obergrenze des vorstehend erwähnten Bereichs überschreitet, erhält die Imprägniermasse eine dickflüssige Konsistenz, während die erwünschte Stabilisierung des alkalischen Extraktes nicht erzielt wird, wenn der Anteil des hochmolekularen Kohlenhydrats unterhalb der Untergrenze des vorstehend erwähnten Bereichs liegt.
Bestandteil (c)
Dieser Bestandteil besteht aus einem Erdalkalimetalloder Alkalimetallsilicat oder insbesondere kolloidalem Silicat, vorzugsweise aus Natrium- oder Kaliumsilicat insbesondere in wässriger Lösung, und zwar beispielsweise mit einer Konzentration von 40° Baumé.
Das alternative Material ist kolloidales Siliciumdioxid, vorzugsweise in Form einer kolloidalen Lösung, wie sie beispielsweise unter dem Handelsnamen «Ludox» verkauft wird.
Bei der Verwendung von wässrigen Lösungen vom Wasserglastyp wird davon vorzugsweise mindestens etwa 1 Liter pro 1 Liter des unverdünnten, alkalischen Extraktes eingesetzt, während die entsprechende Untergrenze beim Einsatz von kolloidalem Siliciumdioxid bei etwa 180 g (als Si02 berechnet) liegt. Bei der Verwendung von Lösungen vom Wasserglastyp ist die Obergrenze nicht besonders kritisch bzw. entscheidend, jedoch beträgt eine praktische Obergrenze etwa 5 Liter pro Liter des unverdünnten, alkalischen Extraktes. Die Obergrenze ist im Falle der Verwendung von kolloidalem Siliciumdioxid in der Praxis in bezug auf die Imprägnierwirkung kritischer und liegt im allgemeinen bei etwa 900 g (als Si02 berechnet) pro Liter des unverdünnten, alkalischen Extraktes.
Wie vorstehend angedeutet wurde, wird durch die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung der Imprägniermasse zur Verfügung gestellt. Bei diesem Verfahren wird der alkalische Extrakt insbesondere in verdünnter Form am Anfang mit dem hochmolekularen Kohlenhydrat vermischt, und die erhaltene Mischung wird stehen und reifen gelassen, bis die Bestandteile gegenseitig aufgelöst worden sind. Die erhaltene Mischung wird dann mit einer Lösung von Erdalkalimetall- oder Alkalimetallsilicat oder kolloidalem Siliciumdioxid zusammengebracht, wodurch die erwünschte Imprägniermasse gebildet wird. Das Verfahren kann natürlich auf die Herstellung aller Imprägniermassen angewendet v/erden, deren verschiedene Bestandteile in den Bereich der vorstehend angegebenen Definitionen und Mengenanteile fallen.
Durch die Erfindung werden verschiedene Produkte unter Verwendung der erfindungsgemässen Imprägniermasse zur Verfügung gestellt. Demnach kann erfindungsgemäss ein Element für die Bauindustrie bzw. ein Bauelement hergestellt werden, indem man ein Material auf Cellulosebasis, beispielsweise Sägemehl oder Holzspäne bzw. Holzschnitzel usw. oder Rindenabfall oder andere Materialien, die aus Holz oder Langholz erhalten wurden, einem Unterdruck aussetzt und dann vor dem Aufheben des Unterdruckes die er-findungsgemässe Imprägniermasse zuführt, wobei die Imprägniermasse mindestens teilweise durch das Material absorbiert wird, wenn der Unterdruck aufgehoben wird. Nach dem Ablassen eines gegebenenfalls vorhandenen Überschusses der Imprägniermasse wird Zement in einer geeigneten Menge zu der Mischung aus dem Material und der Imprägniermasse hinzugegeben. Nach dem Vermischen kann die erhaltene Materialmasse unter Druck geformt werden, wodurch ein Element für die Bauindustrie mit einer gewünschten Gestalt gebildet wird. Bei dem erhaltenen Materialsystem beruht das Erhärten des Zements auf der Feuchtigkeit infolge des Wassers, das mit der Imprägniermasse zugeführt wurde, und dies bedeutet, dass das Produkt homogen aushärten kann, so dass der Zement in der ganzen Masse abbindet.
Ein alternatives Produkt, das unter Verwendung der erfindungsgemässen Imprägniermasse hergestellt werden kann, ist eine Flammschutz-Anstrichfarbe. Zur Herstellung einer Flammschutz-Anstrichfarbe wird die erfindungsgemässe Imprägniermasse mit einem Alkydharz, beispielsweise in einem Anteil von 1 bis 10 Vol.-%, vermischt, worauf zu der erhaltenen Lösung oder Mischung fein verteilter Dolomit, der einen Mikro-Feinheitsgrad aufweist, beispielsweise in einer Menge von % kg pro Liter der Mischung hinzugegeben wird. Die erhaltene Masse wird dann zur Erzielung des gewünschten Farbtons mit Pigment, beispielsweise mit synthetischem Pigment, vermischt.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert. In den Beispielen sind alle Prozentangaben auf das Gewicht bezogen.
