Neuer Papier-, Karton- bzw. Pappewerkstoff New paper, cardboard or cardboard material
Die Erfindung betrifft einen neuen Papier-, Karton- bzw. Pappewerkstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 10 bzw. ein Verfahren zur Herstellung dieses neuen Werkstoffes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11. Papier-, Karton- bzw. Pappewerkstoffe werden insbesondere als Baustoffe im Baugewerbe in vielfältiger Form eingesetzt, beispielsweise als Verkleidungs-, Isolier- oder Dämmmaterial. Da diese Werkstoffe jedoch den Nachteil relativ leichter Entflammbarkeit bzw. Brennbarkeit haben und dementsprechend gemäß der DIN-Norm 4102 in die Baustoffklassen B2 bzw. B3 einzuteilen sind, sind diese Werkstoffe nicht in allen Gebieten gut und vorteilhaft einsetzbar. In die Baustoffklasse B2 lassen sich z.B. Baustoffe einteilen, die sich durch Zündquellen entflammen lassen und die abhängig von den Umgebungsbedingungen von alleine weiter brennen. In die Baustoffklasse B3 sind Baustoffe einzuordnen, die sich mit kleinen Zündquellen entflammen lassen und die ohne weitere Wärmezufuhr mit steigender Geschwindigkeit weiter brennen. Derartige Baustoffe stellen ein hohes Brandrisiko dar und dürfen üblicherweise bei der Errichtung von baulichen Anlagen nicht verwendet werden. Um das Flamm- bzw. Brandverhalten von Papier-, Karton- bzw. Pappewerkstoffen zu verbessern, werden derartige Werkstoffe mit diversen Flammschutzmitteln behandelt bzw. imprägniert. Diese Flammschutzmittel wirken nach unterschiedlichen Prinzipien, z.B. indem sie die Entflammung der zu schützenden Stoffe verhindern, die Entzündung behindern oder die Verbrennung erschweren. So wirken einige Flammschutzmittel auf die Weise, dass sie die natürliche Fähigkeit des Holzes, sich durch Bildung einer unbrennbaren Holzkohlenschicht gegen Feuer abzuschirmen, verstärken. Andere Flammschutzmittel geben beispielsweise beim Verbrennen flammenerstickende Gase ab, die dem Sauerstoff den Zutritt zum brennbaren Stoff verwehren. Wieder andere Flammschutzmittel blähen sich beim Erhitzen schaumig auf und bilden ein feinporiges, isolierendes Polster aus. Es sind aber auch Kombinationen dieser Wirkungsmöglichkeiten möglich. All diesen Flammschutzmitteln ist gemeinsam, dass sie auf verschiedenste Art und Weise auf das mehr oder weniger fertige Produkt nachträglich aufgetragen werden, beispielsweise durch Besprühen, Eintauchen, Bestreichen od. dgl.. So existieren beispielsweise Brandschutzdispersionen für Holz, Flammschutzmittel zum Einsprühen von Papier- oder Synthetikfasern, Flammschutzmittel in Form von Farben oder Beschichtungen etc.
Das Ziel, diese Baustoffe bzw. Werkstoffe gemäß der Baustoffklasse B1 schwer brennbar bzw. schwer entflammbar zum machen, wird durch diese Maßnahmen meist erfüllt. Ein Baustoff gilt dabei als schwer brennbar bzw. entflammbar, wenn er den sogenannten Schlyter-Test besteht, d.h. wenn der Werkstoff nach dem Erlöschen des Feuers nicht selbständig weiter brennt. Verbreitet zu diesem Zweck ist der Einsatz von Borax, insbesondere Borax- Decahydrat oder anderen Borsäuresalzen bzw. -derivaten, in wässeriger Lösung. Anorganische Borverbindungen sind allgemein als gute Flammschutzmittel bekannt. In der Natur liegt zumeist das Mineral Borax- Decahydrat (Tinkal) bzw. Dinatriumtetraborat- Decahydrat Na2B4O7 *10H2O [CAS 1303-96-4] vor. Dieses Boraxerz wird üblicherweise gefördert, zerkleinert, mit Wasser behandelt und anschließend wird Borax unter Vakuum auskristallisiert. Durch Auswahl der richtigen Kristallisationstemperatur ist es möglich, bei Temperaturen über 70°C, Borax-Pentahydrat oder bei geringeren Temperaturen Borax- Decahydrat zu erhalten. Die Löslichkeit von Borax in Wasser ist relativ gering. Wird ein borax- bzw. borsäurehältiger Werkstoff erhitzt oder verbrannt, schmilzt das Borax und bildet einen glasartigen Überzug über die Fasern des Materials. Außerdem wird bei ansteigender Temperatur das inhärente Kristallwasser freigesetzt. Aus diesem Grund sind Borax- und Borsäure bzw. Borverbindungen generell gut als Flammschutzmittel für Holzprodukte, Cellulose oder Baumwollprodukte geeignet. So ist beispielsweise aus der Literatur bekannt, Papierwerkstoffe oder diverseThe invention relates to a new paper, cardboard or cardboard material according to the preamble of claim 1 or 10 or a method for producing this new material according to the preamble of claim 11. Paper, cardboard or cardboard materials are used in particular as building materials used in the construction industry in a variety of forms, for example as cladding, insulation or insulation material. However, since these materials have the disadvantage of relatively easy flammability or flammability and are therefore to be divided into building material classes B2 and B3 according to DIN standard 4102, these materials cannot be used well and advantageously in all areas. Building materials class B2, for example, can be used to classify building materials that can be ignited by ignition sources and that continue to burn by themselves depending on the ambient conditions. Building materials class B3 includes building materials that can be ignited with small sources of ignition and that continue to burn with increasing speed without the addition of heat. Building materials of this type pose a high fire risk and are usually not allowed to be used when building structures. In order to improve the flame or fire behavior of paper, cardboard or cardboard materials, such materials are treated or impregnated with various flame retardants. These flame retardants work according to different principles, for example by preventing the inflammation of the substances to be protected, by hindering the ignition or by complicating the combustion. Some flame retardants work in such a way that they increase the natural ability of the wood to shield itself from fire by forming an incombustible layer of charcoal. Other flame retardants, for example, emit flame-suffocating gases when they burn, which prevent oxygen from entering the combustible substance. Still other flame retardants expand to a foam when heated and form a fine-pored, insulating cushion. Combinations of these effects are also possible. All these flame retardants have in common that they are subsequently applied in various ways to the more or less finished product, for example by spraying, dipping, brushing or the like. For example, there are fire retardant dispersions for wood, flame retardants for spraying paper or Synthetic fibers, flame retardants in the form of paints or coatings etc. The goal of making these building materials or materials according to building material class B1 flame-retardant or flame-retardant is usually achieved by these measures. A building material is considered flame-retardant or flammable if it passes the so-called Schlyter test, ie if the material does not continue to burn automatically after the fire has gone out. The use of borax, in particular borax decahydrate or other boric acid salts or derivatives, in aqueous solution is widespread for this purpose. Inorganic boron compounds are generally known as good flame retardants. The mineral borax decahydrate (Tinkal) or disodium tetraborate decahydrate Na 2 B 4 O 7 * 10H 2 O [CAS 1303-96-4] is mostly present in nature. This borax ore is usually mined, crushed, treated with water and then borax is crystallized out under vacuum. By selecting the correct crystallization temperature it is possible to obtain borax pentahydrate at temperatures above 70 ° C or borax decahydrate at lower temperatures. The solubility of borax in water is relatively low. If a material containing borax or boric acid is heated or burned, the borax melts and forms a glass-like coating over the fibers of the material. In addition, the inherent crystal water is released as the temperature rises. For this reason, boraxic acid and boric acid or boron compounds are generally well suited as flame retardants for wood products, cellulose or cotton products. For example, paper materials or various materials are known from the literature
Faserstoffe, wie z.B. Cellulose, Zellstoff, Leinen etc., mit verschiedenen Flammschutzmittellösungen zu besprühen bzw. zu imprägnieren. Derartig behandelte Cellulosefasern werden beispielsweise als Isolationsmaterial in die Hohlräume von Trennwänden geblasen. Ein wesentlicher Nachteil der oben genannten Art der Sprüh- bzw. Tauch-Fibrous materials such as Spray or impregnate cellulose, cellulose, linen etc. with various flame retardant solutions. Cellulose fibers treated in this way are blown into the cavities of partition walls, for example, as insulation material. A major disadvantage of the above-mentioned type of spraying or dipping
Applikation ist, dass die Boraxlösung im Wesentlichen nur oberflächlich aufgebracht wird und dass die Boraxlösung in das Papier bzw. die Fasern nur unzureichend eindringen kann. Dadurch kann es zu Unregelmäßigkeiten im Brandverhalten kommen. Auch ist diese Art der Applikation bei dickeren Pappewerkstoffen nicht gut möglich und denkbar, da das Flammschutzmittel nicht den gesamten dickeren Pappewerkstoff komplett durchdringen kann und sich vorzugsweise in den Außenbereichen des Werkstoffes anlagern würde, sodass der Innenbereich flammschutzmittelfrei bleiben oder zumindest eine geringere Konzentration an Flammschutzmittel aufweisen würde. Aus der JP 2003 171898 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines Papiermaterials bekannt, das 25 - 80 % pflanzliche Fasern und 20 - 75 Gew% Borax enthält. Dazu werden 10 - 50 Gew% Borax in Glycerin gelöst, um eine Borax-Glycerin-Lösung zu erhalten.
