CH708398A1

CH708398A1 - Process for the preparation of molded products.

Info

Publication number: CH708398A1
Application number: CH01323/13A
Authority: CH
Inventors: Vadim Gogichev
Original assignee: Philippe Saint Ger Ag
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2015-01-30
Also published as: WO2015011066A1

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Gegenstandes aus Cellulosefasern enthaltendem Pflanzenmaterial wird bereitgestellt, umfassend die Schritte von (a) Befeuchten eines vorgeschnittenen Rohmaterials, das direkt aus Cellulosefasern enthaltendem Pflanzenmaterial stammt, durch die Zugabe von Flüssigkeit; (b) Einspeisen des befeuchteten, vorgeschnittenen Rohmaterials in einen Disperger, ausgerüstet mit Dispergierscheiben, aufweisend mehrere konzentrische Kreise von Zähnen für das Zerfasern des vorgeschnittenen Rohmaterials, um eine breiige Masse, umfassend individuelle Cellulose- oder celluloseartige Fasern oder Faserbündel, zu erhalten; und (c) Formen des geformten Gegenstandes aus der breiigen Masse durch ein direktes Formverfahren.A method of making a molded article from cellulosic fiber-containing plant material is provided comprising the steps of (a) moistening a precut raw material derived directly from cellulose fiber-containing plant material by the addition of liquid; (b) feeding the wetted precut raw material into a disperser equipped with dispersing discs comprising a plurality of concentric circles of teeth for defibering the precut raw material to obtain a pulpy mass comprising individual cellulosic or cellulosic fibers or fiber bundles; and (c) shaping the shaped article from the pulpy mass by a direct molding process.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geformten Produkten, wie Gebäudematerialien, Möbelteilen, Automobilinnenausstattungen oder Verpackungsmaterialien aus Cellulosefasern enthaltendem Pflanzenmaterial. The invention relates to a process for the production of molded products, such as building materials, furniture parts, automotive interiors or packaging materials of cellulose fiber containing plant material.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

[0002] Derzeit sind mehrere Materialien von organischem Ursprung bekannt, welche zum Beispiel für Verpackungs- und Konstruktionsanwendungen geeignet sind. Während Holzfasern durchaus weit verbreitet sind, werden andere natürliche Fasern aus Nutzpflanzen oder Getreide gelegentlich als faserartige Füllstoffe verwendet. At present, several materials of organic origin are known, which are suitable for example for packaging and construction applications. While wood fibers are quite common, other natural fibers from crops or crops are sometimes used as fibrous fillers.

[0003] US 2006 043 629 schlägt vor, einen verstärkten Bio-Verbundstoff durch Verarbeitung von Naturfasern (wie Gras, Reisstroh, Weizenstroh, Industrie-Hanf, Ananas-Blattfasern) mit einer Matrix von sojabasiertem Biokunststoff, unter Verwendung eines synthetischen Kopplungsmittels, d. h. eines mit funktionellem Monomer modifizierten Polymers, herzustellen. Ferner wird die Verwendung von modifiziertem Sojamehl mit funktionellen Monomeren im Kontext von industriellen Anwendungen, wie reaktiver Extrusion und Spritzguss erläutert. US 2006 043 629 proposes a reinforced biocomposite by processing natural fibers (such as grass, rice straw, wheat straw, industrial hemp, pineapple leaf fibers) with a matrix of soya-based bioplastic, using a synthetic coupling agent, i. H. a functional monomer modified polymer. Also discussed is the use of modified soy flour with functional monomers in the context of industrial applications such as reactive extrusion and injection molding.

[0004] US 2008 181 969 betrifft die Entfärbung und den strukturellen, d. h. chemischen oder mechanischen, Abbau von Verbundmaterialien, welche celluloseartige Komponenten, wie Holzfasern, Stroh, Gräser und anderes organisches Material, das durch Kopplungsmittel an Polymerkomponenten vernetzt ist, umfassen. Die Kopplungsmittel, wie gepfropfte Maleinsäureanhydrid-Polymere oder -Copolymere, enthalten Funktionalität(en) bzw. funktionelle Gruppen, die zur Bildung kovalenter Bindungen innerhalb von oder zwischen dem Polymer und celluloseartigen Komponenten befähigt sind. US 2008 181 969 relates to decolorization and structural, d. H. chemical or mechanical degradation of composite materials comprising cellulosic components such as wood fibers, straw, grasses and other organic material crosslinked by coupling agents to polymer components. The coupling agents, such as grafted maleic anhydride polymers or copolymers, contain functionality (s) or functional groups capable of forming covalent bonds within or between the polymer and cellulosic components.

