DE10036193A1 - Process for the production of molded parts from fiber material obtained from renewable raw materials - Google Patents
Process for the production of molded parts from fiber material obtained from renewable raw materialsInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen mit einer Dichte von 0,15 g/cm·3· bis 0,4 g/cm·3· mindestens aus von nachwachsenden Rohstoffen gewonnenem Fasermaterial in Form von nachwachsenden, zerkleinerten Rohstoffen sowie Tannin als Bindemittel ohne Formaldehyanteil beschrieben. Das Verfahren umfaßt das Vermischen mindestens des Fasermaterials und des Tannins, das Verdichten der erhaltenen Mischung in einer perforierten Form und das Beaufschlagen der in der perforierten Form befindlichen Mischung mit einem erwärmten Gas.There is a process for the production of moldings with a density of 0.15 g / cm · 3 · to 0.4 g / cm · 3 · at least from fiber material obtained from renewable raw materials in the form of renewable, crushed raw materials and tannin as a binder without Formaldehyde portion described. The process comprises mixing at least the fibrous material and the tannin, compressing the resulting mixture in a perforated form and applying a heated gas to the mixture in the perforated form.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen mit einer Dichte von 0,15 g/cm3 bis 0,4 g/cm3 mindestens aus von nachwachsenden Rohstoffen gewonnenem Fasermaterial in Form von nachwachsenden, zerkleinerten Rohstoffen sowie Tannin als Bindemittel ohne Formaldehydanteil.The invention relates to a process for the production of moldings with a density of 0.15 g / cm 3 to 0.4 g / cm 3 at least from fiber material obtained from renewable raw materials in the form of renewable, crushed raw materials and tannin as a binder without formaldehyde content ,
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 formbeständig miteinander verbunden werden. Auch bei der Wahl des Bindemittels sollte auf Umweltverträglichkeit geachtet werden.Win because of the better compatibility for people and the environment Materials made from vegetable and therefore renewable raw materials are becoming increasingly important. Here cellulose is one of those polymers that occur most frequently in nature and on are the cheapest available. To produce molded parts from cellulose a binder must be added to the cellulose. The binder ensures that the individual fibers are connected to each other in a dimensionally stable manner become. Environmental compatibility should also be considered when choosing the binder be respected.
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.Conventionally, as for example in DE 197 04 525 A1 is described for the production of plates based on cellulose, such as for example wood chips, tannin-formaldehyde resin added. It is Tannin is the actual binder, while the formaldehyde acts as a crosslinker serves to both increase and increase the binding capacity of the tannin accelerate. However, plates made in this way emit formaldehyde and out so that it can lead to health problems.
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.DE 43 17 692 A1, on the other hand, 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. In addition, especially in the case of greater thicknesses of the 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. In connection with the limited flowability of the molding material used, this should be a reason why the hot pressing process has hitherto only been used to produce comparatively thin, e.g. B. 10 mm thick plates has been proposed. Finally, the use of a press inevitably leads to high bulk densities of the molded parts of e.g. B. 0.5 g / cm 3 and more.
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.DE 44 06 825 A1 describes a process for the production of materials described on the cellulose basis, in which formaldehyde-free as a binder Tannin combined with a curing catalyst that is slightly acidic z. As silicon dioxide or boric acid is used. The binder and the Cellulose are mixed together and at temperatures between 150 ° C and 210 ° C at pressures between 10 to 400 bar. With help This process will result in shorter press times of 7.5 Minutes reached. However, the thickness of the pressed plates is also up here limited to approx. 12 mm.