Diese Glycerin-Lösung wird nun in Wasser aufgelöst, um wiederum eine Borax-Lösung mit 10 - 50 Gew.% Borax und 5 Gew% Glycerin zu erhalten. Anschließend wird das Papier mit dieser Lösung imprägniert und getrocknet. In der WO 94/24359 A wird ein Verfahren zur Herstellung eines faserigen bzw. flockigen, feuerbeständigen Dämmstoffmaterials beschrieben. Bei diesem ausschließlich trocken-chemisch verlaufenden Mischverfahren wird zuerst Basismaterial, insbesondere Zeitungspapier, trocken vermählen und entfasert. In einem nächsten Schritt werden flammhemmende Salze, z.B. Borax, ebenfalls in trockener Form beigemischt. Erfindungsgemäß wird dabei ein Teil des flammhemmenden Mittels in Anhydridform vor der Entfaserung zugegeben und ein Teil des feuerhemmenden Mittels in Hydratform nach dem Entfasem. Durch dieses Verfahren entsteht ein boraxhältiges fibrilliertes, faseriges Dämmstoffmaterial. In der US 4,349,413 A wird ein Verfahren zur Herstellung eines faserigen feuerfesten Zelluloseisolationsmaterials zum Einblasen in Hohlräume beschrieben. Dabei wird Zellulosematerial zuerst unter Druck mittels Dampf beaufschlagt und erhitzt, um das Material weich zu machen. Anschließend wird ein flammhemmendes Mittel, wie z.B. Borax, Borsäure oder ein Borat direkt zugegeben und vermischt. Das flammhemmende Mittel kann in einem trockenen, pulverförmigen Zustand oder in einer konzentrierten wässrigen Lösung zugesetzt werden. Das so erhaltene faserige Zellstoffmaterial wird anschließend getrocknet und kann in dieser Form zur Isolation in Hohlräume eingeblasen werden.Application is that the borax solution is applied essentially only on the surface and that the borax solution can only penetrate the paper or the fibers inadequately. This can lead to irregularities in fire behavior. This type of application is also not easily possible and conceivable for thicker cardboard materials, since the flame retardant cannot completely penetrate the entire thicker cardboard material and would preferably accumulate in the outer areas of the material, so that the inner area remains flame retardant-free or at least has a lower concentration of flame retardant would. JP 2003 171898 A discloses a process for producing a paper material which contains 25-80% vegetable fibers and 20-75% by weight borax. For this purpose, 10-50% by weight of borax are dissolved in glycerin in order to obtain a borax-glycerin solution. This glycerol solution is then dissolved in water in order to again obtain a borax solution with 10-50% by weight borax and 5% by weight glycerin. The paper is then impregnated with this solution and dried. WO 94/24359 A describes a method for producing a fibrous or flaky, fire-resistant insulation material. In this exclusively dry-chemical mixing process, the base material, especially newsprint, is first dry milled and fiberized. In a next step, flame retardant salts, such as borax, are also added in dry form. According to the invention, a part of the flame retardant in anhydride form is added before the defibering and part of the fire retardant in hydrate form after the degassing. This process creates a fibrillated, fibrous insulation material containing borax. No. 4,349,413 A describes a method for producing a fibrous refractory cellulose insulation material for blowing into cavities. Here, cellulose material is first pressurized with steam and heated to soften the material. Then a flame retardant such as borax, boric acid or a borate is added directly and mixed. The flame retardant can be added in a dry, powdery state or in a concentrated aqueous solution. The fibrous pulp material obtained in this way is then dried and can be blown into cavities in this form for isolation.
