NO862022L - Varmebestandig treplate samt fremstilling derav. - Google Patents

Description

VARMEBESTANDIG TREPLATE SAMT FREMSTILLING DERAV

Foreliggende oppfinnelse omhandler varmebestandige trepla-ter spesielt byggeplater såsom veggplater inneholdende i hovedsak en trekomponent såsom trespon, trefibre, fagspon og/eller treull og et bindemiddel, en fremgangsmåte for fremstilling av disse plater og et nytt hydraulisk bindemiddel for denne fremstilling.

Bindemidlene som for tiden anvendes for veggplater basert på trefibre, fagspon og treull med forbedret resistens mot varme, sopp og insekter etc. er i hovedsak Portland, lim, magnesia eller Sorel<1>s lim og gips. Limbundet treverk såsom f.eks. partikkelplater inneholder 30-70 vekt0/ trefibre og partikler og ca. 70-30 vekt% av et uorganiske bindemiddel. Bindemidlet påvirker for en stor grad egenskapene både til fremgangsmåte og produkt.

Trefibre som har undergått forskjellige preparerings trinn blandes sammen med et bindemiddel, forskjellige kjemikalier og den krevede mengde vann. Etter at platene har blitt dannet i et eller flere lag på et samlebånd eller på plater undergår de vanligvis en preliminær kompresjon i en presse hvorpå platene presses sammen ved høy temperatur i en hovedpresse. Trykket til pressen varierer mellom 5 til 40 atmosfærer og pressing opprettholdes til platene har fått tilstrekkelig styrke for å løsnes og transporteres. Presstiden for Portland limte plater kan beløpe seg til 8 timer eller mer, mens med magnesialim kan trykkstyrken oppnås allerede etter 10-15 minutter.

Pressing følge av lagring hvorpå platene trimmes, sandpres-ses og pakkes.

Spesielt for Potland limte bord innebefatter den lange presstiden og påfølgende lange lagringstiden høye kostnader og er ofte den begrensende faktor ved produksjon.

Setting eller herding av Portland lim når den er blandet med den krevede mengde vann blir lett påvirket av forskjellige kjemikalier. Substanser somøker settingen av limet kalles akseleratorer og de som forsinker hydreringsreaksjo-nene kalles retardatorer. Akseleratorer består i hovedsak av enkle 1 ettoppløselige salter av alkali- eller jordalka-liklorider, sulfater, nitrater etc. som hever ionekonsen-trasjonen i den vandige fase og derved oppløseligheten for hydreringsproduktene i limet.

Retardatorer består av lett oppløselige metallsalter som sammen med kalken i limet danner tungt løselige eller ulø-selige Ca salter eller reaksjonsprodukter som utfelles på overflaten av 1imparti klene og hindrer videre hydrering. Oppløselige organiske stoff med høy molekylvekt har også en retarderende effekt på settingen av limet.

De vanligste retardatorer for Portland lim er karbohydrater og spesielt sukkeret som selv i konsentrasjoner så små som noen hundredels prosent av vekten av limet kan forårsake vesentlig retardering av hydreringen til limet.

Forskjellige typer treverk inneholder mange ekstraherbare komponenter som har en sterkt retarderende effekt på settingen av Portland lim. De mest skadelige komponenter er forskjellige sukkere og stivelse, garvesyre, enkelte feno-liske komponenter og dekomponeringsprodukter av hemicellu-lose. Som en konsekvens er det ved produksjon av limbundet treverk bare mulig å anvende tretyper som har et lavt innhold av disse komponenter eller hvor disse komponenter kan reduseres til et akseptabelt nivå uten medfølgende økede kos tn ader.

Hardt treverk har spesielt et høyt innhold av eks traherbare sukkere i form av pentoser og det har følgelig ikke normalt vært mulig å anvende hardt treverk i trevirket som inneholder Portland lim som bindemiddel.

I hydreringen av Portland lim frigis store mengder av Ca( OH)^ og pH til poreoppløsningen er ca. 12,5. Ved denne pH dekomponeres hemicellulosen til treverket til mindre en-heter som delvis er vannoppløselige og gir opphav til retardering av settetiden.

Anvendeligheten av treverk for formål såsom limbundede tre-plater kan testes ved hjelp av å blande en kjent mengde treflis av kjent størrelse sammen med limet og vann for å danne en pasta og observere variasjonen i temperatur under herding i et adiabatisk kalorimeter. På denne måte kan det oppnås en god ide om mulige skadelige ekstraherbare substanser i treverket og av styrken og alvorligheten av even-tuell retardering. (W. Sandermann, R.Kohler, "Ueber eine kurze Eignungsprufung von Holzern fur Zementgebundene Werkstoffe", Holzforschung Bd 18 (1964) H 12 pp. 53-59 og W. Sandermann, U.v.Delm, "Einfluss chemischer Faktoren auf die Festigkeitseigenschaften zementgebundener Holzwolle-platten", Holz als Roh- und Werkstoff 9. H 3 (Marz) 1951 pp. 97-101.) På denne måte har et par hundre forskjellige typer treverk blitt testet for anvendbarhet med hensyn til produksjon av limbundede par tikkelprodukter. Forskjellige typer treverk gir forskjellige tidstemperaturkurver og det er en klar sammenheng mellom temperaturvariasjonen i for-søkene og utviklingen av styrken i limbundede plater dannet fra denne type treverk.

