WO2026078024A1 - Formkörper enthaltend retrogradiertes popcorn - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Formkörper, insbesondere Verbundwerkstoffe oder Formteile, enthaltend zum Teil retrogradiertes Popcorn.

Description

GEORG- AUGUST-UNIVERSITÄT GÖTTINGEN STIFTUNG ÖFFENTLICHEN RECHTS

Düsseldorf, 8. Oktober 2025

Unser Zeichen: UD 42451/AH

Georg-August-Universität Göttingen Stiftung Öffentlichen Rechts

Wilhelmsplatz 1, 37073 Göttingen, Deutschland

Formkörper enthaltend retrogradiertes Popcorn

B e s c h r e i b u n g

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Formkörper oder Formteile sowie Verbundwerkstoffe, welche Popcorn enthalten.

Verbundwerkstoffe, insbesondere Span- oder Faserplatten sind seit nunmehr mehr als hundert Jahren als Ersatz für Massivholz in der Möbelindustrie, Baugewerbe etc. bekannt. Für die Güte von Verbundwerkstoffen spielen dabei mehrere Faktoren, darunter insbesondere die Rohdichte, die uerzugsfestigkeit und die Dickenquellung eine Rolle.

Insbesondere die Rohdichte hat für Verbundwerkstoffe eine ausgesprochen große Bedeutung, da die vorteilhaften Eigenschaften einer Span- oder Faserplatte, wie die Festigkeitseigenschaften, meist mit zunehmender Rohdichte ansteigen. Aus diesem Grund wurden Holz- und/oder Verbundwerkstoffe vorgeschlagen, die zum (überwiegenden) Teil aus Popcorn bestehen. Jedoch ist es bei einigen dieser Verbundwerkstoffen notwendig, durch Überzüge (Coatings) oder Deckschichten die Wasserfestigkeit, insbesondere was niedrige uellwerte und Wasseraufnahme angeht, zu erhöhen, was eine aufwendige Herstellung notwendig macht.

Weiterhin ist es von Interesse, Formkörper oder Formteile zu schaffen, die zum einen aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen oder diese zumindest zu überwiegendem Teil enthalten, und bei denen ebenfalls eine erhöhte Wasserfestigkeit, insbesondere was niedrige Quellwerte und Wasseraufnahme angeht, vorliegt.

Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Formkörper zu schaffen, bei der diese Nachteile zumindest teilweise überwunden werden können.

Diese Aufgabe wird durch einen Formkörper nach Anspruch 1 gelöst. Demgemäß wird ein Formkörper, insbesondere ein Verbundwerkstoff, vorgeschlagen, wobei der Formkörper retrogradiertes Popcorn (Popcorn_ret) enthält, welches im Röntgenspektrum im 20- Beugungwinkel einen Peak zwischen 20° und 23° mit einer höheren Intensität als im Bereich zwischen 17° und 20° aufweist.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass so bei vielen Anwendungen der Erfindung eine Vielzahl von Formkörpem mit guten bis exzellenten Eigenschaften, insbesondere was die verbesserte Wasserbeständigkeit angeht, herstellbar sind.

Je nach Anwendung kann dabei einer oder mehrere der folgenden Vorteile, gegenüber Formkörpern aus unbehandeltem Popcorn erzielt werden:

• erhöhte Feuchtigkeitsbeständigkeit des Formkörpers

• verbesserte Querzugfestigkeit des Formkörpers

• verbesserte Druckfestigkeit des Formkörpers

• erhöhte Biegefestigkeit des Formkörpers

Der Ausdruck „das Popcom_ret im Röntgenspektrum im 20-Beugungwinkel einen Peak zwischen 20° und 23° mit einer höheren Intensität als im Bereich zwischen 17° und 20° aufweist“ bedeutet und/oder meint insbesondere, dass im betreffenden Spektrum das Signal, welches im 20-Beugungwinkel im Bereich von 17° bis 23° die höchste Intensität aufweist, zwischen 20° und 23° liegt. Der Term „Popcorn“ im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere alle Materialien, welche wie der Puffmais (Zea mays, convar. Microsperma) - gegebenenfalls nach entsprechender Einfettung bei einer schnellen Erwärmung zu hohen Temperaturen expandieren, indem das in dem Samen vorhandene Wasser schlagartig verdampft und so die im Samen enthaltene Stärke in eine schaumartige Konsistenz überführt. Ein solches Verhalten ist unter anderem von Quinoa-Korn, Amarant, Reis oder auch Weizen bekannt, Materialien, die auf diesen Grundstoffen basieren, werden im Sinne der vorliegenden Erfindung explizit auch als „Popcorn“ bezeichnet und umfasst, die Bezeichnung „Popcorn“ soll nicht nur auf Mais beschränkt sein und wurde insbesondere aus Gründen der Einfachheit, Übersichtlichkeit und Lesbarkeit gewählt.

Unter der Bezeichnung „Formkörper“ werden insbesondere alle flächigen und nicht flächigen Werkstoffe zusammengefasst, die als Hauptbestandteil Popcorn sowie ggf. zerkleinerte lignocellulosehaltige Materialien, wie zum Beispiel Holz, Getreidestroh, Hanf oder Flachs enthalten, welche nach der Beleimung mit einem synthetischen oder naturnahen Bindemittel geformt und unter Temperatur und Druck verpresst werden.