[0005] Beide, US 2008 181 969 und US 2006 043 629, beschreiben ein Verbundmaterial, das von organischem Material herrührende Fasern und synthetische Polymere oder synthetische Kopplungsmittel für die Verbindung der Fasern umfasst. Both, US 2008,181,969 and US 2006,043,629, describe a composite material comprising organic material derived fibers and synthetic polymers or synthetic coupling agents for the bonding of the fibers.

[0006] CN 101 062 572 beschreibt einen Herstellungsprozess für Holz-Kunststoff-Verbundplatten. Der Prozess beinhaltet Zerfasern des Holzes mit einem Plattenrefiner, um grobe Fasern zu erhalten; Mischen der Fasern mit körnigen Abfallkunststoffen; und Heisspressen der Mischung, um die Verbundplatten zu erhalten. CN 101 062 572 describes a manufacturing process for wood-plastic composite panels. The process involves defibering the wood with a plate refiner to obtain coarse fibers; Mixing the fibers with granular waste plastics; and hot pressing the mixture to obtain the composite panels.

[0007] WO 2010 149 711 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerfasern von Cellulosefasern. Die Zerfaserung wird durch ein- und mehrfache Durchgänge eines dünnen Breis aus Roh- oder vorverarbeiteter Cellulosefaser, mit einem bevorzugten Festkörpermaterialkonsistenzbereich von 35% bis 55%, durch Doppelschnecken-Faserverarbeitungsmaschinen erreicht. WO 2010 149 711 describes a method and apparatus for defibering cellulosic fibers. Fiberization is accomplished by single and multiple passes of a slurry of virgin or preprocessed cellulosic fiber, with a preferred solids consistency range of 35% to 55%, through twin screw fiber processing machines.

[0008] WO 2001 32 978 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von hochverfeinerter Cellulose (HRC). Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines Eingangsmaterials mit einem cellulosehaltigen Rohmaterial, z.B. aus landwirtschaftlichen Nebenprodukten wie Maiskolben, Hülsen und Halmen, Mazerieren des Eingangsmaterials und Schreddern des Eingangsmaterials mit 4% Konsistenz zu Mikrofasern unter der Verwendung eines Plattenrefiners (auch Scheibenmühle genannt). Die Mikrofasern werden dann durch einen Siebfilter geführt und auf etwa 1% Festkörper verdünnt und dispergiert, bevor sie unter hohem Druck homogenisiert werden, um HRC-Gel herzustellen. WO 2001 32978 describes a process for the preparation of highly refined cellulose (HRC). The method comprises the steps of providing an input material with a cellulosic raw material, e.g. from agricultural by-products such as corncobs, pods and stalks, macerating the input material and shredding the input material at 4% consistency to microfibers using a plate refiner (also called disc mill). The microfibers are then passed through a mesh filter and diluted to about 1% solids and dispersed before being homogenized under high pressure to produce HRC gel.

[0009] US 5 817 381 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von cellulosehaltiger Masse für das Formen von cellulosehaltigen Verbundmaterialien. Das Verfahren verwendet faserige Nutzpflanzen-Nebenprodukte (z.B. Maiskolben und Hülsen) als Eingangsmaterial und schliesst die Schritte des Mazerierens und des Homogenisierens des Eingangsmaterials mit ein. Die Homogenisierung wird durch Bereitstellen eines Drucks von mindestens 300 psi (≈20.68 bar) und nachfolgendem Entfernen des Drucks innerhalb eines Zeitintervalls, das die Cellulosefaser zusammenbrechen lässt, ausgeführt. Die mit diesem Verfahren hergestellte cellulosehaltige Masse ist die hochverfeinerte Cellulose (HRC). US 5 817 381 relates to a process for the production of cellulose-containing composition for the molding of cellulose-containing composite materials. The process uses fibrous crop by-products (e.g., corncobs and pods) as the input material and includes the steps of macerating and homogenizing the input material. The homogenization is carried out by providing a pressure of at least 300 psi (≈20.68 bar) and subsequently removing the pressure within a time interval which causes the cellulose fiber to collapse. The cellulose-containing mass produced by this process is the highly refined cellulose (HRC).