Beispiel 1 Herstellung einer Imprägniermasse
Durch Behandlung von 15 kg Weizenstroh mit 100 Litern 20%igem Natriumhydroxid wird ein alkalischer Strohextrakt hergestellt. Nach der Verdünnung des erhaltenen, alkalischen Extraktes mit Wasser im Verhältnis 1:10 werden pro 10 Liter des auf diese Weise verdünnten Strohextraktes 200 g Kartoffelmehl bzw. Kartoffel-Stärkemehl hinzugegeben. Zu dieser Mischung wird ausserdem kolloidales Siliciumdioxid vom Typ «Ludox» in einer Menge von 1,1 Litern pro 10 Liter des verdünnten Strohextraktes hinzugegeben. Diese 3 Bestandteile werden unter Rühren vermischt, wobei eine Imprägniermasse gebildet wird, die für die praktische Anwendung bereitsteht.
Beispiel 2
Herstellung einer feuerhemmenden bzw. Flammschutz-
Bauplatte
100 Liter Sägespäne (entsprechend einem Trockengewicht von etwa 13 kg) werden in einen Autoklaven hineins
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15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
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gefüllt und darin einem Unterdruck (Vakuum) bis zu 0,8-0,9 bar ausgesetzt.
Der Autoklav wird dann unter Aufrechterhaltung des Unterdruckes mit 40 Litern einer wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellten Imprägniermasse beschickt. Es wird gerührt, so dass die Sägespäne den Hauptteil der Imprägniermasse absorbieren. Der Überschuss der Imprägniermasse wird ablaufen gelassen. Etwa 10 Liter der Imprägniermasse werden dabei aus den Sägespänen abgelassen und können wieder verwendet werden.
Die nassen Sägespäne werden in einen Mischer übergeführt und mit Zement in einer Menge von etwa 30 kg pro 100 Liter Sägespäne versetzt. Dis Menge des Zements soll zur gleichmässigen Beschichtung der Körnchen der Sägespäne ausreichen.
Die fertige Mischung aus Sägespänen und Zement wird dann in einer Presse unter einem Druck von etwa 120 t/m2 gepresst, wodurch eine Bauplatte mit den Abmessungen 1200 mm X 2500 mm gebildet wird. Dabei wird durch die beim Pressvorgang aus den Sägespänen hinausgedrückte Feuchtigkeit die Erhärtung des Zements eingeleitet, so dass ein Abbinden in Abhängigkeit von sowohl dem Zement als auch dem Strohextrakt erzielt wird. Man erhält eine harte und widerstandsfähige Bauplatte, die eine sehr hohe Feuerbeständigkeit hat, wie festgestellt wird, wenn man sie einem Feuerschutztest unterzieht. Die Oberflächenschicht beginnt erst nach einem etwa 45minütigen Test unter den sogenannten Standard-Brandbedingungen Risse zu bilden und spröde zu werden. Das Bauelement muss als unbrennbar angesehen werden und ist daher bei der praktischen Verwendung in hohem Masse feuerfest.
Beispiel 3
Herstellung einer Flammschutz-Anstrichfarbe
Bei dieser Anwendung wird eine Imprägniermasse wie in Beispiel 1 beschrieben eingesetzt, wobei jedoch die Menge des Kartoffelmehls von 200 g auf 280 g pro 10 Liter des verdünnten Strohextraktes erhöht worden war.
Diese modifizierte Imprägniermasse wird mit dem lOfa- • chen ihres Volumens eines Alkydharzes [W.W. Harts 5 (Malmsten & Bergvall)] vermischt, das in eine innige Vermischung mit der Grundmasse eintritt. Zu der dabei erhaltenen Lösung oder Mischung wird fein verteilter Dolomit (Mikro-Füllstoff vom Typ Ernströms Dolomit) in einer Menge von etwa 750 g pro Liter und ein Pigment mit der io gewünschten Farbe hinzugegeben.
Unter Verwendung der dabei erhaltenen Flammschutz-Anstrichfarbe können Gebäude- oder Apparaturenteile beschichtet werden, wobei eine Oberflächenschicht erhalten wird, die hohen Temperaturen widersteht und gleichzeitig 15 ein ansprechendes Aussehen hat.