Unter der Bezeichnung „Verbundwerkstoff ‘ werden insbesondere Materialien verstanden, die als Hauptbestandteil aus Popcorn sowie ggf. aus mechanisch oder thermomechanisch zerkleinertem lignocellulosehaltigen Material bestehen, die nach der Beleimung mit einem synthetischen oder naturnahen Bindemittel geformt und unter Temperatur und Druck zu Verbundwerkstoffen verpresst werden.

Dabei kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beim Holz- oder Verbundwerkstoff dieser zu 100 % aus Popcorn_ret bestehen, was das strukturgebende und/oder dimensionsstabilisierende Material angeht. Der Term „ Verbundwerkstoff ‘ im Sinne der vorliegenden Erfindung soll im weitesten Sinne verstanden werden und ausdrücklich auch solche Materialien beinhalten, die (nur noch) aus Popcom_ret aufgebaut sind und keine Holzbestandteile (mehr) enthalten. Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Formkörper, insbesondere ein Holz- und/oder Verbundwerkstoff, wie eine Span- und/oder Faserplatte oder ein Formteil, wobei der Formkörper zumindest zum Teil retrogradiertes Popcorn enthält.

Der Ausdruck „retrogradiert“ bezieht und/oder umfasst dabei insbesondere Popcorn, bei dem der Kristallisationsgrad der darin enthaltenen Stärke gegenüber unbehandeltem Popcorn erhöht ist.

Weiterhin umfasst und/oder bezieht sich der Ausdruck „retrogradiert“ auf Popcorn, welches bei einer Temperatur von mindestens 0°C und unter 120°C - einer relativen Luftfeuchtigkeit von mindestens 80 % so lange ausgesetzt wurde, dass eine Erhöhung der Schüttdichte um 10 % und mehr festgestellt werden kann.

Beim Vorgang der Retrogradierung erfolgt insbesondere eine Rekristallisation der im Popcorn enthaltenen Amylose durch den Eintrag von Feuchtigkeit. Durch Rücktrocknung des feuchten Materials lässt sich der erreichte Retrogradationsgrad „einfrieren“.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Formkörper im Wesentlichen als Popcorn als strukturgebendes und dimensionsstabilisierendes Material, d.h. er umfasst im Wesentlichen (nur) Popcom_ret und Bindemittel oder sonstige Additive wie ggf. Härtungsbeschleuniger, Hydrophobierungsmittel etc.

Der Term „im Wesentlichen“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet dabei >90 % (Gew/Gew), insbesondere >95 % (Gew/Gew) sowie am meisten bevorzugt >98 % (Gew/Gew). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Formkörper ein Bindemittel, bevorzugt ausgewählt aus Thermoplasten, Duroplasten, Aminoplasten, Phenoplasten, Isocyanate, Proteine, Tannine, Stärke, synthetische Bindemittel oder naturnahe/natürliche Bindemittel, oder Mischungen von Bindemitteln, wie z. B. Harnstoffformaldehyd-Harz, Melaminformaldehyd-Harz, Melaminverstärktes Harnstoffformaldehyd Harz, Taninformaldehyd-Harz, Phenolformaldehydharz, Polymeres Diphenylmethandiisocyanat oder Mischungen daraus sowie mineralische Bindemittel.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Bindemittelanteil im Formkörper von > 0 % (Gew/Gew des gesamten Formkörpers) bis < 20 % (Gew/Gew des gesamten Formkörpers).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Formkörper im Wesentlichen Popcom_ret, welches im Röntgenspektrum im 20-Beugungwinkel einen Peak zwischen 20° und 23° mit einer höheren Intensität als im Bereich zwischen 17° und 20° aufweist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Formkörper im wesentlichen retrogradiertes Popcorn.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Popcorn_ret (vor Herstellung des Formkörpers) eine Schüttdichte von > 80 kg/m³. Es hat sich herausgestellt, dass so die Eigenschaften des entstehenden Formkörpers mit zunehmender Schüttdichte ansteigen. So lassen sich im Hinblick auf die Festigkeitseigenschaften und hygrischen Eigenschaften durch Steuerung der Retrogradation und Wahl des Bindemittels bzw. Additive je nach Anwendung maßgeschneiderte Werkstoffe herstellen. Bevorzugt besitzt das Popcom_ret (vor Herstellung des Formkörpers) eine Schüttdichte von > 100 kg/m³, noch bevorzugt > 150 kg/m³ und < 450 kg/m³.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn_ret eine Korngrößenverteilung auf, bei der > 50 % und < 90 % des Popcorns eine Korngröße von > 1 mm und < 10 mm besitzen.

Dies hat sich für viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt. Popcorn größerer Korngröße lässt sich häufig schlechter zu Formkörpem und/oder Verbundwerkstoffen verarbeiten, Popcorn kleinerer Korngröße neigt bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindungen dazu, das bei der Herstellung des Verbundwerkstoffes zugegebene Bindemittel bzw. den Leim aufzusaugen, was die Qualität des Formkörpers und/oder Verbundwerkstoffes verschlechtern kann.

