EP1175981A2 - Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus von nachwachsenden Rohstoffen gewonnenem Faser- oder Pflanzenmaterial - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus von nachwachsenden Rohstoffen gewonnenem Faser- oder Pflanzenmaterial Download PDF

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EP1175981A2
EP1175981A2 EP01117511A EP01117511A EP1175981A2 EP 1175981 A2 EP1175981 A2 EP 1175981A2 EP 01117511 A EP01117511 A EP 01117511A EP 01117511 A EP01117511 A EP 01117511A EP 1175981 A2 EP1175981 A2 EP 1175981A2
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EP
European Patent Office
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fiber
plant material
binder
mixture
tannin
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EP01117511A
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EP1175981A3 (de
Inventor
Oskar Meyer
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Agrosys & Co KG GmbH
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Agrosys & Co KG GmbH
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Publication date
Application filed by Agrosys & Co KG GmbH filed Critical Agrosys & Co KG GmbH
Publication of EP1175981A2 publication Critical patent/EP1175981A2/de
Publication of EP1175981A3 publication Critical patent/EP1175981A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/002—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres characterised by the type of binder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/08—Moulding or pressing
    • B27N3/086—Presses with means for extracting or introducing gases or liquids in the mat

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of moldings with a density of 0.15 g / cm 3 to 0.40 g / cm 3 at least from fiber or plant material obtained from renewable raw materials in the form of regrown, crushed raw materials and Tannin as a binder component without formaldehyde content.
  • cellulose-based panels such as Wood chips, tannin-formaldehyde resin added.
  • the tannin is that actual binder, while the formaldehyde serves as a crosslinker to the Tannin binding capacity to both increase and accelerate. Sheets produced in this way gradually outgas the formaldehyde, so that it can lead to health problems.
  • DE 43 17 692 A1 discloses a method for producing molded parts from a mixture of fibrous materials in the form of wood chips sprayed with water and native starch from potatoes, corn or wheat as a biodegradable binder.
  • the molded parts are formed by placing the mixture in a heatable press and pressing it into a plate at temperatures of up to 250 ° C.
  • the moisture serves to facilitate the breakdown of the starch granules into a sticky, gel-like mass that connects the fiber materials.
  • the pressing process at a pressure of 10 to 500 bar has high cycle times of 20 minutes and is therefore not very suitable for the industrial production of molded parts.
  • the uncontrollable evaporation of the water can lead to a non-uniform digestion of the starch and thus to a reduced binding effect.
  • the use of a press inevitably leads to high bulk densities of the molded parts of, for example, 0.5 g / cm 3 and more.
  • the crushed fiber or plant material in the form of renewable raw materials and the tannin mixed together can for example either the tannin in aqueous solution on the fiber material be applied or the tannin on the pre-moistened fiber or Plant material can be sprinkled on as a powder.
  • the whole thing should be good be mixed until the tannin on the fiber or plant material adheres evenly and an overall free-flowing mixture is formed.
  • tannin is available on the market under the name "Phenotan AP" or the tannin available under the name "Fintan”.
  • the mixture is then optionally added with a Crosslinking agent filled into a perforated form and compacted there.
  • a Crosslinking agent filled into a perforated form and compacted there.
  • the mixing process can also take place in the mold.
  • the perforated Shape can be shaped as desired. You should advantageously at least have a movable wall by reducing the internal volume compacting the fiber or plant material-tannin mixture into the mold guarantee. Very light densifications on the order of for example, 1.05: 1 can already be achieved by shaking.
  • the mixture in the perforated form is used to trigger a Thermal reaction with heated gas.
  • the tannin open-minded and connects the fibers or parts of plants with each other.
  • the Use of heated gas to trigger the thermal reaction has the great advantage that short cycle times of 1 to 2 minutes are achieved and Molded parts with wall thicknesses of well above the usual 10 to 12 mm can be produced. Because the heated gas that is in through the perforation the form in the mixture of fiber or plant material and tannin penetrates, penetrates the entire fiber or plant part volume and gives there quickly the heat required for the binding reaction.
  • the method offers the advantage that without intermediate steps - such as e.g. the Preforming of mats or the like - molded parts made in a single mold can be. Due to the manageable number and simplicity of the Components and the easy controllability of the parameters, such as the small ones pressures required for compression and the relatively low temperatures of the heated gas, the process is further simplified.