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 0,4 g/cm3 auf der Basis von natürlichem Fasermaterial hergestellt werden können, die mit Wandstärken beliebiger Dicke und mit möglichst kurzen Zykluszeiten hergestellt werden können.Against this background, it is an object of the present invention to provide a method by means of which health and environmentally compatible molded parts with a density of 0.15 g / cm 3 to 0.4 g / cm 3 can be produced on the basis of natural fiber material that can be manufactured with wall thicknesses of any thickness and with the shortest possible cycle times.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen
mindestens aus von nachwachsenden Rohstoffen gewonnenem Fasermaterial in
Form von nachwachsenden, zerkleinerten Rohstoffen sowie Tannin als
Bindemittel ohne Formaldehydanteil gelöst, das die Schritte aufweist:
This object is achieved by a process for the production of moldings at least from fiber material obtained from renewable raw materials in the form of renewable, comminuted raw materials and tannin as a binder without formaldehyde content, which comprises the steps:
- - Vermischen mindestens des Fasermaterials und des Tannins;- Mixing at least the fiber material and the tannin;
- - Verdichten der erhaltenen Mischung in einer perforierten Form;Compacting the mixture obtained in a perforated form;
- - Beaufschlagen der in der perforierten Form befindlichen Mischung mit einem erwärmten Gas.- Applying the mixture in the perforated form with a heated gas.
Zunächst werden das zerkleinerte Fasermaterial 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 Fasermaterial als Pulver aufgestreut werden. Das ganze sollte gut durchmischt werden, bis das Tannin an dem Fasermaterial 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. First, the crushed fiber material in the form of renewable Raw materials and the tannin mixed together. For example either the tannin is applied to the fiber material in aqueous solution or the tannin as a pre-moistened fiber material Sprinkle powder. The whole should be mixed well until that Tannin adheres evenly to the fiber material and an overall free-flowing mixture is formed. For example, as a tannin the market under the name "Phenotan AP" or that under the name "Fintan" available tannins.
Anschließend wird die Mischung 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 Fasermaterial- Tannin-Mischung zu gewährleisten. Sehr leichte Verdichtungen in der Größenordnung von beispielsweise 1,05 : 1 lassen sich bereits durch Rütteln erreichen.Then the mixture is poured into a perforated form and there compacted. Under certain circumstances, the mixing process can also take place in the mold occur. The perforated shape can be shaped as desired. she should advantageously have at least one movable wall to pass through Reduction of the internal volume of the mold, compression of the fiber material Ensure tannin blend. Very light densifications in the An order of magnitude of, for example, 1.05: 1 can already be achieved by shaking to reach.
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 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 Fasermaterial und Tannin eindringt, durchdringt das gesamte Faservolumen und gibt dort schnell die für die Bindungsreaktion benötigte Wärme ab.The mixture in the perforated form is used to trigger a Thermal reaction with heated gas. The tannin open-minded and connects the fibers 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 can be achieved and molded parts with Wall thicknesses far in excess of the usual 10 to 12 mm can be. Because the heated gas, which is caused by the perforation in the Form penetrates into the mixture of fiber material and tannin, penetrates that entire fiber volume and there quickly gives that for the binding reaction required heat.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile weisen sehr geringe Dichten verglichen mit den herkömmlich hergestellten Formteilen wie beispielsweise Preßplatten auf, da sie im Gegensatz zu diesen nicht gepreßt, sondern nur verdichtet wurden. Obwohl die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile nur einen Bruchteil des Gewichts der herkömmlich hergestellten Formteile aufweisen, besitzen sie doch die gleichen thermischen Eigenschaften. Dadurch sind die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile den herkömmlich hergestellten Formteilen weit überlegen. The molded parts produced by the process according to the invention have very low densities compared to the conventionally manufactured molded parts such as press plates, because unlike these, they are not pressed, but only compressed. Although after the Molded parts produced according to the invention only a fraction of the Have weight of the conventionally manufactured molded parts, they have the same thermal properties. This makes them after the Molded parts produced according to the invention the conventionally manufactured molded parts far superior.
Ein weiterer Vorteil der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile aus Fasermaterial, 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.Another advantage of those produced with the method according to the invention Molded parts made of fiber material, which are obtained from renewable raw materials is the good environmental compatibility. They are easy to recycle as they are are self-rotting. In addition, they contain no harmful to health Additives such as formaldehyde.
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 Tannin 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.The process steps of compacting and loading the mixture with a heated gas can be carried out sequentially in time become. Advantageously, however, both steps should at least partially be carried out at the same time. This not only has the advantage of Time saving by performing several activities at the same time. The less the denser the mixture of cellulose and tannin, the better the mixture in its entire volume from the heated gas penetrated. This ensures that the thermal reaction over the entire volume is distributed as evenly as possible.