Besonders bevorzugt weist das Popcom_ret eine Korngrößenverteilung auf, bei der > 70 % und <90 % des Popcornret eine Korngröße von > 1 mm und < 10 mm besitzen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn_ret eine Korngrößenverteilung auf, bei der > 50 % und < 90 %, besonders bevorzugt > 70 % und < 90 % des Popcornret eine Korngröße von > 1 mm und < 10 mm besitzen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn_ret eine Korngrößenverteilung auf, bei der > 50 % und < 80 % des Popcorns eine Korngröße von > 1 mm und < 8 mm besitzen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn_ret eine durchschnittliche Korngrößenverteilung von > 1 mm und < 6 mm auf. Dies hat sich für viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als günstig herausgestellt. Besonders bevorzugt weist das Popcom_ret eine durchschnittliche Korngrößenverteilung von > 1,5 mm und < 5 mm auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Fettanteil des Popcornret vor der Verarbeitung < 10 (Gew-) %.

Unter „Fettanteil“ des Popcorns wird dabei nicht der Gesamtanteil an Fett im Popcorn verstanden, sondern der Anteil an Fett, welcher zur Hydrophobierung der Samenepidermis eingesetzt wurde, die zum besseren Einschluss des im Samen enthaltenen Wassers führt.

Es hat sich bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als günstig herausgestellt, diesen Fettanteil so gering wie möglich zu halten, da dies die weitere Verarbeitung des Popcorns erleichtert. Vorzugsweise beträgt der Fettanteil < 5 (Gew-) %, nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird zur Konsistenzänderung (Umwandlung) (- ‘Pufifung“) kein Fett zugesetzt. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, dass die Konsistenzänderung (=“Puffung“) mittels Mikrowellen erfolgt, wie im Folgenden noch ausgeführt werden wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Formkörper Popcorn_ret als strukturgebendes und/oder dimensionsstabilisierendes Material.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Formkörper zu > 50 % aus Popcom_ret, noch bevorzugt besteht er im Wesentlichen daraus.

Der Term „im Wesentlichen“ bedeutet dabei insbesondere > 95 % (Gew/Gew), noch bevorzugt > 98 %. Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung Formkörper, umfassend die Schritte a) Herstellen von Popcorn b) Retrogradierung des Popcorns c) Herstellen des Formkörpers wobei Schritt b) und c) auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden können.

Die einzelnen Schritte des Verfahrens werden im Folgenden näher erläutert, wobei beliebige Teilschritte mit anderen beliebig kombinierbar sind. a) Herstellen von Popcorn

Maiskörner können mit unterschiedlichen Methoden zum Expandieren gebracht werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das für die Herstellung der Formteile benutzte Popcorn durch Puffung hergestellt. Dabei können je nach Anwendung unveränderte Körner verwendet werden oder es werden geeignete Samen, z. B. Futtermai skömer zunächst geschrotet und die Kornbruchstücke anschließend unter Druck- und Temperatureinwirkung nach dem Bichseiverfahren (WO 1999042005A1) einem definierten Prozess expandiert. Weitere Möglichkeiten zur Puffung der stärkehaltigen Körner sind bspw. die Verwendung von Heizplatten, Heißluftmaschinen und Mikrowellen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet das sogenannte Cerex-Verfahren der Cerex AG, CH-3368 Bleienbach. Das Verfahren lässt sich in drei Abschnitte unterteilen: Vorheizelement, Reaktor sowie Expansionskammer. Zuerst wird das Getreideschrot im Vorheizelement gleichmäßig auf ca. 100 °C erwärmt, anschließend wird das Getreide im Reaktor mit Heißdampf behandelt und am Ende des Prozesses wird das Getreide in eine Expansionskammer geleitet. Hier werden die Maiskörner (Maisschrot) in einer bestimmten Zeitspanne durch Druckreduzierung zum Expandieren gebracht. Am Ende werden die aufgepufften Materialien gesammelt und von den nicht gepufften Bestandteilen getrennt (Bichsei, o. J.). Die Umwandlung von Maisschrot zu Popcorngranulat nach dem Cerex- Verfahren erfolgt bei den meisten Anwendungen fast zu 100 %, lediglich weniger als 5 % des Schrots werden nicht aufgepufft.

Weiterhin kann vor Schritt b) das Popcorn nochmals zerkleinert werden, so dass gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Verfahren einen Schritt al) umfasst, der zwischen Schritt a) und b) durchgeführt wird: al) Zerkleinern des gepufften Popcorns

Schritt al) kann dabei mit allen gängigen Herstellungstechniken vorgenommen werden. a) Retrogradierung des Popcorns

Für den Fall, dass die Retrogradierung des Popcorns vor der Herstellung des Formkörpers durchgeführt wird, findet diese bevorzugt im Umwälzverfahren statt. Darunter wird insbesondere verstanden, dass Popcomgranulat in einer rotierenden Trommel vorgelegt und mit Wasserdampf beaufschlagt wird.