  • the molded parts produced by the process according to the invention have very low densities, namely 0.15 to 0.40 g / cm 3 , preferably 0.25 to 0.30 g / cm 3 , particularly preferably between 0.25 to 0.28 g / cm 3 cm 3 , compared to the conventionally produced molded parts such as press plates, since, in contrast to them, they were not pressed, but only compacted. Only low pressures, which are 0.1 to 0.2 MPa, preferably 0.15 to 0.16 MPa, are required for compression. Although the molded parts produced by the process according to the invention only have a fraction of the weight of the conventionally produced molded parts, they nevertheless have approximately the same thermal properties. As a result, the molded parts produced by the process according to the invention are far superior to the conventionally produced molded parts.
  • Molded parts made from fiber or plant material made from renewable raw materials is good environmental sustainability. They are easy recycle as they are self-rotting. They also don't contain anything harmful additives such as formaldehyde.
  • the compression is preferably carried out by reducing the internal volume of the perforated shape accomplished. Overall, care should be taken that a maximum compression of 4: 1 is not exceeded. Especially with Otherwise, molded parts with thicker walls can have the problem that the cellulose mixture is no longer homogeneous from the heated gas is penetrated and therefore also the thermal reaction to connect the Cellulose fibers do not run evenly everywhere. This can negatively affect the mechanical properties, such as the strength of the produced Impact molded parts.
  • the temperature of the heated gas should not be 140 ° C exceed.
  • Water vapor Temperatures between 115 ° C and 125 ° C, when using dry Air temperatures between 80 ° C and 100 ° C.
  • the heated gas is preferably water vapor, dry one Air or carbon dioxide.
  • water vapor is the heat transfer excellent.
  • dry air or dry carbon dioxide that is Heat transfer not quite as good.
  • the fiber or Plant mixtures begin when the gas is applied dry. Therefore, cycle times can be similarly short with all three gases become.
  • the mixture is also in the perforated form after being exposed to a heated gas dried by exposing it to negative pressure.
  • a pressure between 0.4 bar and 0.8 bar was proven.
  • the negative pressure can for example via one or more vacuum openings in the perforated Shape.
  • the drying times can be Reduce vacuum drying considerably. This is especially so when using it of water vapor important because of the water vapor registered additional moisture. This is advantageously done Vacuum drying immediately after applying gas, as the At the time the mold is still hot to aid drying.
  • the fiber or plant parts can have a length between 1 and 70 mm. Depending on the size and complexity of the shape of the molded part to be produced and on the desired mechanical properties, the particle length of the starting material will be chosen to be short or long.
  • the fiber or plant material should advantageously have a bulk density of 0.05 to 0.39 g / cm 3 .
  • the binder or the mixture of fiber material and binder also at least one additive added.
  • the additives should also have a the best possible environmental compatibility.
  • a crosslinker such as e.g. Hexamethylenetetraamine (HMTA) added.
  • a pH> 8 is preferred, particularly preferred a pH between 9.2 and 9.7.
  • a enables better tannin digestion. This in turn increases it Tannin binding power.
  • silicates in particular Water glass. They serve as reaction accelerators.
  • a preferred recipe provides for the fiber or plant material 8 up to 12% by weight, preferably 10% by weight of the amount of fibers or plants as Binder are added.
  • the binder formulation preferably has 80 up to 90% by weight of tannin powder, 4 to 8% by weight of HMTA powder and 7 to 12 % By weight of boric acid powder, the% by weight indicating the total amount of the binder.
  • the boric acid powder becomes flame retardant and anti-fungal equipment of the moldings added. by virtue of the small amount of boric acid, based on the entire molded part, the Environmental impact not affected or only slightly affected.
  • Binder dissolved in liquids and on the fiber or plant material sprayed on and mixed with it.
  • the solvents as well as the Liquid content of the starting material of about 16% is used in the Dried again removed.
  • the lower part 2 is a shape for shaping fiber or Plant material shown.
  • the lower part 2 of the shape is characterized by this that it has a cavity forming a steam chamber 6a.
  • the molded part 2 has a steam inlet 7a and a steam outlet 8a on.
  • the lower part 2 is filled with a mixture 1 of plant material on the Basis of hemp shives between 10 and 20 mm in length and binding agent according to the recipe above.