[0010] Ebenso betrifft die WO 2007 139 563 ein ähnliches Verfahren wie die US 5 817 381 zur Herstellung von hochverfeinerter Cellulose (HRC) um den Eigehalt in Lebensmitteln und Gütern zu ersetzen. Der Homogenisierungsschritt wird unter der Verwendung eines Plattenrefiners (auch Scheibenmühle genannt) ausgeführt, und Wasser wird in den Refiner gespiesen, um die Erhaltung des Flusses der Festkörper ohne Verstopfung zu unterstützen. Similarly, WO 2007 139 563 relates to a similar method as US 5,817,381 for the production of highly refined cellulose (HRC) to replace the egg content in food and goods. The homogenization step is carried out using a plate refiner (also called disk mill) and water is fed to the refiner to help maintain the flow of solids without clogging.

[0011] WO 2002 059 212 betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von natürlichen faserbasierten Verbundmaterialien, enthaltend ein pulveriges Protein (z.B. Gluten oder Zein) als die alleinige Bindekomponente. Die natürlichen Fasern werden mit dem Bindematerial vermischt, Wasser wird hinzugefügt, um den Feuchtigkeitsgehalt abzustimmen, und nachfolgend wird die Mischung einer Hitze-Druck-Behandlung unterworfen, um das Verbundmaterial zu formen. Die Herstellung der Fasern wird nicht diskutiert. WO 2002 059 212 relates to a method for providing natural fiber-based composite materials containing a powdery protein (e.g., gluten or zein) as the sole binding component. The natural fibers are mixed with the binder material, water is added to adjust the moisture content, and subsequently the mixture is subjected to a heat-pressure treatment to form the composite material. The production of the fibers is not discussed.

[0012] WO 2010 064 069 vom gleichen Erfinder beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von cellulosehaltiger Masse unter Aussetzung einer Mischung aus Wasser, cellulosehaltigem organischen Material und ferromagnetischen Teilchen, in ein elektromagnetisches Feld, um das organische Material zu einer Teilchengrösse von nicht weniger als 1 Mikrometer zu zersetzen. Die so erhaltene cellulosehaltige Masse kann weiter zu geformten Gegenständen verarbeitet werden. WO 2010 064 069 by the same inventor describes a process for producing cellulose-containing mass by exposing a mixture of water, cellulose-containing organic material and ferromagnetic particles in an electromagnetic field to the organic material to a particle size of not less than 1 micron to decompose. The cellulose-containing composition thus obtained can be further processed into shaped articles.

[0013] WO 2011 039 121 und WO 2012 130 957 vom gleichen Erfinder beschreiben ebenso Verfahren zur Herstellung von cellulosehaltiger Masse ohne der Verwendung von synthetischen Polymerbindern oder Kopplungsmitteln. In WO 2011 039 121 wird ein Wasser und cellulosehaltige organische Masse umfassendes Eingangsmaterial mit Hochgeschwindigkeits-Schneidmühlen einem Nassmahlungsprozess bei erhöhten Temperaturen unterworfen. Der Prozess führt zu feinem Vermählen des cellulosehaltigen Eingangsmaterials. In WO 2012 130 957 wird das Eingangsmaterial durch die Verwendung eines Refiners, wie eines konischen Refiners, eines Homogenisierers oder einer Hochgeschwindigkeits-Nassmühlmaschine, der Homogenisierung unterworfen. Während der Homogenisierung wird das cellulosehaltige Rohmaterial auf eine durchschnittliche Teilchengrösse von 1–2 mm reduziert. Die grosse Menge an Wasser, welche zur Verarbeitung des Eingangsmaterials benötigt wird, wird in einem nachfolgenden Schritt vor dem Formen des Verbundmaterials entfernt. WO 2011 039 121 and WO 2012 130 957 by the same inventor also describe processes for the production of cellulose-containing composition without the use of synthetic polymer binders or coupling agents. In WO 2011 039 121, an input material comprising water and cellulose-containing organic material is subjected to a wet grinding process at elevated temperatures using high-speed cutting mills. The process results in fine grinding of the cellulose-containing input material. In WO 2012 130 957, the input material is subjected to homogenization through the use of a refiner such as a conical refiner, a homogenizer or a high-speed wet milling machine. During homogenization, the cellulose-containing raw material is reduced to an average particle size of 1-2 mm. The large amount of water needed to process the input material is removed in a subsequent step prior to forming the composite material.