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.The compression is preferably carried out by reducing the internal volume the perforated shape. Overall, care should be taken that a maximum compression of 4: 1 is not exceeded. Especially with Molded parts with thicker walls can otherwise cause 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 have a negative impact the mechanical properties, such as the strength of the produced molded parts impact.
Vorteilhafterweise sollte die Temperatur des erwärmten Gases 140°C nicht überschreiten. Besonders bevorzugt sind Temperaturen zwischen 115°C und 125°C. Advantageously, the temperature of the heated gas should not be 140 ° C exceed. Temperatures between 115 ° C. and 125 ° 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 Fasermischung 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.The heated gas is preferably water vapor, dry air or carbon dioxide. With water vapor is the heat transfer excellent. With dry air or dry carbon dioxide, that is Heat transfer not quite as good. For this, when using dry air or carbon dioxide, the fiber mixture already formed begin to dry on exposure to the gas. Therefore, with similarly short cycle times can be achieved for all three gases. In the Use of steam should ensure that the Saturation vapor pressure remains below 4 bar.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Mischung 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.In a preferred embodiment, the mixture is perforated in the Mold after being exposed to a heated gas, dried by is exposed to a vacuum. A pressure between has proven advantageous Proved 0.4 bar and 0.8 bar. The negative pressure can, for example, have a or several vacuum openings are created in the perforated form. The drying times can be significantly reduced by vacuum drying reduce. This is especially so when using water vapor Significance because of the added by the water vapor Humidity. The vacuum drying advantageously takes place immediately after the gas has been applied, since the mold, which is still hot at this time, Drying supports.
Die besten Ergebnisse wurden erzielt, wenn als Fasermaterial gehäxeltes Getreidestroh, zerkleinerte Hanf- oder Flachsschäben, Sisal, Kenaf, Kokos oder Ramie verwendet werden. Die Schäben können eine Länge zwischen 5 und 30 mm aufweisen. Je nach Größe und Komplexität der Form des zu erzeugenden Formteils und je nach gewünschten mechanischen Eigenschaften wird man die Schäbenlänge eher kurz oder eher lang wählen. Vorteilhafterweise sollte das Fasermaterial ein Schüttgewicht von 0,1 bis 0,39 g/cm3 aufweisen. The best results have been achieved if the straw material used is crocheted straw, shredded hemp or flax shives, sisal, kenaf, coconut or ramie. The shives can have a length between 5 and 30 mm. Depending on the size and complexity of the shape of the molded part to be produced and depending on the desired mechanical properties, the length of the shives will be chosen to be short or long. The fiber material should advantageously have a bulk density of 0.1 to 0.39 g / cm 3 .
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. Mögliche Zusatzstoffe sind Reaktionsbeschleuniger wie z. B. Silikate (Wasserglas). Zur Beschleunigung der Thermoreaktion und Erhöhung des Bindevermögens des Tannins kann auch ein Vernetzer wie z. B. Hexamethylentetraamin zugegeben werden. In manchen Fällen hat es sich auch von Vorteil erwiesen, den Faserrohstoff zunächst etwas aufzuweichen. Dazu verwendet man vorzugsweise Weichmacher wie Zuckeralkohole.In a preferred embodiment of the method according to the invention the binder or the mixture of fiber material and binder also at least one additive added. The additives should also be on the best possible environmental compatibility. Possible Additives are reaction accelerators such as B. silicates (water glass). to Accelerating the thermal reaction and increasing the binding capacity of the Tannins can also be a crosslinking agent such as. B. Hexamethylenetetraamine added become. In some cases, it has also proven to be an advantage First soften the fiber raw material. This is preferably used Plasticizers such as sugar alcohols.
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.It is particularly preferred to use sodium hydroxide solution to adjust the pH of the adjust aqueous tannin solution. A pH <8 is preferred, particularly preferably a pH between 9.2 and 9.7. In the basic environment a better digestion of the tannin is made possible. This in turn increases the binding capacity of tannins.