  • the mixture 1 fills the bottom part 2 completely and has a volume of 500 mm x 1000 mm x 85 mm.
  • the tannin was in aqueous solution applied to the hemp shives.
  • the one sold on the market under the name "Fintan” is also suitable Tannin.
  • Mixture 1 was filled into the lower part 2 of the mold.
  • the bottom surface 4a the lower part 2 is designed as a perforated plate. Through the perforation the plate 4a later becomes the steam inlet 6a into the steam chamber 6a let-in water vapor 5 can penetrate into the mixture 1.
  • the upper mold part 3 onto the lower mold part 2 placed.
  • the upper mold part 3 also has a steam chamber 6b and one Steam inlet 7b and a steam outlet 8b.
  • the surface of the upper mold part 3, which is in contact with the mixture 1 is through the perforated plate 4b educated. Characterized in that the entire plate 4a or 4b is perforated ensures that the water vapor 5 from the vapor chambers 6a, b, as in Fig. 1c, can penetrate the mixture 1 as uniformly as possible.
  • a faster drying can be achieved if after application with steam 5 and the same escaping the molding over a Vacuum opening in the upper or lower part 2,3 a negative pressure Order of magnitude of 0.4 bar to 0.8 bar. This should be immediate after the gas treatment so that the drying through the then still hot form is additionally supported. This will dry up reduced for several minutes.
  • the molded part produced in this example is a plate a thickness of 30 mm. This simple shape was chosen because of the shape can be graphically represented simply to produce a plate. Of course the method according to the invention can also be used for more complex forms Use plates.

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Abstract

Es wird ein Verfahren beschrieben, mit dessen Hilfe gesundheits- und umweltverträgliche Formteile mit einer Dichte von 0,15 g/cm3 bis 0,40g/cm3 auf der Basis von natürlichen Faser- oder Pflanzenmaterialien hergestellt werden können. Das Verfahren sieht vor, daß Faser- oder Pflanzenmaterial, das aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen wird und ein Bindemittel, das im wesentlichen Tannin aufweist, vermischt werden, daß die erhaltene Mischung in einer perforierten Form verdichtet wird und daß die in der perforierten Form befindliche Mischung mit einem erwärmten Gas beaufschlagt wird. Gegebenenfalls wird anschließend noch eine Trocknung bei Unterdruck durchgeführt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen mit einer Dichte von 0,15 g/cm3 bis 0,40 g/cm3 mindestens aus von nachwachsenden Rohstoffen gewonnenem Faser- oder Pflanzenmaterial in Form von nachwachs-enden, zerkleinerten Rohstoffen sowie Tannin als Bindemittelbestandteil ohne Formaldehydanteil.
Aufgrund der besseren Verträglichkeit für Mensch und Umwelt gewinnen Werkstoffe, die aus pflanzlichen und damit nachwachsenden Rohstoffen erhalten werden, zunehmend an Bedeutung. Hierbei ist Zellulose eines derjenigen Polymere, die in der Natur am häufigsten vorkommen und am kostengünstigsten verfügbar sind. Um aus der Zellulose Formteile herstellen zu können, muß der Zellulose ein Bindemittel zugegeben werden. Das Bindemittel sorgt dafür, daß die einzelnen Fasern oder Pflanzenteile formbeständig miteinander verbunden werden. Auch bei der Wahl des Bindemittels sollte auf Umweltverträglichkeit geachtet werden.
Herkömmlicherweise, wie beispielsweise in der DE 197 04 525 A1 beschrieben, wird zur Herstellung von Platten auf der Basis von Zellulose, wie beispielsweise Holzspäne, Tannin-Formaldehydharz zugegeben. Dabei ist das Tannin das eigentliche Bindemittel, während das Formaldehyd als Vernetzer dient, um das Bindevermögen des Tannins sowohl zu erhöhen als auch zu beschleunigen. Derartig hergestellte Platten gasen das Formaldehyd aber nach und nach aus, so daß es zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen kommen kann.