Ziel der Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden und einen Papier- bzw. Karton- bzw. Pappe Werkstoff der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, der sich durch ein verbessertes Flamm- bzw. Brandverhalten auszeichnet. Außerdem wird ein effizientes Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkstoffes vorgeschlagen. Erfindungsgemäß wird dies bei einem Werkstoff der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. 10 erreicht und bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 11. Durch die gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. 10 vorgeschlagene Zusammensetzung des Papier-, Karton- bzw. Pappewerkstoffes wird das Brandverhalten verbessert, unter gleichzeitiger Beibehaltung der qualitativen Eigenschaften des Werkstoffes. Die Borax-Cellulose-Assoziate bilden einen wesentlichen Faktor bei derThe aim of the invention is to avoid the disadvantages mentioned above and to propose a paper or cardboard or cardboard material of the type mentioned at the outset, which is characterized by improved flame or fire behavior. In addition, an efficient method for producing such a material is proposed. According to the invention, this is achieved with a material of the type mentioned at the outset by the characterizing features of claims 1 and 10 and in a method of the type mentioned at the outset with the characterizing features of claim 11. Through the composition proposed according to the features of claims 1 and 10, respectively of the paper, cardboard or cardboard material, the fire behavior is improved, while maintaining the qualitative properties of the material. The borax cellulose associates form an essential factor in the
Verbesserung des Flamm- und Brandverhaltens, da praktisch alle Fasern lückenlos durch Borax-Cellulose-Fasem geschützt sind.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn faserunabhängiges, nicht mit den Fasern assoziiertes Borax in Form von originärem bzw. natürlich bzw. frei auskristallisiertem bzw. handelsüblichem Borax bzw. Boraxkristallen und/oder im Zuge des Herstellungsverfahrens, insbesondere des Trocknungsverfahrens, d.h. in relativ kurzer Zeit, auskristallisiertes intermediäres Borax, insbesondere eine Partikelgröße von 0,01 bis 3 mm, vorliegt. Durch diese Merkmale ergibt sich der Vorteil einer weiteren Verbesserung des Flamm- und Brandverhaltens. Bei Hitzeeinwirkung bzw. Verbrennung schmelzen das Borax bzw. die Boraxkristalle und bilden einen glasartigen Überzug über die Fasern des Werkstoffes. Um den Werkstoff vorteilhaft zu ergänzen und seine Eigenschaften zu optimieren, können die Merkmale des Anspruches 2 ausgebildet sein. Durch die Zugabe von diversen Additiven bzw. Papierhilfsmitteln können die Eigenschaften des Werkstoffes für gewisse Einsatzgebiete optimiert werden. Eine optimale Zusammensetzung der Werkstoffmatrix ist vorteilhafterweise gemäß den Merkmalen des Anspruches 3 ausgebildet. Aus Preisgründen ist es vorteilhaft, wenn die Faserstoffe, aus denen der Werkstoff gebildet wird, gemäß den Merkmalen des Anspruches 4 ausgebildet sind. Die gemäß Anspruch 5 ausgebildeten Merkmale des Werkstoffes geben ihm hervorragende Stabilitätseigenschaften und gestatten eine flexible Einstellung der Materialdicke. Die gemäß den Merkmalen des Anspruches 6 ausgebildeten Merkmale gestatten je nach Boraxgehalt eine Einteilbarkeit des Werkstoffes in die Baustoff klassen A2 und/oder B1 und erlauben somit den Einsatz dieses Werkstoffes in besonderen Bereichen. Das gemäß den Merkmalen des Anspruches 7 angegebene spezifische Gewicht des Werkstoffes gewährt die Möglichkeit, diesen Werkstoff in Bereichen einzusetzen, in denen leichte, aber dennoch stabile, Materialien gefordert sind. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Merkmale des Anspruches 8, betreffend die Ausbildungsformen des Werkstoffes, vorgesehen sind. Eine Preisreduktion lässt sich durch die Merkmale des Anspruchs 9 erzielen.Improvement of the flame and fire behavior, since practically all fibers are completely protected by borax cellulose fibers. In this context, it is particularly advantageous if fiber-independent borax not associated with the fibers in the form of original or naturally or freely crystallized or commercially available borax or borax crystals and / or in the course of the manufacturing process, in particular the drying process, ie in relative terms short time, crystallized intermediate borax, in particular a particle size of 0.01 to 3 mm, is present. These features have the advantage of further improving the flame and fire behavior. When exposed to heat or combustion, the borax or the borax crystals melt and form a glass-like coating over the fibers of the material. In order to advantageously supplement the material and optimize its properties, the features of claim 2 can be formed. By adding various additives or paper aids, the properties of the material can be optimized for certain areas of application. An optimal composition of the material matrix is advantageously designed according to the features of claim 3. For reasons of price, it is advantageous if the fibrous materials from which the material is formed are designed according to the features of claim 4. The features of the material designed according to claim 5 give it excellent stability properties and allow flexible adjustment of the material thickness. Depending on the borax content, the features formed according to the features of claim 6 allow the material to be divided into the building material classes A2 and / or B1 and thus allow the use of this material in special areas. The specified specific weight of the material according to the features of claim 7 allows the use of this material in areas in which light, yet stable, materials are required. In this context, it is particularly advantageous if the features of claim 8, regarding the training forms of the material, are provided. A price reduction can be achieved through the features of claim 9.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des neuen Papier-, Karton- bzw. Pappewerkstoffes mit verbessertem Flamm- bzw. Brandverhalten wird vorteilhafterweise nach dem Prinzip des Anspruches 11 ausgeführt, wobei die Boraxlösung bereits zu Beginn des Verfahrens mit den Cellulose-Fasern in Kontakt gebracht wird und nicht erst, wie aus dem Stand der Technik bekannt, ein fertig geformtes Werkstoffendprodukt damit behandelt wird. Dies hat eine entscheidend bessere Aufnahmefähigkeit des Borax in die
Cellulosefasern bzw. die Faserstoffe zur Folge und dementsprechend ein gleichmäßigeres bzw. homogeneres Eigenschaftsprofil des Werkstoffes bei gleichzeitig erhöhter Flamm- und Brandschutzwirkung im gesamten Werkstoff. Durch das trockene Vermischen von festem, insbesondere pulverförmigem, bzw. originärem Borax mit dem Faserstoff vor der Zugabe der Boraxlösung wird eine gewisse Verringerung des Restwassergehaltes des Faserstoffes gewährleistet. Ein verfahrenstechnisch einfacher Schritt ist die Zugabe von festem bzw. originärem Borax gleichzeitig mit der Zugabe der Boraxlösung. Die Zugabe des originären Borax bewirkt, dass die Boraxlösung möglichst immer gesättigt ist. So werden eventuelle Verdünnungen durch den Restwassergehalt des Faserstoffes durch zusätzliches Auflösen des originären Borax ausgeglichen bzw. es kann mehr Borax in Lösung gehen, wenn sich im Laufe des Verfahrens die Temperatur lokal oder generell steigert. Dies führt zu einer Erhöhung der Boraxkonzentration und demzufolge kann noch mehr Borax von den Fasern aufgenommen werden. Außerdem können im Endprodukt originäre Boraxkristalle bzw. Boraxstrukturen vorliegen, die einen entscheidenden Beitrag für ein verbessertes Brandverhalten des Werkstoffes liefern. Die Merkmale des Anspruches 12 stellen sicher, dass die entstehende Suspension eine optimale Konzentration zur Weiterverarbeitung besitzt. Durch die Merkmale des Anspruches 13 wird sichergestellt, dass in Abhängigkeit der nächsten Verfahrensschritte, insbesondere auf der Papiermaschine, die richtige Konzentration eingestellt wird. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Merkmale des Anspruches 14 vorgesehen sind, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass zwischen den beiden Verdünnungsschritten gemäß den vorteilhaften Ausführungen nach Anspruch 15 diverse Papierhilfsmittel, etc. eingemischt werden können. Ein für das Verfahren optimaler und energieeffizienter Temperaturbereich ist in den Merkmalen des Anspruches 16 vorgesehen. Zur optimalen Auskristallisierung des Borax bzw. zur Einstellung des endgültigen Boraxgehaltes des Werkstoffes ist es vorteilhaft, wenn die Merkmale des Anspruches 17 vorgesehen sind. Aus energietechnischen Gründen ist es vorteilhaft, die Merkmale des Anspruches 18 vorzusehen. Die finale Bearbeitung des Werkstoffes erfolgt vorteilhafterweise nach denThe process according to the invention for producing the new paper, cardboard or cardboard material with improved flame or fire behavior is advantageously carried out according to the principle of claim 11, the borax solution being brought into contact with the cellulose fibers at the start of the process and not only, as is known from the prior art, a finished molded end product is treated with it. This has a significantly better absorption capacity of the borax in the This results in cellulose fibers or the fibrous materials and, accordingly, a more uniform or homogeneous property profile of the material with a simultaneous increased flame and fire protection effect in the entire material. A certain reduction in the residual water content of the fibrous material is ensured by the dry mixing of solid, in particular powdery, or original borax with the fibrous material before the addition of the borax solution. A technically simple step is the addition of solid or original borax at the same time as the addition of the borax solution. The addition of the original borax ensures that the borax solution is always saturated if possible. Any dilutions due to the residual water content of the fiber material are compensated for by additional dissolution of the original borax, or more borax can dissolve if the temperature increases locally or generally during the course of the process. This leads to an increase in the borax concentration and consequently even more borax can be absorbed by the fibers. In addition, there may be original borax crystals or borax structures in the end product, which make a decisive contribution to improved fire behavior of the material. The features of claim 12 ensure that the resulting suspension has an optimal concentration for further processing. The features of claim 13 ensure that the correct concentration is set as a function of the next method steps, in particular on the paper machine. In this context, it is particularly advantageous if the features of claim 14 are provided, which results in the advantage that various paper auxiliaries, etc. can be mixed in between the two dilution steps according to the advantageous embodiments according to claim 15. An optimal and energy-efficient temperature range for the method is provided in the features of claim 16. For optimal crystallization of the borax or for setting the final borax content of the material, it is advantageous if the features of claim 17 are provided. For reasons of energy technology, it is advantageous to provide the features of claim 18. The final processing of the material is advantageously carried out according to the
Merkmalen des Anspruches 19, wobei es insbesondere von Vorteil ist, wenn in diesem Zusammenhang die Merkmale des Anspruches 20 vorgesehen sind. Dadurch werden dieFeatures of claim 19, wherein it is particularly advantageous if the features of claim 20 are provided in this context. This will make the
Kristallstruktur bzw. die Zusammensetzung der Matrix des Werkstoffes bzw. die
Verteilung des Borax in der Werkstoffmatrix optimiert und können leicht und effizient gesteuert werden. Die Merkmale nach Anspruch 21 ermöglichen eine gemäß dem Anforderungsprofil des Werkstoffes entsprechende Auswahl diverser Borax-Derivate, wobei durch den Einsatz von Borax-Decahydrat beim Erhitzen zusätzlich das meiste Kristallwasser freigesetzt wird, wodurch eine Verbesserung des Flamm- und Brandverhaltens erreicht wird. Der Restwassergehalt der Faserstoffe sollte, um nicht negative Auswirkungen auf die Konzentration der Boraxlösung bzw. auf das Aufnahmeverhalten der Faserstoffe zu haben, gemäß den vorteilhaften Ausführungsformen nach Anspruch 22 ausgebildet sein, da bereits in den Fasern eingelagertes bzw. gebundenes Wasser nur schwer bzw. nicht vollständig von Boraxlösung verdrängt werden kann. Um möglichst viel Borax in bzw. an die Fasern ein- bzw. anlagern zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Merkmale des Anspruchs 23 vorgesehen sind. Auch eine möglich Ausschwemmung bzw. ein Wiederauflösen von Borax kann dadurch verringert bzw. vermieden werden. Vorteilhafte Anwendungsgebiete für den Werkstoff sind in den Merkmalen der Ansprüche 24 bzw. 25 angeführt. Beim Verfahren zur Herstellung des neuen Papier-, Karton- bzw.Crystal structure or the composition of the matrix of the material or the Distribution of the borax in the material matrix optimized and can be controlled easily and efficiently. The features of claim 21 enable a selection of various borax derivatives according to the requirement profile of the material, wherein most of the water of crystallization is additionally released by the use of borax decahydrate when heated, whereby an improvement in the flame and fire behavior is achieved. The residual water content of the fibrous materials should, in order not to have negative effects on the concentration of the borax solution or on the absorption behavior of the fibrous materials, be formed according to the advantageous embodiments according to claim 22, since water already embedded or bound in the fibers is difficult or not can be completely displaced by borax solution. In order to be able to incorporate or add as much borax in or to the fibers, it is advantageous if the features of claim 23 are provided. A possible flushing out or redissolving of borax can also be reduced or avoided in this way. Advantageous fields of application for the material are specified in the features of claims 24 and 25, respectively. In the process for producing the new paper, cardboard or
Pappewerkstoffes werden im Wesentlichen für die Papier-, Karton- bzw. Pappeherstellung übliche Faserstoffe bzw. -halbstoffe eingesetzt. Einsetzbar sind demnach Primärfaserstoffe, wie durch mechanischen Aufschluss aus pflanzlichen Rohstoffen erhaltener Holzstoff oder durch chemischen Aufschluss gewonnener Zellstoff. Weiters können Sekundärfaserstoffe aufgewendet werden, wobei unter Sekundärfaserstoffen, insbesondere aus Altpapier oder Lumpen gewonnene, recycelte Faserstoffe verstanden werden. Faserstoffe werden beispielsweise aus Zeitungspapier, Verpackungsmaterial, Laub, Holzspänen, Kork, Jute, Leinfasern, Hanf, Stroh, Schilf, Kokosfasem oder Heu gewonnen. Zu beachten ist, dass der maximale Restwasseranteil in diesen Fasern 30 Gew% nicht übersteigen und insbesondere kleiner als 15 Gew% sein sollte. Die Faserstoffe werden in einem Behältnis, insbesondere in einem Pulper bzw. Mixer, mit Boraxlösung zusammengeführt. Zur Erstellung der Boraxlösung wird, wie beschrieben, insbesondere Borax-Decahydrat eingesetzt. Die Löslichkeit von Borax- Decahydrat in Wasser ist stark temperaturabhängig und bewegt sich von 20 g/kg Wasser bei 0°C bis 170 g/kg Wasser bei 100°C, wobei sich bei Raumtemperatur etwa 50 g Borax/kg Wasser lösen. Im Weiteren wird unter Borax, insbesondere handelsübliches
Borax-Decahydrat verstanden. Es ist allerdings auch möglich Borax-Penthydrat, wasserfreies Boraxanhydrat und/oder andere Boraxderivate einzusetzen. Die Sättigung der Boraxlösung sollte zwischen 60 % bis 100 % betragen, wobei insbesondere eine voll gesättigte Boraxlösung eingesetzt werden sollte. Gleichzeitig mit der Zugabe der Boraxlösung zum Faserstoff oder auch unmittelbar nach der Zugabe der Boraxlösung zum Faserstoff kann originäres Borax, d.h. natürlich auskristallisiertes bzw. handelsüblich vorliegendes Borax, zugegeben werden, und zwar mit 3 bis 15 Gew%, vorzugsweise 5 bis 12 Gew%, insbesondere 7 bis 9 Gew%, bezogen auf das Gewicht des eingesetzten Faserstoffes. Anschließend werden die Boraxlösung, der Faserstoff und gegebenenfalls das originäre Borax unter Ausbildung einer breiartigen Suspension, insbesondere innig, vermischt bzw. homogenisiert bzw. vermählen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, vor der Zugabe der Boraxlösung den Faserstoff und das originäre Borax im Pulper wiederum mit insbesondere 3 bis 15 Gew%, vorzugsweise 5 bis 12 Gew%, insbesondere 7 bis 9 Gew%, bezogen auf das Gewicht des eingesetzten Faserstoffes, trocken zusammenzuführen zu vermischen, zu homogenisieren bzw. zu vermählen, und erst dann die Boraxlösung einzubringen und wiederum unter Ausbildung der breiartigen Suspension zu homogenisieren. Diese zweite Möglichkeit ist insbesondere dadurch vorteilhaft, dass dadurch das im Faserstoff enthaltene Restwasser bzw. die Restfeuchtigkeit besser verringert bzw. entfernt werden kann. Die Zugabe des originären Borax erfüllt untere anderem den Zweck, dass bei Einsatz bzw. Zugabe von gesättigter Boraxlösung diese Boraxlösung auch möglichst während des gesamten Verfahrensprozesses zu 100% gesättigt bleibt. So werden beispielsweise durch die Restfeuchte des Altpapiers verursachte Verdünnungen durch teilweises Auflösen von originärem Borax ausgeglichen. Im Falle von im Zuge des Verfahrens auftretenden Temperaturerhöhungen, beispielsweise durch Rühren etc., kann ebenfalls zusätzliches Borax in Lösung gehen und dadurch die Borax-Konzentration gesteigert werden, was dazu führt, dass sich noch mehr, insbesondere in maximaler Menge, Borax in den Cellulosefasern einlagern kann. Außerdem geht ein gewisser Anteil des originären Borax während des Verfahrens nicht in Lösung und liegt als originäres Borax im Endprodukt vor, wo es einen wesentlichen Anteil am verbesserten Brandverhalten des Werkstoffs hat. Bei beiden erwähnten Möglichkeiten wird zum Faserstoff bzw. zur Mischung von Faserstoff und originärem Borax jeweils soviel Boraxlösung zugemischt, dass der Anteil des Faserstoffes am Gesamtgewicht der Suspension bzw. der Feststoffmasseanteil zwischen 5 und 25 Gew%, insbesondere 8 bis 18 Gew%, beträgt.