[0014] Die Verfahren der WO 2010 064 069, WO 2011 039 121 und WO 2012 130 957 erlauben die Herstellung von Verbundmaterialien ohne die Verwendung von exogenen polymeren Komponenten, d.h. polymeren Komponenten, die nicht vom verarbeiteten organischen Rohmaterial herrühren, zu erfordern, um die organischen Materialien, zum Beispiel die Pflanzenteilchen, miteinander zu verbinden. The methods of WO 2010 064 069, WO 2011 039 121 and WO 2012 130 957 allow the preparation of composite materials without the use of exogenous polymeric components, i. polymeric components that are not derived from the processed organic raw material required to connect the organic materials, for example, the plant particles together.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

[0015] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes und kosteneffizientes Verfahren zur Herstellung von geformten Gegenständen aus Cellulosefasern enthaltendem Pflanzenmaterial bereitzustellen. Es ist eine andere Aufgabe, diese geformten Gegenstände ohne die Verwendung von exogenen polymeren Komponenten, d.h. polymeren Komponenten, welche nicht vom Cellulosefasern enthaltenden Pflanzenmaterial herrühren, zu erfordern. Es ist eine andere Aufgabe, die Bindefähigkeiten des zerfaserten Pflanzenmaterials zu verbessern, um geformte Gegenstände von grosser Stärke zu formen. It is an object of the invention to provide an improved and cost-efficient method of producing molded articles from cellulose fiber-containing plant material. It is another object to provide these molded articles without the use of exogenous polymeric components, i. polymeric components which are not derived from the cellulose fiber-containing plant material. It is another object to improve the binding capabilities of the shredded plant material to form molded articles of great strength.

[0016] Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch ein Verfahren gemäss dem Anspruch 1 gelöst. Gemäss der Erfindung umfasst daher das Verfahren zur Herstellung eines geformten Gegenstandes aus Cellulosefasern enthaltendem Pflanzenmaterial die folgenden Schritte: (a) Befeuchtung eines direkt von Cellulosefasern enthaltendem Pflanzenmaterial herrührenden, vorgeschnittenen Rohmaterials durch die Zugabe einer Flüssigkeit; (b) Einspeisen des befeuchteten, vorgeschnittenen Rohmaterials in einen Disperger, ausgerüstet mit Dispergierscheiben, welche mehrere konzentrische Kreise von Zähnen für das Zerfasern des vorgeschnittenen Rohmaterials enthalten, um eine breiige Masse, umfassend individuelle Cellulose- oder celluloseartige Fasern oder Faserbündel, zu erhalten; und (c) Formen des geformten Gegenstandes aus der breiigen Masse durch ein direktes Formverfahren. The objects of the present invention are achieved by a method according to claim 1. According to the invention, therefore, the process for producing a molded article from cellulose fiber-containing plant material comprises the steps of: (a) moistening a precut raw material directly from cellulose fiber-containing plant material by the addition of a liquid; (b) feeding the wetted precut raw material into a disperser equipped with dispersing discs containing a plurality of concentric circles of teeth for defibering the precut raw material to obtain a pulpy mass comprising individual cellulosic or cellulosic fibers or fiber bundles; and (c) shaping the shaped article from the pulpy mass by a direct molding process.