Die DE 43 17 692 A1 offenbart hingegen ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus einem Gemisch aus Faserstoffen in Form von mit Wasser besprühten Holzspänen und nativer Stärke von Kartoffeln, Mais oder Weizen als biologisch abbaubarem Bindemittel. Die Ausbildung der Formteile erfolgt dadurch, daß das Gemisch in eine beheizbare Presse gegeben und in dieser bei Temperaturen bis zu 250°C zu einer Platte verpreßt wird. Die Feuchtigkeit dient dabei zur Erleichterung des Aufschlusses der Stärkekörner zu einer klebrigen, gelartigen Masse, die die Faserstoffe verbindet. Der Preßvorgang bei einem Druck von 10 bis 500 bar hat hohe Zykluszeiten von 20 Minuten und ist daher für eine industrielle Herstellung von Formteilen nicht sehr geeignet. Außerdem kann es insbesondere bei größeren Dicken der Formteile wegen der unkontrollierbaren Verdampfung des Wassers zu einem ungleichförmigen Aufschluß der Stärke und damit zu einer reduzierten Bindungswirkung kommen. Dies dürfte in Verbindung mit der begrenzten Fließfähigkeit der verwendeten Formmasse ein Grund dafür sein, daß das Warmpreßverfahren bisher nur zur Herstellung von vergleichsweise dünnen, z.B. 10 mm starken Platten vorgeschlagen wurde. Schließlich führt die Anwendung einer Presse zwangsläufig zu hohen Rohdichten der Formteile von z.B. 0,5 g/cm3 und mehr.
In der DE 44 06 825 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Werkstoffen auf Zellulosebasis beschrieben, bei dem als Bindemittel formaldehydfreies Tannin in Verbindung mit einem Härtungskatalysator, der schwach sauer ist, z.B. Siliziumdioxid oder Borsäure, verwendet wird. Das Bindemittel und die Zellulose werden miteinander vermischt und bei Temperaturen zwischen 150°C und 210°C bei Drucken zwischen 10 bis 400 bar gepreßt. Mit Hilfe dieses Verfahrens werden deutlich kürzere Preßzeiten von in der Regel 7, 5 Minuten erreicht. Allerdings ist auch hier die Dicke der gepreßten Platten auf ca. 12 mm beschränkt.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dessen Hilfe gesundheits- und umweltverträgliche Formteile mit einer Dichte von 0,15 g/cm3 bis 0,40 g/cm3 auf der Basis von natürlichem Faser- oder Pflanzenmaterial hergestellt werden können, die mit Wandstärken beliebiger Dicke und mit möglichst kurzen Zykluszeiten hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen mindestens aus von nachwachsenden Rohstoffen gewonnenem Faser- oder Pflanzenmaterial in Form von nachwachsenden, zerkleinerten Rohstoffen sowie Tannin als Bindemittelbestandteil ohne Formaldehydanteil gelöst, das die Schritte aufweist:
  • Vermischen mindestens des Faser- odere Pflanzenmaterials und des Bindemittels;
  • Verdichten der erhaltenen Mischung in einer perforierten Form;
  • Beaufschlagen der in der perforierten Form befindlichen Mischung mit einem erwärmten Gas.
Zunächst werden das zerkleinerte Faser- oder Pflanzenmaterial in Form von nachwachsenden Rohstoffen und das Tannin miteinander vermischt. Dazu kann beispielsweise entweder das Tannin in wäßriger Lösung auf das Fasermaterial aufgebracht werden oder das Tannin auf das schon vorab befeuchtete Faser- oder Pflanzenmaterial als Pulver aufgestreut werden. Das ganze sollte gut durchmischt werden, bis das Tannin an dem Faser- oder Pflanzenmaterial gleichmäßig anhaftet und ein insgesamt rieselfähiges Gemisch entsteht. Als Tannin bietet sich beispielsweise das auf dem Markt unter dem Namen "Phenotan AP" oder das unter dem Namen "Fintan" erhältliche Tannin an.
Anschließend wird die Mischung gegebenenfalls unter Hinzufügung eines Vernetzungsmittels in eine perforierte Form gefüllt und dort verdichtet. Unter Umständen kann der Mischvorgang auch in der Form stattfinden. Die perforierte Form kann quasi beliebig geformt sein. Sie sollte vorteilhafterweise mindestens eine bewegliche Wand aufweisen, um durch Verkleinerung des Innenvolumens der Form ein Verdichten der Faser- oder Pflanzenmaterial-Tannin-Mischung zu gewährleisten. Sehr leichte Verdichtungen in der Größenordnung von beispielsweise 1,05:1 lassen sich bereits durch Rütteln erreichen.