Bei diesem Vorgang saugen sich die Fasern bzw. das sehr aufnahmefähige Faserstoff-Netzwerk mit gesättigter Boraxlösung an bzw. werden nahezu vollständig von Boraxlösung durchdrungen bzw. getränkt. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass die Restfeuchte bzw. der Restwasseranteil der Fasern möglichst klein gehalten wird, da bereits im Faserstoff gebundenes Wasser nur schwer von gesättigter Boraxlösung verdrängt werden kann. Aus diesem Grund ist es zu vermeiden, im Pulper kristallines Borax und reines Wasser einzusetzen, da sich die Fasern sofort mit reinem Wasser ansaugen würden und dadurch kaum Boraxlösung in die Fasern gelangen könnte. Bei der erfindungsgemäßen Vorgangsweise wird es somit vermieden, Faserstoffe z.B. Altpapier mit reinem Wasser, d.h. mit Wasser ohne gelöstem Borax, in Kontakt zu bringen. Auch ist es aus demselben Grund nicht vorteilhaft Faserstoffe mit Boraxlösung mit sehr geringer Boraxkonzentration zu mischen, da die Boraxkonzentration in mit Boraxlösung geringer Konzentration getränkten Fasern nur schwer erhöht werden kann. Nach diesem ersten Schritt im Pulper liegt eine Suspension aus mit Boraxlösung getränkten Fasern und gegebenenfalls darin möglichst gleichmäßig verteilten originären Boraxkristallen vor. Die Temperatur steigt in diesem Schritt durch das Mixen bzw. Rühren von selbst an, d.h. es erfolgt keine zusätzliche Heizung. Die Temperatur liegt insbesondere zwischen 13 bis 55°C, insbesondere zwischen 20 bis 35°C. Die weiteren Verfahrensschritte entsprechen im Wesentlichen den für die Papier-, Karton- bzw. Pappeherstellung üblichen Verarbeitungsschritten. So werden, insbesondere in einem Reject-Sorter, gröbere Verunreinigungen, wie Metall- oder Kunststoffteile entfernt und gegebenenfalls in einem weiteren Schritt die Suspension einer zusätzlichen Feinsortierung unterzogen. Auch können dem Altpapier in einem De-Inking-Prozess, insbesondere durch Flotations- oder Waschverfahren, Farbstoffe, Füllstoffe od. dgl. entzogen werden. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Suspension in einem Refiner erneut zerkleinert und homogenisiert, wodurch insbesondere die Länge der Cellulosefasern eingestellt werden kann. Als ideal haben sich hierbei Faserlängen von unter 2,5 mm erwiesen. Vor dem Aufbringen der Suspension auf eine Papiermaschine, insbesondere eine Langsieb-Papiermaschine, eine Gautsche oder eine ähnliche Einrichtung erfolgt eine Verdünnung der Suspension mit Boraxlösung, wobei insbesondere eine Boraxlösung mit derselben Konzentration wie zuvor im Pulper eingesetzt werden sollte. Die Verdünnung sollte, abhängig von den Anforderungen der Papiermaschine, bis auf einen
Feststoff masseanteil in der Suspension von 0,1 bis 3 Gew%, insbesondere von 0,3 bis 1 Gew%, erfolgen. Diese Verdünnung kann zweistufig erfolgen, wobei in einem ersten Verdünnungsschritt, der insbesondere in einer Mischbütte abläuft, die Suspension auf einen Feststoffmasseanteil von 0,3 bis 7 Gew%, insbesondere von 4 bis 5 Gew%, verdünnt wird. Bei diesem Verfahrensschritt ist auch der geeignete Zeitpunkt, dass zum derart vorliegenden Halbstoff diverse Papierhilfsmittel bzw. Additive bzw. Zusatzstoffe, insbesondere Farben, Bindemittel, insbesondere Latex oder Leim, Füllstoffe oder andere in der Papierherstellung übliche Papierhilfsmittel in üblichen Mengen eingebracht bzw. eingemischt werden. Nach diesem Vorgang wird, insbesondere in einem Vorbehälter der Papiermaschine, auf den zuvor genannten Verdünnungsgrad endverdünnt bzw. eingestellt. Auch hier sollte die Temperatur nicht über den zuvor genannten Temperaturbereich hinausgehen. Die Verteilung der Boraxkristalle sollte möglichst gleichmäßig z.B. durch Rühren eingestellt bzw. beibehalten werden. In der Stoffauflauf- bzw. Siebpartie bzw. auf der Papiermaschine bzw. der Gautsche wird der durch die Verdünnung entstandene Ganzstoff durch teilweises Abpressen oder Absaugen der Boraxlösung gleichmäßig eingedickt bzw. reduziert, vorzugsweise auf einen Restgehalt an Boraxlösung von 45 bis 85 Gew%, insbesondere von 60 bis 70 Gew%. Dadurch entsteht eine im Wesentlichen flächige Bahn, die aus mehreren, übereinander liegenden bzw. parallel zueinander liegenden Schichten bestehen kann. Dieses Rohprodukt bzw. der feuchte Werkstoff wird anschließend einer Trocknung zugeführt. Im Zuge der Trocknung kristallisiert das im Rohprodukt befindliche gelöste Borax zumindest teilweise aus und es bilden sich, wie später genauer beschrieben wird, Borax-Cellulose-Assoziate und gegebenenfalls intermediäres Borax. Die hier vom verdünnten Ganzstoff abgepresste Boraxlösung kann, gegebenenfalls nach einer Reinigung und/oder einer Aufarbeitung, wieder zum Pulper zurückgeführt bzw. recycliert werden oder bei einem Verdünnungsschritt wieder eingesetzt werden. Die Trocknung erfolgt am effizientesten durch eine Maschinentrocknung, gefolgt von einer Lufttrocknung. Die Maschinentrocknung verläuft besonders effizient in einem mehrstufigen, insbesondere einem dreistufigen, Prozess, wobei insbesondere die Temperaturen im Zuge dieses Trocknungsprozesses von Stufe zu Stufe erhöht werden. Der Temperaturbereich liegt zwischen 90 und 150°C, insbesondere zwischen 95 und 145°C, vorzugsweise zwischen 100 und 140°C, wobei ab einer Temperatur von ca. 145°C
die Gefahr einer Blasenbildung stark ansteigt. Durch diese maschinelle Trocknung wird der Restgehalt an Boraxlösung insbesondere auf einen Wert zwischen 30 und 60 Gew% gesenkt. Bei der anschließenden Lufttrocknung bei einer Temperatur zwischen 10 bis 35°C, insbesondere zwischen 15 bis 25°C, soll der Restgehalt an Boraxlösung auf einen Wert von 2 bis 15 Gew%, vorzugsweise 3 bis 10 Gew%, insbesondere 4 bis 6 Gew%, abgesenkt werden. Das so getrocknete Rohprodukt kann nun einem Glättwerk bzw. einem Kalander zugeführt werden und gelangt anschließend zur Weiterverarbeitung, d.h. zum Schnitt bzw. zur Veredelung etc..Cardboard materials are mainly used for the manufacture of paper, cardboard or cardboard, the usual fibrous materials or pulp materials. Accordingly, primary fiber materials can be used, such as wood pulp obtained by mechanical digestion from vegetable raw materials or pulp obtained by chemical digestion. Secondary fiber materials can also be used, secondary fiber materials, in particular recycled fiber materials obtained from waste paper or rags. Fibers are obtained, for example, from newspaper, packaging material, leaves, wood chips, cork, jute, linseed fibers, hemp, straw, reeds, coconut fiber or hay. It should be noted that the maximum residual water content in these fibers should not exceed 30% by weight and in particular should be less than 15% by weight. The fibrous materials are brought together with borax solution in a container, in particular in a pulper or mixer. As described, borax decahydrate in particular is used to prepare the borax solution. The solubility of borax decahydrate in water is strongly temperature-dependent and ranges from 20 g / kg water at 0 ° C to 170 g / kg water at 100 ° C, with about 50 g borax / kg water dissolving at room temperature. In addition, borax, especially commercially available Borax decahydrate understood. However, it is also possible to use borax penthydrate, anhydrous borax anhydrate and / or other borax derivatives. The saturation of the borax solution should be between 60% and 100%, in particular a fully saturated borax solution should be used. Simultaneously with the addition of the borax solution to the fibrous material or also immediately after the addition of the borax solution to the fibrous material, original borax, that is to say naturally crystallized or commercially