[0017] Das Rohmaterial stammt direkt aus Cellulosefasern enthaltendem Pflanzenmaterial. Daher wurde es vorher idealerweise nicht auf eine Weise, bei welcher die chemische Struktur der Cellulosefasern geändert wird, verarbeitet. The raw material is derived directly from cellulose fiber containing plant material. Therefore, ideally, it was not previously processed in a manner in which the chemical structure of the cellulose fibers is changed.

[0018] Die Idee des Verfahrens liegt in der Tatsache, dass während der Herstellung natürliche Formen des Pflanzenmaterials zerfasert werden, d.h. vorgeschnittenes Material wird in kleine Cellulose- oder celluloseartige Fasern oder Bündel von einigen Fasern zersetzt, wenn ihre organischen Bindungen der intrazellulären und interzellulären Strukturen aufgebrochen werden, bis eine breiige Masse produziert wird. Solch eine breiige Masse wird als Formsand weiterverwendet: Es wird mit einer neuen geometrischen Form umgeformt, und strukturelle Bindungen zwischen den kleinen Cellulose- oder celluloseartigen Fasern der Faserbündel werden wiederhergestellt, während die breiigen Masse aushärtet. The idea of the method resides in the fact that during production natural forms of the plant material are defibered, i. E. precut material is decomposed into small cellulosic or cellulosic fibers or bundles of some fibers as their organic bonds of the intracellular and intercellular structures are broken until a pulpy mass is produced. Such a pulpy mass is reused as foundry sand: it is reshaped with a new geometric shape, and structural bonds between the small cellulosic or cellulosic fibers of the fiber bundles are restored while the pulpy mass hardens.

[0019] Die Erfindung erlaubt es, geformte Gegenstände herzustellen, ohne die Verwendung von exogenen’ polymeren Komponenten für die Bindung der Rohmaterialien, zum Beispiel die Pflanzenteilchen oder Fasern zueinander, zu erfordern. Im Kontext der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff exogene polymere Komponenten polymere Komponenten, welche nicht von Cellulosefasern enthaltendem Pflanzenmaterial herrühren, z.B. synthetische Polymere. The invention makes it possible to produce shaped articles without requiring the use of exogenous polymeric components for the binding of the raw materials, for example the plant particles or fibers to each other. In the context of the present invention, the term exogenous polymeric components refers to polymeric components which are not derived from cellulosic fiber-containing plant material, e.g. synthetic polymers.

[0020] Es wurde entdeckt, dass die bekannten Verfahren einen dünnen Brei mit kleinen Teilchen des Ausgangsrohmaterials produzieren, die Verfahren aber nicht imstande sind, die Fasern des Rohmaterials genügend zu zerfasern und auch die den Hauptteil der Fasern bildende Cellulose zu aktivieren. Unter der Verwendung eines Dispergers kann das vorgeschnittene Rohmaterial so verarbeitet werden, um Fasern mit einem im Vergleich zu den Verfahren aus dem Stand der Technik, wo die Fasern einfach zu feinen Teilchen von kleiner als 2 mm geschnitten werden, optimierten Verhältnis des Durchmessers zur Länge zu erhalten. Mit dem Verfahren der Erfindung können daher die Fasern oder die Bündel der Fasern effizienter voneinander befreit werden und trotzdem noch eine optimale Länge beibehalten. Anstatt das vorgeschnittene Material einfach in noch kleinere Teile zu schneiden, führt der Kneteffekt eines Dispergers zu zerfaserten, längeren Teilchen mit einem kleineren durchschnittlichen Durchmesser. It has been discovered that the known processes produce a thin slurry with small particles of the starting raw material, but the processes are unable to sufficiently fiberize the fibers of the raw material and also to activate the cellulose which constitutes the bulk of the fibers. Using a disperser, the precut raw material can be processed to provide fibers having a diameter to length ratio optimized over the prior art processes where the fibers are simply cut into fine particles of less than 2mm receive. With the method of the invention, therefore, the fibers or the bundles of fibers can be freed from each other more efficiently and still maintain an optimal length. Instead of simply cutting the precut material into even smaller pieces, the kneading effect of a disperser results in shredded, longer particles with a smaller average diameter.