Die in der perforierten Form befindliche Mischung wird zum Auslösen einer Thermoreaktion mit erwärmtem Gas beaufschlagt. Dabei wird das Tannin aufgeschlossen und verbindet die Fasern oder Pflanzenteile miteinander. Die Verwendung von erwärmtem Gas zur Auslösung der Thermoreaktion hat den großen Vorteil, daß kurze Zykluszeiten von 1 bis 2 Minuten erreicht werden und Formteile mit Wandstärken von weit über den bisher üblichen 10 bis 12 mm hergestellt werden können. Denn das erwärmte Gas, das durch die Perforation in der Form in die Mischung aus Faser- oder Pflanzenmaterial und Tannin eindringt, durchdringt das gesamte Faser- oder Pflanzenteilvolumen und gibt dort schnell die für die Bindungsreaktion benötigte Wärme ab.
Das Verfahren bietet den Vorteil, daß ohne Zwischenschritte - wie z.B. das Vorformen von Matten oder dergl. - Formteile in einer einzigen Form hergestellt werden können. Durch die überschaubare Anzahl und Einfachheit der Komponenten und die leichte Beherrschbarkeit der Parameter, wie die geringen zum Verdichten erforderlichen Drücke sowie die relativ niedrigen Temperaturen des erwärmten Gases, wird das Verfahren zusätzlich vereinfacht.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile weisen sehr geringe Dichten, nämlich 0,15 bis 0,40 g/cm3, vorzugsweise 0,25 bis 0,30 g/cm3, besonders bevorzugt zwischen 0,25 bis 0,28 g/cm3, verglichen mit den herkömmlich hergestellten Formteilen wie beispielsweise Preßplatten auf, da sie im Gegensatz zu diesen nicht gepreßt, sondern nur verdichtet wurden. Zum Verdichten werden lediglich geringe Drücke, die bei 0,1 bis 0,2 MPa, bevorzugt bei 0,15 bis 0,16 MPa liegen, benötigt. Obwohl die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile nur einen Bruchteil des Gewichts der herkömmlich hergestellten Formteile aufweisen, besitzen sie doch annähernd die gleichen thermischen Eigenschaften. Dadurch sind die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile den herkömmlich hergestellten Formteilen weit überlegen.
Ein weiterer Vorteil der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile aus Faser- oder Pflanzenmaterial, das aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen wird, ist die gute Umweltverträglichkeit. Sie lassen sich leicht recyceln, da sie selbstverrottend sind. Außerdem enthalten sie keinerlei gesundheitsschädliche Zusätze wie beispielsweise Formaldehyd.
Die Verfahrensschritte des Verdichtens und des Beaufschlagens der Mischung mit einem erwärmten Gas können zeitlich getrennt nacheinander durchgeführt werden. Vorteilhafterweise sollten beide Schritte aber zumindest teilweise zeitgleich durchgeführt werden. Dies hat nicht nur den Vorteil der Zeitersparnis durch gleichzeitiges Ausführen mehrerer Tätigkeiten. Je geringer die Verdichtung der Mischung aus Zellulose und Bindemittel ist, desto besser wird die Mischung in ihrem gesamten Volumen von dem erwärmten Gas durchdrungen. Dadurch wird gewährleistet, daß die Thermoreaktion über das gesamte Volumen verteilt möglichst gleichmäßig abläuft.
Das Verdichten wird vorzugsweise durch ein Verkleinern des Innenvolumens der perforierten Form bewerkstelligt. Insgesamt sollte darauf geachtet werden, daß eine Verdichtung von maximal 4:1 nicht überschritten wird. Gerade bei Formteilen mit dickeren Wandstärken kann sich sonst das Problem ergeben, daß die Zellulosemischung nicht mehr homogen von dem erwärmten Gas durchdrungen wird und daher auch die Thermoreaktion zum Verbinden der Zellulosefasern nicht überall gleichmäßig abläuft. Dies kann sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise die Festigkeit der erzeugten Formteile auswirken.