Für den Fall, dass zuerst der Formkörper hergestellt wird, wird bevorzugt dieser gezielte Wasserdampf ausgesetzt, bevorzugt bei erhöhter Temperatur von ca. 100°C für > 0 Sekunden bis 600 Sekunden. b) Herstellung des Formkörpers

Bei Schritt c) werden unterschiedliche Herangehensweisen gewählt, je nachdem ob es sich bei dem gewünschten Formkörper um eine Platte (wie eine Span- oder Faserplatte) oder um ein dreidimensionales Formteil handelt.

I) Herstellen von Flachpressplatten

Die Herstellung von Flachpressplatten erfolgt bei erhöhtem Druck und ggf. bei erhöhter Temperatur.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei Schritt c) ein Bindemittel und gegebenenfalls ein Härtungsbeschleuniger zugegeben.

Dabei können grundsätzlich alle im Gebiet bekannten Bindemittel, wie Thermoplasten, Duroplasten, Aminoplasten, Phenoplasten, Isocyanate, Proteine, Tannine, Stärke, synthetische Bindemittel oder naturnahe/natürliche Bindemittel sowie mineralische Bindemittel, oder Mischungen von Bindemitteln, wie z. B. Hamstoffformaldehyd-Harz, Melaminformaldehyd- Harz, Melaminverstärktes Harnstoffformaldehyd Harz, Taninformaldehyd-Harz, Phenolformaldehydharz, Polymeres Diphenylmethandiisocyanat oder Mischungen daraus bevorzugt verwendet werden.

Als Härtungsbeschleuniger können alle auf dem Gebiet bekannten Stoffe, insbesondere Ammoniumsulfat und/oder Pottasche verwendet werden.

Durch die gezielte Retrogradation in einem Bereich von ca. 60 kg/m³ und 450 kg/m³ definiert einstellbare Schüttdichte des Popcomgranulats ergibt sich die Möglichkeit, im Hinblick auf die Herstellung biegesteifer Sandwichplatten sehr druckfeste Kernlagen herzustellen, die es erlauben, das Potenzial sehr biegesteifer Decklagen aus bspw. HDF, HPL etc. in Sandwichen auszuspielen. Hier ist es auch möglich, Sandwichplatten mit einer Beschichtung von Faseroder Spanplatten in einem Schritt zu pressen.

II) Herstellen von Formteilen

Das Formteil wird bevorzugt aus dem retrogradiertem Popcomgranulat unter leicht erhöhtem Druck und/oder Temperatur hergestellt. Während dieses Schrittes wird gezielt elektromagnetischer Strahlung in einem Frequenzbereich von > 30 kHz bis < 300GHz verwendet.

Bevorzugte Drücke sind dabei > 0,1 bar und < 10 bar, bevorzugt < 5 bar, sowie am meisten bevorzugt < 2 bar.

Alternativ kann das Formteil aber auch unter Unterdrück hergestellt werden. Bevorzugte Unterdrücke sind dabei > 0,1 bar und < 1 bar.

Bevorzugte Presszeiten sind dabei > 0,5 s/mm Formteil und < 24 s/mm Formteil Minute, bevorzugt < 8 s/mm Formteil.

Zur Herstellung des Formteils als solchem werden bevorzugt zwei Techniken benutzt:

1) Formpressen

Dieses Verfahren ist besonders bevorzugt für leicht gewölbte oder flache Bauteile. Haupteinsatzgebiet dieses Verfahrens ist üblicherweise die Automobilindustrie, Verpackungsindustrie wo es zur Produktion größerer Bauteile mit zweidimensionaler oder dreidimensionaler Struktur kommt. Zu Beginn des Verfahrens wird die Formmasse, d. h. das von Polymer umgebene Popcom_ret mit ggf. weiterem Bindemittel in eine Kavität eingebracht und unter Einsatz eines Druckkolbens geschlossen. Durch den Druck erlangt die Formmasse die vom Werkzeug vorgegebene Form. Die in der Kavität vorhandenen Formmasse wird unter Druck und Temperatur, gegebenenfalls durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung in einem Frequenzbereich von > 30 kHz bis < 300GHz aufgeheizt.

Bei Verwendung von duroplastischen Kunststoffen als Polymeren dient die Temperatur dabei unter anderem zur Beeinflussung des Aushärtevorgangs, bei Thermoplasten zum Schmelzen des Kunststoffs. Danach kann das fertige Teil aus dem Formwerkzeug entnommen und ggf. nach- oder weiterverarbeitet bzw. beschichtet oder kaschiert (z. B. Folien auf Stärkebasis oder PU-Folien) werden.

1) Verwendung von Formteilautomaten

Bei dieser Technik werden meist Spezial-Formteilautomaten benutzt, welche höhere Drücke und/oder Temperaturen ermöglichen. Dabei besteht der erste Prozessschritt im pneumatische Komprimieren der Formmasse (d.h. das optional von Polymer umgebene Popcorn mit ggf. weiterem Bindemittel) und das Befüllen des geschlossenen Spezial-Formteilautomaten mit der komprimierten Formmasse. Alternativ kann auch die Formmasse durch ein Vakuum in die Kavität gefördert werden.