[0021] Zusätzlich verursacht der Disperger Schäden an der äusseren Schalenlage jeder/s individuellen Faser oder Faserbündels, ohne die innere Struktur zu beeinträchtigen, um so die maximale Faserstärke beizubehalten und dabei die Cellulose für das spätere Wiederverbinden zu aktivieren. Der geformte Gegenstand aus Cellulosefasern enthaltendem Pflanzenmaterial kann daher ohne die Verwendung von exogenen polymeren Komponenten, z.B. synthetische Polymere oder Bindemittel, oder natürliche Bindeproteine, z.B. Gluten oder Zein, hergestellt werden. In addition, the disperser causes damage to the outer shell layer of each individual fiber or fiber bundle without affecting the internal structure so as to maintain maximum fiber strength while activating the cellulose for later reconnection. The molded article of cellulosic fiber-containing plant material may therefore be made without the use of exogenous polymeric components, e.g. synthetic polymers or binders, or natural binding proteins, e.g. Gluten or zein, are produced.

[0022] Gleichzeitig werden auch kleine Teilchen aus Cellulose und Pectin produziert, welche weiterhin eine wichtige Rolle bei der Formung von geformten Gegenständen spielen werden, zusätzlich zum direkten Kontakt zwischen den individuellen Fasern. Die kleinen Teilchen füllen Lücken zwischen den individuellen Fasern, und tragen daher zur Bildung von zusätzlichen Bindungen bei. Optional kann zusätzliche Cellulose beigegeben werden, um diese Lücken zu füllen. At the same time, small particles of cellulose and pectin are also produced, which will continue to play an important role in the molding of shaped articles, in addition to the direct contact between the individual fibers. The small particles fill gaps between the individual fibers and therefore contribute to the formation of additional bonds. Optionally, additional cellulose can be added to fill these gaps.

[0023] Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es beträchtlich weniger Wasser oder Flüssigkeit verwendet, da das in den Disperger gespiesene Material optimalerweise eine beträchtlich höhere Konsistenz im Vergleich zu den bekannten Verfahren, welche dünnen Brei mit einer tiefen Konsistenz verwenden, aufweist. Dieses Verfahren ist daher auch kosteneffizienter. Another advantage of this method is that it uses considerably less water or liquid, since the material fed into the disperser optimally has a considerably higher consistency compared to the known methods which use thin, low consistency pulp. This method is therefore also more cost efficient.

[0024] In vorteilhafter Weise stammt das Cellulosefasern enthaltende Pflanzenmaterial von höheren Pflanzen, vorzugsweise von der Gruppe der echten Gräser der Familie Gramineae (Poaceae) wie Getreidenutzpflanzen, oder von Baumwolle, Hanf oder Flachs oder eine Mischung davon. Das Cellulosefasern enthaltende Pflanzenmaterial kann aus Landwirtschaftsabfall von Getreide (z.B. Mais, Roggen, Weizen, Hafer, Gerste, Sorghum, Raps, Reis usw., und Kombinationen davon), Stapelfasern (z.B. Baumwolle, Flachs, Hanf, usw.) abgeleitet sein, was solche geformte Gegenstände wegen dem tiefen Preis des Ausgangsmaterials ökonomisch verträglich macht. Das Cellulosefasern enthaltende Pflanzenmaterial ist Vorzugsweise aus Halmteilen von höheren Pflanzen, Zellhüllen oder -membranen gemacht, welche eine ausreichende Menge an Cellulose, d.h. ein hochmolekulares Polysaccharid oder Glucan, aufgebaut aus 1,4-verknüpfter D-Glucose, enthalten. Bevorzugte Pflanzenmaterialien sind Getreidestroh oder Reisstroh. Gute Ergebnisse wurden unter der Verwendung von Weizenstroh als Cellulosefasern enthaltendes Pflanzenmaterial erreicht. Advantageously, the plant material containing cellulose fibers is derived from higher plants, preferably from the group of true grasses of the family Gramineae (Poaceae) such as cereal crops, or from cotton, hemp or flax or a mixture thereof. The cellulose fiber-containing plant material may be derived from agricultural waste of cereals (eg, corn, rye, wheat, oats, barley, sorghum, rape, rice, etc., and combinations thereof), staple fibers (eg, cotton, flax, hemp, etc.) Such shaped objects make economically compatible because of the low price of the starting material. The cellulosic fiber-containing plant material is preferably made from halm parts of higher plants, cell envelopes or membranes containing a sufficient amount of cellulose, i. a high molecular weight polysaccharide or glucan composed of 1,4-linked D-glucose. Preferred plant materials are cereal straw or rice straw. Good results have been achieved using wheat straw as a cellulosic fiber-containing plant material.