Vorteilhafterweise sollte die Temperatur des erwärmten Gases 140°C nicht überschreiten. Besonders bevorzugt sind bei Verwendung von Wasserdampf Temperaturen zwischen 115°C und 125°C , bei Verwendung von trockener Luft Temperaturen zwischen 80°C und 100°C.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem erwärmten Gas um Wasserdampf, trockene Luft oder Kohlendioxid. Bei Wasserdampf ist die Wärmeübertragung ausgezeichnet. Bei trockener Luft oder trockenem Kohlendioxid ist die Wärmeübertragung nicht ganz so gut. Dafür kann bei der Verwendung von trockener Luft oder Kohlendioxid die in Form gebrachte Faser- oder Pflanzenmischung bereits bei der Beaufschlagung mit dem Gas anfangen zu trocknen. Daher können mit allen drei Gasen ähnlich kurze Zykluszeiten erreicht werden. Bei der Verwendung von Wasserdampf sollte darauf geachtet werden, daß der Sättigungsdampfdruck unter 4 bar bleibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Mischung ebenfalls in der perforierten Form nach dem Beaufschlagen mit einem erwärmten Gas getrocknet, indem sie einem Unterdruck ausgesetzt wird. Als vorteilhaft hat sich ein Druck zwischen 0,4 bar und 0,8 bar erwiesen. Der Unterdruck kann beispielsweise über eine oder mehrere Vakuumöffnungen in der perforierten Form angelegt werden. Die Trockenzeiten lassen sich durch das Unterdrucktrocknen erheblich verringern. Dies ist vor allem bei der Verwendung von Wasserdampf von Bedeutung wegen der durch den Wasserdampf eingetragenen zusätzlichen Feuchtigkeit. Vorteilhafterweise erfolgt das Unterdrucktrocknen unmittelbar nach dem Gasbeaufschlagen, da die zu diesem Zeitpunkt noch heiße Form das Trocknen unterstützt.
Die besten Ergebnisse wurden erzielt, wenn als Faser- oder Pflanzenmaterial gehäxeltes Getreidestroh, zerkleinerte Hanf- oder Flachsschäben, Sisal, Kenaf, Kokos oder Ramie verwendet werden. Die Faser- oder Pflanzenteile können eine Länge zwischen 1 und 70 mm aufweisen. Je nach Größe und Komplexität der Form des zu erzeugenden Formteils und je nach gewünschten mechanischen Eigenschaften wird man die Teilchenlänge des Ausgangsmaterials eher kurz oder eher lang wählen. Vorteilhafterweise sollte das Faser- oder Pflanzenmaterial ein Schüttgewicht von 0,05 bis 0,39 g/cm3 aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Bindemittel oder der Mischung aus Fasermaterial und Bindemittel auch mindestens ein Zusatzstoff zugegeben. Auch bei den Zusatzstoffen sollte auf eine möglichst gute Umweltverträglichkeit geachtet werden. Zur Beschleunigung der Thermoreaktion und Erhöhung des Bindevermögens des Tannins wird vorzugsweise ein Vernetzer wie z.B. Hexamethylentetraamin (HMTA) zugegeben.
Besonders bevorzugt ist es, mit Hilfe von Natronlauge den pH-Wert der wäßrigen Tanninlösung einzustellen. Bevorzugt ist ein pH-Wert > 8, besonders bevorzugt ein pH-Wert zwischen 9,2 und 9,7. In der basischen Umgebung wird ein besserer Aufschluß des Tannins ermöglicht. Dies wiederum erhöht das Bindevermögen des Tannins.
Eine weitere bevorzugte Gruppe von Zusatzstoffen sind Silikate, insbesondere Wasserglas. Sie dienen als Reaktionsbeschleuniger.
Eine bevorzugte Rezeptur sieht vor, daß zu dem Faser- oder Pflanzenmaterial 8 bis 12Gew.-%, vorzugsweise 10 Gew.-% der Faser- oder Pflanzenmenge als Bindemittel zugegeben werden. Die Bindemittelrezeptur weist vorzugsweise 80 bis 90 Gew.-% Tannin-Pulver, 4 bis 8 Gew.-% HMTA-Pulver und 7 bis 12 Gew.-% Borsäure-Pulver auf, wobei die Gew.-%-Angaben auf die Gesamtmenge des Bindemittels bezogen sind. Das Borsäure-Pulver wird zur flammhemmenden und Pilzbefall verhindernden Ausrüstung der Formteile zugegeben. Aufgrund der geringen Menge der Borsäure, bezogen auf das gesamte Formteil, wird die Umweltverträglichkeit nicht oder nur gering beeinträchtigt.