Mit Hilfe der gezielten elektromagnetischen Strahlung in einem Frequenzbereich von >30 kHz bis < 300GHz und ggf. Druck wird die Formmasse auf die gewünschte Aushärtetemperatur gebracht und dadurch, je nach Anwendung, das Polymer vollständig miteinander vernetzt.

Nachdem die Popcornpartikel miteinander vernetzt bzw. verschmolzen werden, wird in dem letzten Prozessschritt das Formteil aus dem Werkzeugteil entnommen. Danach können die Formteile beschichtet oder kaschiert (z. B. Folien auf Stärkebasis, PU-Folien oder PLA- Folien, Beflockung) werden.

Die erfindungsgemäßen Formteile und/oder die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile können bei einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, darunter (aber nicht darauf beschränkt):

Verpackungsmaterialien (z. B. Kühlboxen, Schutzverpackung für Elektrogeräte, Gewürzdosen etc.), Baustoffe, Möbel, Automobilteile (z. B. Kopfstützen, Sonnenblenden, Kindersitzschalen, Dämmmatten für Türinnenverkleidungen und Wohnmobil- Kabinenverkleidungen), Dämmmaterialien (z. B. Elektrogeräte), Geschirr, Sportartikel (z. B. Yoga-Rollen, Nackenrollen), Spielzeug (z. B. Würfel, Bretter für Gesellschaftsspiele, Puzzle), Bilderrahmen, Präsentkörbe, akustische Verbund-Formteile, Wohnmobilteile etc.

Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen - beispielhaft - mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 das Röntgenspektrum von Popcorn, wie es in der vorliegenden Erfindung verwendet wird

Fig. 2 das Röntgenspektrum von üblichem Popcorn Fig. 3 die beiden Spektren aus Fig. 1 und 2 übereinandergelegt

Fig. 4 ein Diagramm welches die Veränderung der relativen Luftfeuchte (rH) während der Klimatisierung von Probekörpem zeigt

Fig. 5 ein Diagramm, welches die Veränderung der Rohdichte der Probekörper aus Fig. 4 zeigt.

Fig. 6 ein Diagramm, welches die Querzugfestigkeit der Probekörper vor und nach der Klimatisierung zeigt.

Fig. 7 ein Diagramm, welches die Veränderung der Schüttdichte von Popcorngranulat im Laufe der Klimatisierung zeigt.

Die vorliegende Erfindung sei im Folgenden anhand von Beispielen weiter erläutert, die rein als beschreibend und nicht als beschränkend anzusehen sind.

Beispiel 1: Röntgenspektrometrische Untersuchung von Popcorn

Im Folgenden wurden zwei Proben „A“ und „F“ untersucht, die wie folgt hergestellt wurden:

Probe A: Unbehandeltes Popcomgranulat (55,9 kg/m³) wurde mit einem Bindemittelanteil (UF-Harz) von 8 % beleimt und bei 180°C mit einem Presszeitfaktor von 10s/mm zu einer 20 mm dicken Flachpressplatte gepresst. Hiervon wurden Proben mit den Maßen von 50 mm x 50 mm eingeschnitten und röntgenographisch untersucht.

Probe F: Popcorngranulat wurde für ca. 120 Sekunden mit Dampf im Umwälzverfahren beaufschlagt und anschließend rückgetrocknet. Das so entstandene retrogradierte Popcorngranulat wies eine Schüttdichte von 209,3 kg/m³ auf. Das Material wurde wie oben zu einer 20 mm dicken Flachpressplatte verarbeitet und ebenfalls röntgenographisch untersucht.

Anschließend wurden beide Proben „A“ und „F“ wie folgt röntgenographisch untersucht:

Probenpräparation

Für die Herstellung eines Pulverpräparates wurde die Proben in flüssigem Stickstoff versprödet und anschließend in einer Retsch -Zentrifugalmühle (ZM-100) mit einem Sieb der Lochgröße 1 mm gemahlen. Das Pulver wurde dann in einem 2 mm dicken Probenträger (0 Öffnung = 2.5 cm) zwischen zwei PET -Folien mit Silikon luftdicht abgeschlossen.

Röntgenweitwinkeluntersuchung am Zweikreis-Diffraktometer

Die Röntgenweitwinkeluntersuchungen wurden mit einem D5000-Zweikreis-Diffraktometer der Fa. Bruker-AXS in symmetrischer Transmission unter Verwendung monochromatischer (Ge(in)-Primärmonochromator) Cu-Ka- Strahlung (X = 0.15406 nm) bei 30 mA und 40 kV durchgeführt.

Die Diffraktogramme wurden in dem 20-Winkelbereich von 3°-29° (Schrittweite A20 = 0.1°) und 29.5°-104° (Schrittweite A20 = 0.5°), Messzeit/ A20 = 60 s aufgenommen. Die Probe rotierte während der Messung mit 15 rpm um die Probennormale. Der gesamte Winkelbereich wurde zur Verbesserung der Statistik dreimal vermessen. Die Gesamtmesszeit pro Probe betrug 20,3 h. Für die Untergrundkorrektur wurde in gleicher Weise ein Diffraktogramm von dem leeren Probenträger und den beiden PET -Deckfolien angefertigt.