Ein weiterer bevorzugter Zusatzstoff ist Stärke, mit der die Wasserlöslichkeit des Endproduktes eingestellt werden kann. Besonders bevorzugt sind dabei native Stärken wie die von Kartoffeln, Mais oder Weizen. Über die Wasserlöslichkeit kann eingestellt werden, wie schnell die Formteile aus Fasermaterial verrotten. Ein wichtiger Faktor ist dabei auch die geplante Anwendung des Formteils. Falls das Formteil gelegentlich Feuchtigkeitseinflüssen ausgesetzt sein kann, sollte die Wasserlöslichkeit etwas geringer gewählt werden als bei Anwendungen in sehr trockenen Umgebungen. Um ein möglichst schnelles Recyceln der Formteile zu ermöglichen, sollte die Wasserlöslichkeit möglichst hoch gewählt werden, da dann die Formteile in kürzester Zeit verrotten. Das Recyceln der Formteile kann entweder als Wiedergewinnung von Fasermaterial zur Herstellung neuer Formteile geschehen. Das Formteil kann auch bei völliger Verrottung als Zusatz zu Kompost dienen. Bei der Verwendung von Stärke als Additiv empfiehlt es sich, als erwärmtes Gas Wasserdampf zu verwenden, um auf diese Weise die für den Aufschluß der Stärke notwendige Feuchtigkeit bereitzustellen.Another preferred additive is starch, with which the water solubility of the end product can be adjusted. Are particularly preferred native starches like potatoes, corn or wheat. About the Water solubility can be adjusted as to how quickly the molded parts are made Rotting fiber material. An important factor is the planned one Application of the molding. If the molding occasionally Can be exposed to moisture, water solubility should be something be selected less than for applications in very dry environments. In order to enable the molded parts to be recycled as quickly as possible, the Water solubility should be chosen as high as possible, because then the molded parts in rot in no time. The molded parts can be recycled either as Recovery of fiber material for the production of new molded parts happen. The molded part can also be used as an additive in the event of complete rotting Serve compost. When using starch as an additive, it is recommended himself to use water vapor as the heated gas in this way to provide the moisture necessary for the digestion of the starch.
Eine weitere bevorzugte Gruppe von Zusatzstoffen, die allerdings vorzugsweise nicht gemeinsam mit Stärke beigegeben werden sollte, sind Silikate, insbesondere Wasserglas. Sie dienen als Reaktionsbeschleuniger.Another preferred group of additives, though preferred should not be added together with starch are silicates, especially water glass. They serve as reaction accelerators.
Anhand der Fig. 1a bis 1c, in denen schematisch die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens angedeutet sind, soll die Erfindung näher erläutert werden. Die folgenden Ausführungen sind beispielhaft und keineswegs beschränkend zu verstehen.The invention will be explained in more detail with reference to FIGS . 1a to 1c, in which the process steps of the method according to the invention are indicated schematically. The following statements are examples and are not to be understood as restrictive.
In Fig. 1 ist das Unterteil 2 einer Form zur Formgebung von Fasermaterial 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.In Fig. 1, the lower part 2 of a mold for shaping fiber material is shown. The lower part 2 of the mold is characterized in that it has a cavity forming a steam chamber 6 a. In addition, the molded part 2 has a steam inlet 7 a and a steam outlet 8 a.
Das Unterteil 2 ist gefüllt mit einer Mischung 1 aus Fasermaterial auf der Basis von Hanfschäben einer Länge zwischen 10 und 20 mm und Tannin. Die Mischung 1 füllt das Formunterteil 2 ganz auf und weist ein Volumen von 500 mm × 1000 mm × 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.The lower part 2 is filled with a mixture 1 of fiber material based on hemp shives with a length between 10 and 20 mm and tannin. The mixture 1 fills the lower mold part 2 completely and has a volume of 500 mm × 1000 mm × 85 mm. The tannin was applied to the hemp shives in aqueous solution. The tannin available on the market under the name "Phenotan AP" was used as the tannin. The tannin marketed under the name "Fintan" is also suitable.
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 Tanninlösung wurden solange miteinander vermengt, bis die Tanninlösung sich gleichmäßig auf die Schäben verteilt hatte. Außerdem wurde der Mischung 1 Kartoffelstärke beigefügt, um die Wasserlöslichkeit des fertigen Formteils etwas zu erhöhen. In order to improve the digestion of the tannin, a pH of 9.5 was set in the aqueous solution using sodium hydroxide solution. The hemp shives and the tannin solution were mixed together until the tannin solution had spread evenly over the shives. In addition, 1 potato starch was added to the mixture to slightly increase the water solubility of the finished molded part.