Disse forsøkene viser klart at mykt treverk generelt gir mindre retardering av settetiden enn hardt treverk. Passende typer treverk er f.eks. gran, furu og edelgran mens f.eks. bjerk og bøk er fullstendig uanvendelige og f.eks. eik kan bli brukt kun ved bestemte betingelser.

Selv mykt treverk forårsaker en viss retardering av settingen. Følgelig antas det at treverket bør avbarkes grun-dig og lagres under vann i flere måneder før bruk. På denne måten kan en viss del av de skadelige komponenter ekstrahe-res fra treverket og retarderingen av settetiden reduseres. Videre kan den skadelige effekt av treekstraktet motvirkes

ved bruk av såkalt raskt lim dvs. et finmalt lim med et høyt innhold av herdekomponentene C^S (trikalsiumsilikat)

og C^A (trikalsiumaluminat) som reagerer raskere og gir en sterkere utvikling av varme enn andre herdekomponenter.

Bruken av forskjellige såkalte mineralstoffer "minerali-zers" med hvilke treflisene impregneres før blanding med lim for å forhindre eller redusere ekstraksjon av stoffene som retarderer settingen har blitt brukt med hell. Blant disse miner alstof f er kan det nevnes CaC^, MgC^, Ca format og Ca acetat, polyetylenglykol, MgSiF^, nitritter, nitrater etc. Effekten av disse mineralstoffer er imidlertid begrenset og dessuten innebefatter bruk av disse ytterligere forholdsregler og økede produksjonsomkostninger.

For å oppnå høyere korttidsstyrke har også tilsetning av A12(S04)3og Ca(OH)2blitt brukt. Disse to kompo-

nenter gir opphav til mineralet ettringitt (C^A.3 Ca(SO^).32-36 H^ O) som utfelles som lange nålformede krystaller og derved virker for å oppnå en høyere korttids-s tyrke.

Et mål med foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe et bindemiddel som kan erstatte Portland lim og det enda dyrere magnesialim (Sorel's lim) ved tilvirkning av varmebestandige veggplater og lignende produkter. Det har nå overraskende blitt funnet i eksperimenter at ved hjelp av å erstatte Portland limet med finmalt hydraulisk smelteovns-slagg og tilsette passende kjemikalier er det mulig å over-vinne mange av vanskelighetene som oppstår ved tilvirking av limbundet trepartikkel og treullplater når Portland lim brukes som bindemiddel.

De vesentlige særtrekk av oppfinnelsen vil bli anskuelig-gjort fra de medfølgende patentkrav.

Bruk av slagg som tillegg i Portland lim fører vanligvis til et lim med lav varmeutvikling, forkortet korttidsstyrke og en senere utvikling av styrke. De såkalte slagglim eller blandede lim har følgelig oppnådd størst bruk i området hvor god korttidsstyrke ikke er krevet men hvor det legges vekt på andre egenskaper. Det har blitt fastslått at høy-verdig lim danner limbundede trepartikkelprodukter med høy-ere styrke, f.eks. Czielski i "Beton in Fasern aus Holz", Holz als Roh- und Werkstoff 33 (1975) pp. 303-307 og Pampel and Schwarz i "Technologie und Verfahrungstecknik zementgebundener Spanplatten", Holz als Roh- und Werkstoff 37

(1979) pp. 195-202.

Det er således meget overraskende at det ved å starte med finmalt hydraulisk smelteovnsslagg er mulig ved tilsetning av forskjellige kjemikalier å danne et bindemiddel som på den ene side synes å være ufølsomt overfor vanligvis skadelige ekstraktsubstanser i treverk og på den annen side gir produkter med korttidsstyrke som gjør slipping mulig fra formen etter mye kortere tid enn det som er mulig ved å bruke Portland lim som bindemiddel.

På samme tid tillater bruk av slagg mye høyere trykktempe-raturer å bli anvendt ved tilvirkningsprosessen uten at den endelige styrke blir påvirket negativt som er tilfelle ved bruk av f.eks. raskt herdende Portland lim.

Bruk av smelteovnsslagg som bindemiddel gjør det således mulig å bruke tretyper som ikke kunne brukes ellers i produksjon av partikkelplater p.g.a. deres høye innhold av ekstraherbare komponenter med en retarderende effekt og på samme tid kan dyre og langvarige presstider unngås i pro-sessen.