Fig. 1 zeigt das Röntgenspektrum des resultierenden Popcorns (Probe „F“), Fig. 2 das Röntgenspektrum des unbehandelten Popcorns (Probe „A“) sowie Fig. 3 eine Darstellung beider Spektren in Überlappung. Wie in den Fig. 1 bis 3 deutlich zu sehen, weist das unbehandelte Popcorn (Probe „A“) ein starkes Signal bei ca. 18,3° (20-Beugungwinkel) auf, während dieser im der Probe „F“ nicht mehr zu sehen ist, stattdessen zeigt dieses ein Signal bei ca. 21° (20-Beugungwinkel). Ohne auf eine Theorie festgelegt sein zu wollen, gehen die Erfinder davon aus, dass dies auf den erhöhten Kristallisationsgrad der Stärke, insbesondere der Amylose, im Popcorn zurückzuführen ist.

Beispiel 2: Herstellung von Formkörpern (nachträgliche Retrogradation)

Im Folgenden wurden plattenförmige Verbundwerkstoffe mit einer Zielrohdichte von 200 kg/m³ hergestellt. Als Bindemittel wurde sowohl ein Hamstoffformaldehydharz verwendet als auch ein auf natürlichen Rohstoffen beruhender Leim auf Basis von Hämoglobin. Die Presszeit und -temperatur betrug 10 s/mm bzw. 200 °C.

Aus diesen Platten wurden quadratische Probekörper mit einer Kantenlänge von 50 mm gesägt und vermessen und gewogen. Für die weiteren Untersuchungen wurden jene Probekörper ausgewählt, die der Zielrohdichte von 200 kg/m³ entsprachen.

Diese wurden dann wie folgt gezielt Wasser ausgesetzt (klimatisiert):

Die Klimatisierung der Probekörper erfolgte in einem Klimaschrank bei einer Umgebungstemperatur von 20 °C. Die Luftfeuchtigkeit wurde von 65 % rH auf 90 % rH in 10-%-Schritten erhöht und anschließend wieder abgesenkt. Dieser Zyklus wurde zweifach wiederholt und ist in Fig. 4 nochmals grafisch dargestellt.

Bei jeder Veränderung der Luftfeuchtigkeit wurde die Rohdichte der Probekörper untersucht (Fig. 5) Wie gut zu sehen ist, veränderte sich die Rohdichte der Probekörper bereits im ersten Zyklus und bleibt anschließend bei weiterer Veränderung des Klimas - bis auf wenige Messschwankungen - konstant.

Fig. 6 zeigt die Querzugfestigkeit (QZ) der Probekörper vor der Klimatisierung und nach der Klimatisierung im Vergleich. Es ist hierbei ein Anstieg der Querzugfestigkeit um das 3,8fache (hämoglobingebundene Probekörper) bzw. 8,9fache (UF-Harz gebundene Probekörper) zu beobachten.

Zum Vergleich: Eine Spanplatte mit einer vergleichbaren Rohdichte von ca. 650 kg/m³ erreicht nach EN 312 eine Mindestquerzugfestigkeit von 0,35 N/mm²

Beispiel 3: Verarbeitung von behandeltem Popcorngranulat

Anstatt den Formkörper zwecks Retrogradation zu klimatisieren, wurden Versuche mit Popcorngranulat, einmal unbeleimtem Granulat sowie mit den Bindemitteln aus Beispiel 2 beleimten Granulat durchgeführt, wobei die Bedingungen analog zu Beispiel 2 gewählt wurden.

Die Veränderung der Schüttdichte während der Klimatisierung der Proben ist in Fig. 7 dargestellt. Es ist zu beobachten, dass auch hier die Schüttdichte im ersten Zyklus ansteigt und sich im Anschluss kaum weiter verändert. Hieraus lässt sich folgern, dass Popcorngranulat nachdem es nach dem ersten Anheben der relativen Luftfeuchtigkeit und entsprechender Erhöhung der Schüttdichte diesbezüglich auch bei weiteren Klimawechseln dimensionsstabil ist. Werden aus diesem Granulat Verbundwerkstoffe hergestellt, haben diese somit oftmals erheblich günstigere Eigenschaften bezüglich der Dimensionsstabilität unter wechselnden Klimata. Der Grad der Retrogradation lässt sich anhand der Schüttdichte des Granulats messen. Während unbehandeltes Granulat der Größenfraktion 2 mm - 4 mm eine Schüttdichte von ca. 57 kg/m³ aufweist nimmt diese nach vollständiger Retrogradation auf ca. bis zu 350 kg/m³ zu. Beispiel 4: Herstellung von Formkörpern aus behandeltem Popcorngranulat

10.000 g Popcomgranulat der Größenfraktion 2 - 4 mm mit einer Schüttdichte von ca. 55 kg/m³ wurden mit 3 kg Wasser mit einer Sprühvorrichtung in einer rotierenden Trommel besprüht und anschließend für 6 Std. bei einer Temperatur von 100°C im Trocknungsschrank getrocknet. Hierbei erhöhte sich die Schüttdichte des Granulates von 55 kg/m³ auf 150 kg/m³. Das behandelte Popcorn wurde nun zur Herstellung von einem Verbundwerkstoff verwendet. Hierzu wurde 2500 g mit 8 % bez. auf atro Popcorn mit Hamstoffformaldehydharz beaufschlagt. Anschließend wurde 1920 g atro von dem beleimten Material eingewogen und in einer Heißpresse bei einer Temperatur von 180°C zu einer 2 cm dicken Platte gepresst. Aus diesen Parametern ergibt sich eine Plattendichte von 400 kg/m³.