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.Mixture 1 was filled into the lower part 2 of the mold. The bottom surface 4 a of the lower part 2 is designed as a perforated plate. Due to the perforation of the plate 4 a, the water vapor 5 let in through the steam inlet 7 a into the steam chamber 6 a will later be able to penetrate into the mixture 1 .
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.As shown in FIG. 1 b, after the mixture 1 has been filled into the lower mold part 2 , the upper mold part 3 is placed on the lower mold part 2 . The upper mold part 3 also has a steam chamber 6 b and a steam inlet 7 b and a steam outlet 8 b. The surface of the upper mold part 3 , which is in contact with the mixture 1 , is formed by the perforated plate 4 b. The fact that the entire plate 4 a or 4 b is perforated ensures that the water vapor 5 from the steam chambers 6 a, b, as shown in Fig. 1c, can penetrate the mixture 1 as evenly as possible.
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.In the compression of the mixture 1 shown in FIG. 1b, by placing the upper mold part 3 on the lower mold part 2, the volume that can be taken up by the mixture 1 is reduced to 40% by reducing the filling height. This leads to a compression of 2.5: 1. In the present case, hemp shives with an average bulk density of 0.12 g / cm 3 were used. The resulting molded part has a density of 0.31 g / cm 3 , which is also influenced by the moisture absorption of the fibers and the transition of the binder from the aqueous solution to the solid state.
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. In dem hier dargestellten Beispiel wird Wasserdampf 5 nicht nur wegen der guten Wärmeübertragung eingesetzt. Der Wasserdampf führt der Mischung 1 auch zusätzliche Feuchtigkeit zu, um die Stärke aufschließen zu können. Dadurch kann sich die Stärke besser mit den Fasern verbinden und die Wasserlöslichkeit des fertigen Formteils beeinflussen.After compression, 130 ° C. hot steam is introduced into the steam chambers 6 a, b of the lower mold part 2 and the upper mold part 3 via the steam inlets 7 a, b for 15 seconds. The temperature of 130 ° C corresponds to a saturation steam below 4 bar. In the example shown here, water vapor 5 is used not only because of the good heat transfer. The steam also adds additional moisture to the mixture 1 in order to be able to digest the starch. This allows the starch to bind better to the fibers and influence the water solubility of the finished molded part.
Zweckmäßigerweise sind das Formunterteil 2 und das Farmoberteil 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 Minuten getrocknet werden.Advantageously, the lower mold part 2 and the upper farm part 3 are already preheated so that the water vapor 5 actually deposits most of its heat in the mixture 1 . The heat introduced triggers the thermal reaction between the tannin and the fiber material, which leads to the fibers being connected to one another in a dimensionally stable manner via the tannin. After the exposure time of the water vapor 5 , the steam outlets 8 a, b are opened so that the water vapor can escape. Then the upper part 3 of the mold is lifted off and the molded part is removed from the lower part 2 . The finished molded part with a thickness of 30 mm can be dried in a preheated drying room within a few minutes.
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 Sekunden reduziert.A faster drying can be achieved if, after the application of water vapor 5 and the escape thereof, the molded part is exposed to a vacuum of the order of 0.4 bar to 0.8 bar via a vacuum opening in the upper or lower part 2, 3 of the mold. This should be done immediately after the gas treatment, so that the drying is supported by the still hot mold. This reduces the drying time to several seconds.
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.The molded part produced in this example is a Plate with a thickness of 30 mm. This simple form was chosen because of the shape for producing a plate can be graphically represented easily. Of course, the method according to the invention can also be used for use more complex shapes than plates.
Claims (13)
- - Vermischen mindestens des Fasermaterials und des Tannins;
- - Verdichten der erhaltenen Mischung in einer perforierten Form;
- - Beaufschlagen der in der perforierten Form befindlichen Mischung mit einem erwärmten Gas.
- - Mixing at least the fiber material and the tannin;
- Compacting the mixture obtained in a perforated form;
- - Applying a heated gas to the mixture in the perforated form.
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