In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens werden alle Bindemittel in Flüssigkeiten gelöst und auf das Faser- oder Pflanzenmaterial aufgesprüht und mit diesem vermischt. Die Lösungsmittel sowie der Flüssigkeitsanteil des Ausgangsmaterials von etwa 16% werden bei der Trocknung wieder entzogen.
Anhand der Figuren 1a bis 1c, in denen schematisch die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens angedeutet sind, soll die Erfindung näher erläutert werden. Die folgenden Ausführungen sind insbesondere hinsichtlich der Verwendung von Dampf als erwärmtem Gas beispielhaft und keineswegs beschränkend zu verstehen.
In Fig. 1 ist das Unterteil 2 einer Form zur Formgebung von Faser- oder Pflanzenmaterial dargestellt. Das Unterteil 2 der Form zeichnet sich dadurch aus, daß sie einen eine Dampfkammer 6a bildenden Hohlraum aufweist. Außerdem weist das Formteil 2 einen Dampfeinlaß 7a und einen Dampfauslaß 8a auf.
Das Unterteil 2 ist gefüllt mit einer Mischung 1 aus Pflanzenmaterial auf der Basis von Hanfschäben einer Länge zwischen 10 und 20 mm und Bindemittel gemäß obiger Rezeptur. Die Mischung 1 füllt das Formunterteil 2 ganz auf und weist ein Volumen von 500 mm x 1000 mm x 85 mm auf. Das Tannin wurde in wäßriger Lösung auf die Hanfschäben aufgebracht. Als Tannin wurde das auf dem Markt unter dem Namen "Phenotan AP" erhältliche Tannin verwendet. Ebenso geeignet ist das auf dem Markt unter dem Namen "Fintan" vertriebene Tannin.
Um den Aufschluß des Tannins zu verbessern, wurde in der wäßrigen Lösung mit Hilfe von Natronlauge ein pH-Wert von 9,5 eingestellt. Die Hanfschäben und die Bindemittellösungen wurden solange miteinander vermengt, bis die Bindemittellösungen sich gleichmäßig auf die Schäben verteilt hatte.
Die Mischung 1 wurde in das Unterteil 2 der Form gefüllt. Die Bodenfläche 4a des Unterteils 2 ist dabei als perforierte Platte ausgeführt. Durch die Perforation der Platte 4a wird später der über den Dampfeinlaß 7a in die Dampfkammer 6a eingelassene Wasserdampf 5 in die Mischung 1 eindringen können.
Wie in Fig. 1b dargestellt ist, wird, nachdem die Mischung 1 in das Formunterteil 2 eingefüllt wurde, das Formoberteil 3 auf das Formunterteil 2 aufgesetzt. Auch das Formoberteil 3 weist eine Dampfkammer 6b sowie einen Dampfeinlaß 7b und einen Dampfauslaß 8b auf. Die Fläche des Formoberteils 3, die mit der Mischung 1 in Kontakt steht, wird durch die perforierte Platte 4b gebildet. Dadurch, daß die gesamte Platte 4a bzw. 4b perforiert ist, wird gewährleistet, daß der Wasserdampf 5 aus den Dampfkammern 6a,b, wie in Fig. 1c dargestellt, möglichst gleichmäßig in die Mischung 1 eindringen kann.
Bei dem in Fig. 1b dargestellten Verdichten der Mischung 1 wird durch Aufsetzen des Formoberteils 3 auf das Formunterteil 2 das von der Mischung 1 einnehmbare Volumen durch Reduzierung der Füllhöhe auf 40 % verkleinert. Dies führt zu einer Verdichtung von 2,5:1. Im vorliegenden Fall wurden Hanfschäben eines mittleren Schüttgewichts von 0,12 g/cm3 verwendet. Das resultierende Formteil hat eine Dichte von 0,31 g/cm3, die auch durch die Feuchtigkeitsaufnahme der Fasern und den Übergang des Bindemittels aus der wäßrigen Lösung in den festen Zustand beeinflußt wird.