Aus der Platte wurden 10 Prüfkörper der Maße 50 mm x 50 mm geschnitten und zur Prüfung der Querzugfestigkeit nach EN 319 verwendet. Es ergab sich hierbei eine Querzugfestigkeit von 0,81 N/mm². Handelsübliche Spanplatten vom Typ P2 (EN 312) weisen bei einer Dichte von 650 kg/m³ - 680 kg/m³ eine Querzugfestigkeit von 0,35 N/mm² auf.

Auch die Wasseraufnahme bestimmt nach DIN EN ISO 29767:2019 ergab für die hergestellten Platten einen Wert von 2,1 kg/m² nach 24 stündiger Wasserlagerung. Hierbei ist zu beachten, dass auf die Verwendung von Hydrophobierungsmitteln zunächst vollständig verzichtet wurde.

Vergleichbare Platten hergestellt aus herkömmlichen Popcorngranulat weisen nach 24 stündiger Wasserlagerung eine Wasseraufnahme von 7,8 kg/m² auf. Auch hier lässt eine deutliche Verbesserung der hygrischen Eigenschaften des entstehenden Formkörpers feststellen. Beispiel 5: Untersuchung der Eigenschaften von erfindungsgemäßen Formkörpern

10.000 g unbehandeltes Popcorngranulat der Größenfraktion 2 - 4 mm mit einer Schüttdichte von ca. 55 kg/m³ wurden in einer rotierenden Trommel unterschiedlich lange Wasserdampf ausgesetzt und anschließend zurückgetrocknet. Nacheiner Bedampfung von 10 s/60 s/100 s und Rücktrocknung ergeben sich so Schüttdichten von 75 kg/m³/ 113 kg/m³/ 150 kg/m³ (vgl. Tab. 2). Hierbei findet eine erhebliche Retrogradierung statt, was sich darin zeigt, dass die Schüttdichte der Granulate von 55 kg/m³ auf 150 kg/m³ steigt. Aus Abbildung 4 geht hervor, dass mit dieser Behandlung eine teilweise Retrogradation erreicht wird, wenn auch keine vollständige. Aus diesen retrogradierten Granulaten wurden Flachpressplatten mit den Dichten von 200 kg/m³ /300 kg/m³/ 400 kg/m³ angefertigt. Zusätzlich wurde eine Referenzplatte aus unbehandeltem Granulat hergestellt. Hierzu werden jeweils 2500 g - 5000g mit Harnstoffformaldehydharz (8% bez. auf atro Ganulat) beaufschlagt. Anschließend werden 960 g bis 1920 g atro von dem jeweiligem beleimten Material eingewogen und in einer Heißpresse bei einer Temperatur von 180°C zu 2 cm dicken Platten gepresst. Aus diesen Parametern ergibt sich bei einer Einwaage von 960 g/1440 g/1920 g Plattendichten von 200 kg/m³/300kg/m³/400 kg/m³.

Aus der Platte wurden 10 Prüfkörper der Maße 50 mm x 50 mm geschnitten und zur Prüfung der Querzugfestigkeit nach EN 319 verwendet. Überraschenderweise ergab sich hierbei mit zunehmender Schüttdichte des Granulats ein deutlicher Anstieg der Querzugfestigkeit bis auf0,81 N/mm² (vgl. Tab. 1). Platten aus unretrogradierten Popcorn weisen eine Querzugfestigkeit von 0,26 N/mm² auf; handelsübliche Spanplatten vom Typ P2 (EN 312) bei einer Dichte von 650 kg/m³ - 680 kg/m³ eine Querzugfestigkeit von 0,35 N/mm².

Auch die Wasseraufnahme bestimmt nach DIN EN ISO 29767:2019 ergibt für die hergestellten Platten einen Wert von 1,1 kg/m² bis 2,1 kg/m² nach 24 stündiger Wasserlagerung (Tab. 1). Hierbei ist zu beachten, dass auf die Verwendung von Hydrophobierungsmitteln zunächst vollständig verzichtet wurde. Vergleichbare Platten hergestellt aus herkömmlichem Popcorngranulat weisen nach 24 stündiger Wasserlagerung eine Wasseraufnahme von 7,8 kg/m² auf. Auch hier lässt sich auch bei unvollständiger Retrogradation des Popcomgranulats eine deutliche Verbesserung der hygrischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffes aus teilweise retrogradiertem Popcomgranulat feststellen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt

Tabelle 1 : Eigenschaften von Popcornflach-Pressplatten gemäß der Erfindung sowie Vergl ei ch sb ei spi el

Beispiel 6: Untersuchung der Erhöhung der Schüttdichte bei Retrogradation.