available borax, can be added, namely with 3 to 15% by weight, preferably 5 to 12% by weight, in particular 7 to 9% by weight, based on the weight of the fibrous material used. The borax solution, the fibrous material and optionally the original borax are then mixed or homogenized or ground to form a mush-like suspension, in particular intimately. Another possibility is to add the fibrous material and the original borax in the pulper before adding the borax solution in particular with 3 to 15% by weight, preferably 5 to 12% by weight, in particular 7 to 9% by weight, based on the weight of the fiber material used. to combine dry to mix, to homogenize or to grind, and only then to introduce the borax solution and again to homogenize to form the slurry-like suspension. This second possibility is particularly advantageous in that the residual water or residual moisture contained in the fiber material can be better reduced or removed. The addition of the original borax fulfills, among other things, the purpose that when using or adding saturated borax solution, this borax solution also remains 100% saturated, if possible, throughout the entire process. For example, dilutions caused by the residual moisture of the waste paper are compensated for by partially dissolving the original borax. In the event of temperature increases occurring in the course of the process, for example by stirring, etc., additional borax can also go into solution and the borax concentration can thereby be increased, which leads to even more, in particular in maximum amount, borax in the cellulose fibers can store. In addition, a certain proportion of the original borax does not dissolve during the process and is present as original borax in the end product, where it has a significant share in the improved fire behavior of the material. In both of the options mentioned, so much borax solution is added to the fibrous material or to the mixture of fibrous material and original borax that the proportion of the fibrous material in the total weight of the suspension or the solid mass fraction is between 5 and 25% by weight, in particular 8 to 18% by weight. During this process, the fibers or the very absorbent fiber network is sucked in with saturated borax solution or almost completely penetrated or soaked with borax solution. For this reason it is important that the residual moisture or the residual water content of the fibers is kept as low as possible, since water already bound in the fiber material can only be displaced with difficulty by saturated borax solution. For this reason, it is to be avoided to use crystalline borax and pure water in the pulper, since the fibers would be sucked in immediately with pure water and therefore hardly any borax solution could get into the fibers. In the procedure according to the invention, it is thus avoided to bring fibrous materials, for example waste paper, into contact with pure water, ie with water without dissolved borax. For the same reason, it is also not advantageous to mix fiber materials with borax solution with a very low borax concentration, since the borax concentration in fibers impregnated with borax solution with a low concentration can only be increased with difficulty. After this first step in the pulper, there is a suspension of fibers impregnated with borax solution and, if necessary, original borax crystals evenly distributed therein. In this step, the temperature rises automatically due to the mixing or stirring, ie there is no additional heating. The temperature is in particular between 13 to 55 ° C., in particular between 20 to 35 ° C. The further process steps essentially correspond to the processing steps customary for the manufacture of paper, cardboard or cardboard. In this way, particularly in a reject sorter, coarse impurities such as metal or plastic parts are removed and, if necessary, the suspension is subjected to an additional fine sorting in a further step. The waste paper can also be removed in a de-inking process, in particular by flotation or washing processes, dyes, fillers or the like. In a further process step, the suspension is comminuted and homogenized again in a refiner, whereby in particular the length of the cellulose fibers can be adjusted. Fiber lengths of less than 2.5 mm have proven to be ideal. Before the suspension is applied to a paper machine, in particular a Fourdrinier paper machine, a Gautsche or similar device, the suspension is diluted with borax solution, a borax solution in particular having the same concentration as before being used in the pulper. The dilution should, depending on the requirements of the paper machine, except for one Solids mass fraction in the suspension of 0.1 to 3% by weight, in particular 0.3 to 1% by weight. This dilution can take place in two stages, with the suspension being diluted to a solid mass fraction of 0.3 to 7% by weight, in particular 4 to 5% by weight, in a first dilution step, which takes place in particular in a mixing chest. In this process step it is also the appropriate time for various paper auxiliaries or additives or additives, in particular paints, binders, in particular latex or glue, fillers or other paper auxiliaries customary in paper production, to be introduced or mixed in the usual amounts in the pulp present in this way. After this process, in particular in a preliminary container of the paper machine, the final degree of dilution is finally diluted or adjusted. Here, too, the temperature should not exceed the temperature range mentioned above. The distribution of the borax crystals should be adjusted or maintained as evenly as possible, for example by stirring. In the headbox or wire section or on the paper machine or the Gautsche, the stock produced by the dilution is thickened or reduced evenly by partially squeezing or suctioning off the borax solution, preferably to a residual borax solution content of 45 to 85% by weight, in particular from 60 to 70% by weight. This creates an essentially flat web, which can consist of several layers lying one above the other or lying parallel to one another. This raw product or the moist material is then dried. In the course of the drying, the dissolved borax in the crude product crystallizes at least partially and, as will be described in more detail later, borax-cellulose associates and optionally intermediate borax form. The borax solution squeezed here from the diluted whole substance can, if appropriate after cleaning and / or working up, be returned to the pulper or recycled or be used again in a dilution step. Drying is most efficiently done by machine drying, followed by air drying. Machine drying runs particularly efficiently in a multi-stage, in particular a three-stage, process, the temperatures in particular being increased from stage to stage in the course of this drying process. The temperature range is between 90 and 150 ° C, in particular between 95 and 145 ° C, preferably between 100 and 140 ° C, with a temperature of about 145 ° C the risk of blistering increases sharply. As a result of this mechanical drying, the residual borax solution content is reduced in particular to a value between 30 and 60% by weight. In the subsequent air drying at a temperature between 10 to 35 ° C., in particular between 15 to 25 ° C., the residual borax solution content should be 2 to 15% by weight, preferably 3 to 10% by weight, in particular 4 to 6% by weight , be lowered. The raw product dried in this way can now be fed to a smoothing unit or a calender and then reaches further processing, ie for cutting or finishing, etc.