Således i henhold til foreliggende oppfinnelse har det blitt dannet varmebestandig treverk spesielt veggplater hvor sammensetningen i hovedsak består av en trekomponent såsom treflis, trefiber, sagflis og/eller treull og et bindemiddel som består av finmalt hydraulisk smelteovns-slagg som aktiveres av en aktivator med en alkalisk reaksjon.

Også i henhold til foreliggende oppfinnelse har det blitt fremskaffet en fremgangsmåte for fremstilling av varmebe standig sammensatt treverk, spesielt veggplater ved hjelp av å bringe en trekomponent såsom treflis, trefiber, sagflis og/eller treull i kontakt med et bindemiddel som består av finmalt smelteovnsslag og en aktivator og deretter forme massen således erholdt til den ønskede form fortrinnsvis til plater under påvirkning av varme og trykk.

For at massen skal ha denønskede formbarhet tilsettes den krevede mengde vann.

Vektforholdet mellom trekomponenten og smelteovnsslagget er passende mellom 20:80 og 80:20.

Dersom det ønskes en lettere treblanding kan en del av trekomponenten erstattes av uorganisk balast (materiale med lav tetthet) såsom ekspandert leire, perlitt, vermikulitt og lignende.

Videre kan en del av smelteanslaget erstattes med pozzol-aner såsom flyveaske og lignende.

Aktivatorene brukt for smelteovnsslagget er fortrinnsvis forskjellige alkaliske salter og forbindelser med en alkalisk reaksjon såsom al kalihydroksyd. Aktivatoren består fortrinnsvis av natriumvannglass og natriumhydroksyd i deler på ca. 0,2-10% natriumvannglass og ca. 1-10% natriumhydroksyd regnet ut fra vekten til smelteovnsslagget. Et annet eksempel på en passende aktivator er lut, soda og vanngass. Luten brukt som aktivator kan også dannes in situ f.eks. ved hjelp av reaksjonen mellom soda og kalk.

Oppfinnelsen beskrives nedenfor i nærmere detalj ved hjelp av følgende eksempel.

I forsøk som har blitt utført både i laboratorieskala og som fabrikkforsøk ble effekten av kombinasjoner av forskjellige alkalisalter og NaOH på settingen av slagget undersøkt. Det ble funnet at den totale mengde av alkalisalter og også fordelingen mellom de forskjellige alkali- komponenter hadde innvirkning på både starten og hastighe-ten av settingen og styrken til produktene.

I eksperimentene ble et hydraulisk smelteovnsslagg brukt som hadde blitt malt i en kulekvern til et spesifikt overflateareale på 470 m 2/kg. Reaksjonshastigheten og utviklingen av styrke ble ved eksperimentet funnet å avhenge av det spesifikke overflateareale til slagget. Den kjemiske sammensetning av slagget som ble brukt var som følger:

Kjemisk sammensetning av slagget

Når en lignende pasta ble fremstilt med 10% gran eller bjerkemel og 90% raskt herdende lim ble ingen setting erholdt innen 7,5 timer fra tilsetningen av vann. Etter 24 timer lagring hadde imidlertid pastaen satt seg.

Herdingen er meget avhengig av temperaturen, forholdet vann/bindemiddel og forholdet treverk/bindemiddel.

Andre forskjellige måter å påvirke settetiden til en pasta av slagg og bjerk (90:10) er vist i tabell 3. Temperatur 27°C, vann/bindemiddelforhold = 0,48.

Vannglasset kan delvis eller fullstendig erstattes av fin-knust silisiumsyre.

Eksempel 1

Forskjellige mineralkomponenter i form av baser og alkalisalter har blitt brukt som aktivatorer. NaOH har lenge vært kjent som en aktivator for slagg. Sammen med vannglass gir det rask fetting av en blanding av slagg og tremel i forholdet 90:10 som det fremgår av tabellen nedenfor. I for-søkene ble det billigere Na vannglass vanligvis brukt men K vannglass kan også brukes.

Eksempel 2

Det ble også funnet at med den nye fremgangsmåten var det mulig i fremstillingen av plater å bruke typer av treverk som ikke kunne vært brukt når bindemiddelet bestod av Portland lim.

Fra rapportene angitt tidligere er det tydelig at f.eks. hardt treverk ikke kunne bli brukt p.g.a. sitt høye innhold av pentoser og andre ekstraherbare substanser som har en sterk retarderende effekt på settingen av limet.