3000 g Popcorngranulat wurden in eine Trommel gefüllt und anschließend unter Rotation (60 U/min) Wasserdampf (100°C) ausgesetzt. Die Dampfmenge und Zeit der Bedampfung ist in folgender Tabelle angegeben. Nach der Entnahme des auf diese Weise retrogradierten Popcorngranulats wurde anschließend im Trocknungsschrank bei ca. 100°C für ca. 24 Std. zurückgetrocknet und dann die Schüttdichte bestimmt. In der folgenden Tabelle 2ist der resultierende Anstieg der Schüttdichte in Abhängigkeit von der Zeit des Bedampfens und der Dampfmenge dargestellt. Tabelle 2: Einfluss der Bedampfung auf die Schüttdichte des Popcorns.

Die einzelnen Kombinationen der Bestandteile und der Merkmale von den bereits erwähnten Ausführungen sind exemplarisch; der Austausch und die Substitution dieser Lehren mit anderen Lehren, die in dieser Druckschrift enthalten sind mit den zitierten Druckschriften werden ebenfalls ausdrücklich erwogen. Der Fachmann erkennt, dass Variationen, Modifikationen und andere Ausführungen, die hier beschrieben werden, ebenfalls auftreten können ohne von dem Erfindungsgedanken und dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Entsprechend ist die obengenannte Beschreibung beispielhaft und nicht als beschränkend anzusehen. Das in den Ansprüchen verwendete Wort „umfassen“ schließt nicht andere Bestandteile oder Schritte aus. Der unbestimmte Artikel „ein“ schließt nicht die Bedeutung eines Plurals aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maße in gegenseitig verschiedenen Ansprüchen rezitiert werden, verdeutlicht nicht, dass eine Kombination von diesen Maßen nicht zum Vorteil benutzt werde kann. Der Umfang der Erfindung ist in den folgenden Ansprüchen definiert und den dazugehörigen Äquivalenten.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Formkörper, insbesondere ein Verbundwerkstoff, wie eine Span- und/oder Faserplatte oder ein Formteil, wobei der Formkörper retrogradiertes Popcorn (Popcorn_ret) enthält, welches im Röntgenspektrum im 20-Beugungwinkel einen Peak zwischen 20° und 23° mit einer höheren Intensität als im Bereich zwischen 17° und 20° aufweist.

2. Formkörper nach Anspruch 1, wobei der Formkörper im Wesentlichen aus Popconiret als strukturgebendes und dimensionsstabilisierendes Material besteht.

3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Formkörper im Wesentlichen aus Popconiret als strukturgebendes und dimensionsstabilisierendes Material besteht, welches im Röntgenspektrum im 20-Beugungwinkel einen Peak zwischen 20° und 23° mit einer höheren Intensität als im Bereich zwischen 17° und 20° aufweist.

4. Formkörper, insbesondere ein Holz- und/oder Verbundwerkstoff, wie eine Span- und/oder Faserplatte oder ein Formteil, wobei der Formkörper zumindest zum Teil retrogradiertes Popcorn (Popcom_ret) enthält.

5. Formkörper nach Anspruch 4, wobei der Formkörper im Wesentlichen aus Popconiret als strukturgebendes und dimensionsstabilisierendes Material besteht.

6. Formkörper nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Formkörper im Wesentlichen aus retrogradiertem Popcorn als strukturgebendes und dimensionsstabilisierendes Material besteht.

7. Formkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Popcorn (vor Herstellung des Formkörpers) eine Schüttdichte von > 80 kg/m³ besitzt.

8. Formkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Formkörper ein Bindemittel, bevorzugt ausgewählt aus Thermoplasten, Duroplasten, Aminoplasten, Phenoplasten, Isocyanate, Proteine, Tannine, Stärke, synthetische Bindemittel oder naturnahe/natürliche Bindemittel, oder Mischungen von Bindemitteln, wie z.B. Hamstoffformaldehyd-Harz, Melaminformaldehyd-Harz, Melaminverstärktes Harnstoffformaldehyd Harz, Taninformaldehyd-Harz, Phenolformaldehydharz, Polymeres Diphenylmethandiisocyanat oder Mischungen daraus sowie mineralische Bindemittel umfasst.

9. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, umfassend die Schritte a) Herstellen von Popcorn b) Retrogradierung des Popcorns c) Herstellen des Formkörpers wobei die Schritte b) und c) auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden können.

10. Verwendung von Formkörpern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder Formkörpem, hergestellt gemäß des Verfahrens gemäß Anspruch 9 für:

Akustische Verbund-Formteile,

Möbel,

Baustoffe, Verpackungsmaterialien, Kühlboxen,

Schutzverpackung für Elektrogeräte, Gewürzdosen, Automobilteile, Wohnmobilteile,

- Kopfstützen, Sonnenblenden,

- Kindersitzschalen, Dämmmatten,

- Dämmmaterialien (z. B. für Elektrogeräte), Geschirr,

Sportartikel, Yoga-Rollen, Nackenrollen, Spielzeug, Bilderrahmen, Präsentkörbe.