Die in Beispiel 2 offenbarte Bauplatte zeigt sehr vorteilhafte Eigenschaften, die durch die Anwendung der erfindungsgemässen Imprägniermasse erzielt worden sind. Man kann feststellen, dass die als Ausgangsmaterial eingesetzten 2o Sägespäne durch die Behandlung mit der erfindungsgemässen Imprägniermasse in einem vollkommen abgestorbenen Zustand gehalten oder konserviert werden, und zwar in dem Sinne, dass die Eigenschaften des Holzes in dem fertigen Produkt in keiner Weise gefunden werden und dass das Holz 25 weder schimmelig werden noch verfaulen kann. Im Hinblick darauf erhält die fertige Bauplatte Eigenschaften, die den -Eigenschaften eines anorganischen, toten Materials vollständig entsprechen.
Eine alternative Anwendung der erfindungsgemässen Im-30 prägniermasse besteht darin, dass man diese Imprägniermasse mit gebranntem Magnesit, d.h. mit Magnesiumoxid, vermischt, wodurch eine Masse erhalten wird, die zur Beschichtung von elektrischen Kabeln oder von brennbaren Teilen aus Holz oder Papier eingesetzt werden kann. Nach der Durch-35 führung dieser Beschichtung ist das beschichtete Material nicht mehr brennbar, d.h., dass sich das Feuer nicht mehr in der gleichen Weise wie vor der Beschichtung durch das ganze Material hindurch ausbreiten kann.
v
Claims (9)
1. Imprägniermasse, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende Bestandteile enthält:
(a) einen alkalischen Extrakt eines Holzcellulose-Materials
(b) ein hochmolekulares Kohlenhydrat und
(c) ein Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsilicat oder kolloidales Siliciumdioxid.
2. Imprägniermasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestandteil (a) aus einem Volumenteil eines, mit 5 bis 15 Volumenteilen Wasser verdünnen, alkalischen Extraktes von Stroh besteht, dass der Besandteil (b) aus Cellulose oder verätherter Cellulose oder Stärke in einer Menge von 100 bis 300 g pro Liter des unverdünnten, alkalischen Extraktes von Stroh besteht und dass der Bestandteil (c) aus mindestens 1 Liter Kalium- oder Natriumsilicat oder mindestens 180 g kolloidalem Siliciumdioxid pro Liter des unverdünnten, alkalischen Extraktes von Stroh besteht.
2
PATENTANSPRÜCHE
3. Imprägniermasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass d'er Bestandteil (b) aus Äthyl- oder Methyl- oder Äthyl-/Methyl-Cellulose besteht.
4. Verfahren zur Herstellung einer Imprägniermasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den alkalischen Extrakt eines Holzcellulose-Materials zuerst mit dem hochmolekularen Kohlenhydrat vermischt und die erhaltene Mischung dann reifen lässt, bis sich die Cellulose in. dem alkalischen Extrakt aufgelöst hat, worauf diese Mischung mit einer Lösung von Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsilicat oder kolloidalem Siliciumdioxid zusammengebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4 zur Herstellung der Imprägniermasse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass man den mit 5 bis 15 Volumenteilen Wasser verdünnten alkalischen Extrakt des Strohs mit Cellulose, verätherter Cellulose oder Stärke vermischt, in einer Menge von 100 bis 300 g pro Liter des unverdünnten alkalischen Extraktes bis sich die Cellulose oder Stärke in dem alkalischen Extrakt aufgelöst hat, worauf diese Mischung mit mindestens einem Liter Kalium- oder Natriumsilicat oder mindestens
180 g kolloidalem Siliciumdioxid pro Liter des unverdünnten alkalischen Extraktes zusammengebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, zur Herstellung der Imprägniermasse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass als verätherte Cellulose" Äthyl- oder Methyl- oder Äthyl-/ Methyl-Cellulose verwendet wird'.
7. Verwendung einer Imprägniermasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung eines Elements für die Bauindustrie, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Material auf Cellulosebasis einem Unterdruck aussetzt und dem Material dann die Imprägniermasse zuführt, damit das Material die Imprägniermasse aufnimmt, worauf Zement hinzugegeben wird1, um eine Mischung zu bilden, die zur Herstellung eines Elements für die Bauindustrie unter Druck geformt wird.
8. Verwendung einer Imprägniermasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung einer Flammschutz-Anstrichfarbe, dadurch gekennzeichnet, dass man die Imprägniermasse mit einem Alkydharz zusammenbringt und zu der erhaltenen Mischung fein verteilten Dolomit und ein Pigment zur Erzielung des Farbtons hinzugibt.
9. Verwendung einer Imprägniermasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung einer Beschichtungsmasse, dadurch gekennzeichnet, dass man der Imprägniermasse gebrannten Magnesit (Magnesiumoxid) zuführt, wodurch die Beschichtungsmasse gebildet wird.
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