Ein nach einem derartigen Verfahren erhaltener Werkstoff enthält in Form einer typischen vernetzten bzw. verfilzten Matrix mindestens 50 Gew% Cellulose und mindestens 5 Gew% Borax, wobei insbesondere eine Zusammensetzung von 70 bis 95 Gew% Cellulose und 5 bis 30 Gew% Borax vorteilhaft ist. Zusätzlich können noch diverse Papierhilfsmittel in den üblichen Mengen zugesetzt sein. Durch die Tatsache, dass sich während des Verfahrens, insbesondere im Pulper, die Fasern mit gesättigter Boraxlösung tränken bzw. vollsaugen, bilden sich beim Trocknungsprozess durch Auskristallisieren sogenannte Borax-Cellulose-Assoziate 1 wie sie aus der Zeichnung ersichtlich sind. Diese Borax-Cellulose-Assoziate 1 sind im Wesentlichen von Boraxkristallen bzw. Strukturen, insbesondere vollständig, durchdrungene Cellulosefasern bzw. Cellulosefasern bzw. ein Cellulosefasemetzwerk, die/das mit Boraxkristallen bzw. Strukturen innig und dicht verfilzt sind/ist bzw. Cellulosefasern in die Boraxkristalle bzw. Strukturen ein- oder angelagert sind oder die von einem Boraxkristallgitter umgeben sind. Diese Borax-Cellulose-Assoziate 1 weisen insbesondere eine Größe zwischen 0,05 bis 5 mm auf. Zusätzlich kann in der Matrix des Werkstoffes auch faserunabhängiges Borax 2 vorliegen, wobei dieses faserunabhängige Borax 2 nicht durchdringend mit den Fasern assoziiert ist, d.h. das faserunabhängige Borax 2 durchdringt nicht die Cellulosefasern, wie dies bei den Borax-Cellulose-Assoziaten 1 der Fall ist, sondern ist bestenfalls mit der Oberfläche eines Borax-Cellulose-Assoziates 1 verbunden bzw. an diese ankristallisiert. Dieses faserunabhängige Borax 2 setzt sich einerseits aus dem während des Herstellungsverfahrens, insbesondere während des Trocknungsverfahrens, d.h. in relativ kurzer Zeit auskristallisierten und daher kleinkristallinem, intermediären Borax 4 und/oder aus dem gegebenenfalls im Pulper zugegebenen originären Borax 3 zusammen. Das faserunabhängige Borax 2 weist insbesondere eine Partikelgröße zwischen 0,01 bis 3 mm
auf, wobei große Kristalle mit ca. 3 mm nur in geringen Mengen von bis zu 0,5%, insbesondere 0,1 %, bezogen auf die Gesamtanzahl, vorhanden sind. Auch kann sich die Größe der originären Boraxkristalle 3 im Zuge des Verfahrens durch Mahl-, Zerkleinerungs- bzw. Lösungsprozesse verändern. Die Borax-Cellulose-Assoziate 1 sind in der Matrix des Werkstoffes insbesondere in einem Bereich von 60 bis 100 Vol%, insbesondere 80 bis 97 Vol%, vorzugsweise 85 bis 95 Vol%, bezogen auf das Feststoffvolumen d.h. auf das Volumen, das, beispielsweise bei starker Kompression, von den festen Bestandteilen der Matrix eingenommen wird, ausgebildet bzw. vorhanden. Das faserunabhängige Borax 2 ist insbesondere in einem Bereich zwischen 0 bis 40 Vol%, insbesondere 3 bis 20 Vol%, vorzugsweise 5 bis 10 Vol%, bezogen auf das Feststoffvolumen, vorhanden. Die Cellulosefasern sind vorzugsweise aus Sekundärfasern, insbesondere aus Altpapier, gebildet und weisen eine Faserlänge bis insbesondere 5 mm, vorzugsweise von 0,2 bis 2,5 mm, auf. Der Werkstoff kann nach der Bearbeitung auf der Papiermaschine, insbesondere durch das Ausbringen auf ein Sieb bzw. Siebband oder auf eine Siebwalze bedingt, eine schichtartige Struktur aufweisen bzw. aus einer Mehrzahl, im Wesentlichen gleichartigen, parallel zueinander bzw. übereinander liegenden Schichten aufgebaut sein. Dadurch kann die Dicke des entstandenen Endproduktes, beispielsweise Papier, Karton oder Pappe, eingestellt werden und Einfluss auf die Festigkeitseigenschaften genommen werden. Das spezifische Gewicht des Werkstoffes beträgt vorteilhafterweise zwischen 0,3 bis 2,0 g/cm3, insbesondere 0,6 bis 1 ,2 g/cm3. Der fertige Werkstoff liegt vorzugsweise in kompakter Form vor, insbesondere in Platten oder Bahnen mit einer Dicke von insbesondere 1 bis 5 mm. Der Werkstoff ist nicht brennbar und/oder nicht entflammbar bzw. er ist insbesondere gemäß DIN 4102 in die Baustoffklassen A2 und/oder B1 einzuteilen. Um einen möglichst preiswerten Werkstoff herzustellen, dessen Eigenschaften jedoch nicht negativ beeinträchtigt sind, kann es vorteilhaft sein, wenn keine weiteren Zusatzstoffe eingesetzt werden. Der Werkstoff kann daher frei sein von Glycerin, Aktivkohle, Grafit, Sassolin etc.