Når slagg brukes som bindemiddel på den ovenfor angitte måte oppstår ingen retardering av settingen slik at forskjellige typer hardt tre kan brukes og kostnadene kan derved reduseres. På laboratorieskala har eksperimenter blitt utført for å bestemme settetiden med blandinger av slagg og tremel av forskjellige typer treverk. På lignende måte har plater blitt dannet på laboratorieskala av bjerk, eik, bøk, edelgran, eukalyptus og andre treslag med gode resultater. Resultatene er vist i tabell 4.

Eksempel 3

Plater av slagg med gran og bjerk henholdsvis har blitt fremstilt både på laboratorieskala og i full fabrikkskal a.

I laboratoriet ble plater dannet fra slagg og treverk for hånd med vektforholdet 70:30 og herdet ved hjelp av forskjellige presstider og temperaturer. Resultatene er gitt i tabell 5.

Effekten av alkalimengdene på styrken av platene av slagg og bjerkemel er vist i tabell 6. Trykktemperaturen var 125 C og trykktiden 20 minutter. Tykkelsen av platene var 10 mm .

I forsøk på laboratorieskala ble kun pulverisert treverk brukt som innebefattet et høyere vann/bindemiddelforhold enn ved bruk av treverk i form av flis. Følgelig i labora-torieforsøk må lavere styrkeverdier ventes enn i fullskala-forsøk.

Eksempel 4

Fullskalaforsøk

Forsøk med finmalt granulert smelteovnsslagg som bindemiddel har blitt utført i full skala i en fabrikk hvor magne-siasement tidligere ble brukt som bindemiddel.

Slagg, granflis/bjørkeflis, lut og vannglass sammen med den krevede mengde vann ble blandet i en kraftblander i mengder på 200 kg i 2-3 min. Platene ble dannet i 3 lag med bland-ingsforhold

Mengdeforholdet ytre lag: kjerne var 50 : 50.

I blandingen for de ytre lag var den anvendte aktivator NaOH og vannglass henholdsvis 6,2% og 4,6% av slaggmengden. I kjerneblandingen var det tilsvarende verdier 4,7% og 3,5% henholdsvis.

Fuktighetsinnholdet til granflisen i blandingen for det ytre lag var 7% og i den for kjernelaget 10%. Fuktighetsinnholdet i bjerkeflisen var 4,0% og'5,3% henholdsvis.

Vann/bindemiddelforholdet til blandingene varierte mellom 0,30 og 0,34.

Blandingen ble lagt i tre lag på et samlebånd av plater og etter preliminær sammenpressing stablet i en holder og en-delig presset ved 135 - 140°c i 10 - 15 minutter.

Platene hadde en tykkelse på 12 mm og en tetthet på 1250 kg/m 3 ble det siktet mot.

Etter frigjøring ble platen avkjølt i en kjøletrakt og var så klare for trimming og pussing. Resultatene er gitt i tabell 7 og 8.

Ingen optimalisering av de eksperimentelle faktorer ble ut-ført.

Claims (10)

1. Varmebestandig treblanding spesielt veggplater inneholdende i hovedsak en trekomponent såsom treflis, trefiber, sagflis og/eller treull og et bindemiddel, karakterisert ved at bindemiddelet består av et finmalt hydraulisk smelteovnsslagg som aktiveres ved en aktivator med en alkalisk reaksjon.

2. Blanding ifølge krav 1, karakterisert ved at vektforholdet av trekomponenten til smelteovnsslagget er mellom 20:80 og 80:20.

3. Blanding ifølge krav 1, karakterisert ved at det ytterligere inneholder pozzolana, f.eks. flyveaske.

4. Blanding ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at aktivatoren består av et alkalisk salt såsom vannglass og en forbindelse med en alkalisk reaksjon såsom alkalihydroksyd, muligens sammen med andre komponenter.

5. Fremgangsmåte for fremstilling av varmebestandig treverk spesielt veggplater ved å bringe en trekomponent såsom treflis, trefiber, sagflis og/eller treull i kontakt med et bindemiddel og en aktivator og deretter forme blandingen således erholdt til den ønskede form under påvirkning av varmeavtrykk, karakterisert ved at det finmalte hydrau-liske smelteovnsslagg brukes som bindemiddel.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at vektforholdene av trekomponenten til smelteovnsslagget er mellom 20:80 og 80:20.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at en del av smelteovnsslagget er erstattet av pozzolana f.eks. flyveaske.

8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 5 til 7, karakterisert ved at et alkalisk salt såsom vannglass og en forbindelse med en alkalisk reaksjon såsom al kalihydroksyd brukes som aktivator.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at aktivatoren består av natriumvannglass og natriumhydroksyd som brukes i mengder på 0,2 til 10% natriumvannglass og 1-10% natriumhydroksyd regnet ut fra vekten av smelteovnsslagg.

10. Anvendelse av finmalt hydraulisk smelteovnsslagg som bindemiddel ved fremstilling av varmebestandig trevirke, spesielt veggplater.