Nach dem Verdichten wird 15 Sekunden lang 130°C heißer Wasserdampf über die Dampfeinlässe 7a,b in die Dampfkammern 6a,b des Formunterteils 2 und des Formoberteils 3 eingeführt. Die Temperatur von 130°C entspricht einem Sättigungsdampf unter 4 bar. Zweckmäßigerweise sind das Formunterteil 2 und das Formoberteil 3 bereits vorgeheizt, damit der Wasserdampf 5 seine Wärme tatsächlich zum größten Teil in der Mischung 1 deponiert. Durch die eingetragene Wärme wird die Thermoreaktion zwischen dem Tannin und dem Fasermaterial ausgelöst, die dazu führt, daß die Fasern über das Tannin miteinander formfest verbunden werden. Nach Ablauf der Einwirkzeit des Wasserdampfes 5 werden die Dampfauslässe 8a,b geöffnet, so daß der Wasserdampf entweichen kann. Danach wird das Formobertreil 3 abgehoben und das Formteil wird dem Formunterteil 2 entnommen. Das nun noch feuchte fertige Formteil einer Dicke von 30 mm kann in einem vorgewärmten Trockenraum innerhalb weniger Stunden getrocknet werden.
Ein schnelleres Trocknen kann erreicht werden, wenn nach dem Beaufschlagen mit Wasserdampf 5 und dem Entweichen desselben das Formteil über eine Vakuumöffnung im Formober- oder -unterteil 2,3 einem Unterdruck der Größenordnung von 0,4 bar bis 0,8 bar ausgesetzt wird. Dies sollte unmittelbar nach der Gasbehandlung erfolgen, damit das Trocknen durch die dann noch heiße Form zusätzlich unterstützt wird. Dadurch wird die Trockenzeit auf mehrere Minuten reduziert.
Bei dem in diesem Beispiel hergestellten Formteil handelt es sich um eine Platte einer Dicke von 30 mm. Diese einfache Form wurde gewählt, da sich die Form zur Herstellung einer Platte graphisch einfach darstellen läßt. Selbstverständlich kann man das erfindungsgemäße Verfahren auch für komplexere Formen als Platten verwenden.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen mit einer Dichte von 0,15 g/cm3 bis 0,40 g/cm3 mindestens aus von nachwachsenden Rohstoffen gewonnenem Faser- oder Pflanzenmaterial in Form von nachwachsenden, zerkleinerten Rohstoffen sowie Tannin als Bindemittelbestandteil ohne Formaldehydanteil mit den Schritten
    Vermischen mindestens des Fasermaterials und des Bindemittels;
    Verdichten der erhaltenen Mischung in einer perforierten Form;
    Beaufschlagen der in der perforierten Form befindlichen Mischung mit einem erwärmten Gas.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte des Verdichtens und des Beaufschlagens mit erwärmtem Gas zumindest teilweise zeitgleich durchgeführt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichten durch ein Verkleinern des Innenvolumens der perforierten Form bewerkstelligt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf höchstens 140°C erwärmtes Gas verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas Wasserdampf, trockene Luft oder Kohlendioxid verwendet werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Beaufschlagen mit einem erwärmten Gas das Formteil in der perforierten Form getrocknet wird, indem es einem Unterdruck ausgesetzt wird, insbesondere bei der Verwendung von Wasserdampf.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Faser- oder Pflanzenmaterial gehäxeltes Getreidestroh, zerkleinerte Schäben von Hanf oder Flachs, Sisal, Kenaf, Kokos oder Ramie verwendet werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Faser- oder Pflanzenmaterial mit einem Schüttgewicht von 0,10 bis 0,39 g/cm3 verwendet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung aus Faser- oder Pflanzenmaterial und Bindemittel oder dem Bindemittel selbst mindestens ein Zusatzstoff zugegeben wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoff Natronlauge zugegeben wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoff Silikat, insbesondere Wasserglas, zugegeben wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoff ein Vernetzer, vorzugsweise Hexamethyltetraamin zugegeben wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoff Borsäure zugegeben wird.
  14. Formkörper mindestens aus Faser- oder Pflanzenmaterial, das aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen ist, und mit Tannin als Bindemittel ohne Formaldehydanteil, der eine Dichte zwischen 0,15 g/cm3 und 0,40 g/cm3 aufweist.
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