Die nun folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Die Verfahrensführung erfolgte mit den in der Papier-, Karton-, bzw. Pappeherstellung üblichen Parametern, wie Temperatur, pH-Wert etc.A material obtained by such a process contains in the form of a typical cross-linked or matted matrix at least 50% by weight of cellulose and at least 5% by weight of borax, a composition of 70 to 95% by weight of cellulose and 5 to 30% by weight of borax being particularly advantageous. Various paper auxiliaries can also be added in the usual amounts. Due to the fact that during the process, in particular in the pulper, the fibers soak or soak in saturated borax solution, so-called borax-cellulose associates 1 are formed during the drying process by crystallization, as can be seen from the drawing. These borax-cellulose associates 1 are essentially penetrated by borax crystals or structures, in particular completely, cellulose fibers or cellulose fibers or a cellulose fiber network that are / are intimately and densely matted with borax crystals or structures or cellulose fibers in the borax crystals or structures are incorporated or attached or which are surrounded by a borax crystal lattice. These borax-cellulose associates 1 are in particular between 0.05 and 5 mm in size. In addition, fiber-independent borax 2 can also be present in the matrix of the material, this fiber-independent borax 2 not being associated with the fibers, ie the fiber-independent borax 2 does not penetrate the cellulose fibers, as is the case with the borax-cellulose associates 1. but is at best connected to the surface of a borax cellulose associate 1 or crystallized onto it. This fiber-independent borax 2 is composed, on the one hand, of the intermediate borax 4 crystallized during the production process, in particular during the drying process, ie in a relatively short time and therefore small-crystalline, and / or of the original borax 3 optionally added in the pulper. The fiber-independent borax 2 in particular has a particle size between 0.01 and 3 mm on, large crystals of approx. 3 mm being present only in small amounts of up to 0.5%, in particular 0.1%, based on the total number. The size of the original borax crystals 3 can also change in the course of the method through grinding, comminution or dissolving processes. The borax-cellulose associates 1 are in the matrix of the material in particular in a range from 60 to 100% by volume, in particular 80 to 97% by volume, preferably 85 to 95% by volume, based on the volume of solids, ie on the volume, for example with strong compression, is taken up by the solid constituents of the matrix, formed or available. The fiber-independent borax 2 is present in particular in a range between 0 to 40% by volume, in particular 3 to 20% by volume, preferably 5 to 10% by volume, based on the solids volume. The cellulose fibers are preferably formed from secondary fibers, in particular from waste paper, and have a fiber length of up to in particular 5 mm, preferably from 0.2 to 2.5 mm. After processing on the paper machine, in particular due to the application to a screen or screen belt or to a screen roller, the material can have a layer-like structure or can be constructed from a plurality of essentially identical layers lying parallel to one another or one above the other. In this way, the thickness of the end product, for example paper, cardboard or cardboard, can be adjusted and the strength properties can be influenced. The specific weight of the material is advantageously between 0.3 to 2.0 g / cm 3 , in particular 0.6 to 1.2 g / cm 3 . The finished material is preferably in compact form, in particular in plates or sheets with a thickness of in particular 1 to 5 mm. The material is non-combustible and / or non-flammable or it is to be divided into building material classes A2 and / or B1 in particular according to DIN 4102. In order to produce a material that is as inexpensive as possible, but whose properties are not adversely affected, it can be advantageous if no further additives are used. The material can therefore be free of glycerin, activated carbon, graphite, Sassolin etc. The following examples illustrate the invention. The process was carried out using the parameters customary in the manufacture of paper, cardboard or cardboard, such as temperature, pH, etc.
Beispiel 1 :Example 1 :
- trockenes Vermischen bzw. Homogenisieren von 100 kg Zellstoff mit 8 kg handelsüblichem bzw. originärem Borax-Decahydrat 3 - Zumischung von 900 kg gesättigter Boraxlösung bei Raumtemperatur und Homogenisieren - Verdünnung der Suspension mit 9000 kg gesättigter Boraxlösung und Aufbringung auf die Papiermaschine - Abpressen bzw. Absaugen von ca. 9700 kg Boraxlösung auf einen Gehalt von ca. 65 Gew% Boraxlösung - Trocknung auf einen Gehalt von ca. 5 Gew% Boraxlösung bzw. eine Restfeuchte von ca. 5%- dry mixing or homogenization of 100 kg of pulp with 8 kg of commercially available or original borax decahydrate 3 - admixing 900 kg of saturated borax solution at room temperature and homogenization - dilution of the suspension with 9000 kg of saturated borax solution and application to the paper machine - pressing or Sucking off approx. 9700 kg borax solution to a content of approx. 65% by weight borax solution - drying to a content of approx. 5% by weight borax solution or a residual moisture of approx. 5%
Nach diesem Verfahren wird ein Papier-, Karton-, bzw. Pappe-Werkstoff mit ca. 83According to this process, a paper, cardboard or cardboard material with approx. 83
Gew% Zellstoff und ca. 15 Gew% Borax erhalten. In der Matrix dieses Werkstoffs ist neben dem Borax in den Borax-Cellulose-Assoziaten 1 bzw. gegebenenfalls dem intermediären Borax 4 zusätzlich handelsübliches bzw. originäres Borax 3 mit ca. 7% By weight of pulp and about 15% by weight of borax. In addition to the borax in the borax-cellulose associates 1 or, if appropriate, the intermediate borax 4, the matrix of this material also contains commercially available or original borax 3 with approx. 7
Gew% vorhanden. Der Werkstoff erweist sich im Brandversuch mit einem auf die Kante gerichteten Bunsenbrenner, insbesondere bei einem Schlytertest, als nicht entflammbar und unbrennbar, auch bei wiederholter und/oder kontinuierlicher Flammeinwirkung über eine längeren Zeitraum.% By weight. In the fire test with a Bunsen burner pointing to the edge, especially in a Schlytertest, the material proves to be non-flammable and non-flammable, even with repeated and / or continuous exposure to flame over a longer period of time.
Beispiel 2: - Vermischen von 100 kg Zellstoff mit 900 kg gesättigter Boraxlösung im Pulper bei Raumtemperatur und Homogenisieren - Verdünnung der Suspension mit 9000 kg gesättigter Boraxlösung und Aufbringung auf die Papiermaschine - Abpressen bzw. Absaugen von ca. 9700 kg Boraxlösung auf einen Gehalt von ca. 67 Gew% Boraxlösung - Trocknung auf einen Gehalt von ca. 5 Gew% Boraxlösung bzw. eine Restfeuchte von ca. 5%
Nach diesem Verfahren wird ein Papier-, Karton-, bzw. Pappe-Werkstoff mit ca. 86 Gew% Zellstoff und ca. 9 Gew% Borax erhalten. Der Werkstoff erweist sich im Brandversuch mit einem auf die Kante gerichteten Bunsenbrenner, insbesondere bei einem Schlytertest, als nicht leicht entflammbar und unbrennbar.Example 2: - Mix 100 kg of pulp with 900 kg of saturated borax solution in the pulper at room temperature and homogenize - Dilute the suspension with 9000 kg of saturated borax solution and apply it to the paper machine - Squeeze or suck off approx. 9700 kg of borax solution to a content of approx 67% by weight borax solution - drying to a content of approx. 5% by weight borax solution or a residual moisture of approx. 5% A paper, cardboard or cardboard material with approx. 86% by weight cellulose and approx. 9% by weight borax is obtained by this process. In a fire test with a Bunsen burner pointing to the edge, particularly in a Schlytertest, the material proves to be not easily flammable and non-flammable.
Beispiel 3: - Vermischen von 100 kg Zellstoff mit 900 kg zu 70% gesättigter Boraxlösung im Pulper bei Raumtemperatur und Homogenisieren - Verdünnung der Suspension mit 9000 kg zu 70% gesättigter Boraxlösung und Aufbringung auf die Papiermaschine - Abpressen bzw. Absaugen von ca. 9700 kg Boraxlösung auf einen Gehalt von ca. 67 Gew% Boraxlösung Trocknung auf einen Gehalt von ca. 5 Gew% Boraxlösung bzw. eine Restfeuchte von ca. 5%Example 3: - Mixing 100 kg of pulp with 900 kg of 70% saturated borax solution in the pulper at room temperature and homogenizing - Dilution of the suspension with 9000 kg to 70% saturated borax solution and application to the paper machine - Squeezing or suctioning off approx. 9700 kg Borax solution to a content of approx. 67% by weight Borax solution Drying to a content of approx. 5% by weight Borax solution or a residual moisture of approx. 5%
Nach diesem Verfahren wird ein Papier-, Karton-, bzw. Pappe-Werkstoff mit ca. 89 Gew% Zellstoff und ca. 6 Gew% Borax erhalten. Der Werkstoff erweist sich im Brandversuch mit einem auf die Kante gerichteten Bunsenbrenner, insbesondere bei einem Schlytertest, als schwer entflammbar.
A paper, cardboard or cardboard material with approx. 89% by weight pulp and approx. 6% by weight borax is obtained by this process. The material has been shown to be flame retardant in a fire test with a Bunsen burner pointing to the edge, particularly in a Schlytertest.