[0025] Vorzugsweise wird das Cellulosefasern enthaltende Pflanzenmaterial geschnitten oder geschreddert, um ein vorgeschnittenes Rohmaterial mit einer vorbestimmten durchschnittlichen Teilchengrösse zu erhalten. Für die einfache Handhabung des vorgeschnittenen Rohmaterials kann die durchschnittliche Teilchengrösse etwa 20 mm bis 50 mm betragen. Preferably, the plant material containing cellulose fibers is cut or shredded to obtain a pre-cut raw material having a predetermined average particle size. For easy handling of the precut raw material, the average particle size may be about 20 mm to 50 mm.

[0026] Bevor das vorgeschnittene Rohmaterial in den Disperger gespiesen wird, wird es durch die Zugabe einer Flüssigkeit befeuchtet. In seiner einfachsten Ausführungsform kann die Flüssigkeit Wasser oder Dampf sein. Allerdings können je nach den Anforderungen an die Herstellbarkeit und an die Charakteristika des Pflanzenmaterials organische Lösungsmittel verwendet werden. In diesem Fall kann es notwendig sein, nach dem Dispergieren das Lösungsmittel aus dem Brei zu extrahieren. Auch eine Flüssigkeit mit einem pH-Wert von etwa 8 oder höher, bevorzugter etwa 8.4 oder höher, kann für das Befeuchten des vorgeschnittenen Rohmaterials verwendet werden, was besonders für den Fall geeignet ist, dass das organische Material Stroh, z.B. Reis oder Weizen oder Roggenstroh, ist. Die Flüssigkeit zum Befeuchten kann z.B. 0.1 N H2SO4oder 1 N NaOH sein. Before the pre-cut raw material is fed into the disperser, it is moistened by the addition of a liquid. In its simplest embodiment, the liquid may be water or steam. However, organic solvents may be used depending on the manufacturability and the characteristics of the plant material. In this case it may be necessary to extract the solvent from the slurry after dispersing. Also, a liquid having a pH of about 8 or higher, more preferably about 8.4 or higher, can be used for wetting the precut raw material, which is particularly suitable for the case where the organic material is straw, e.g. Rice or wheat or rye straw, is. The moistening liquid may be e.g. 0.1N H2SO4 or 1N NaOH.

[0027] Abhängig vom Feuchtigkeitsgehalt des vorgeschnittenen Rohmaterials ist die Menge der hinzugefügten Flüssigkeit, z.B. Wasser, 40 bis 100 Prozent an Trockengewicht des vorgeschnittenen Rohmaterials, so dass die Konsistenz des dem Disperger unterworfenen Materials etwa 50 bis 70 Prozent, vorzugsweise 60 bis 70 Prozent, bevorzugter etwa 60 Prozent, beträgt. Depending on the moisture content of the precut raw material, the amount of added liquid, e.g. Water, 40 to 100 percent dry weight of the precut raw material, such that the consistency of the material subject to the disperser is about 50 to 70 percent, preferably 60 to 70 percent, more preferably about 60 percent.

[0028] Die Temperatur der Flüssigkeit, hauptsächlich wenn Wasser verwendet wird, kann im Bereich von 80°C bis 95°C sein, um das vorgeschnittene Rohmaterial schneller zu erweichen. Falls Dampf oder Wasserdampf verwendet wird, kann die Temperatur höher sein, z.B. bis zu 120°C. The temperature of the liquid, mainly when water is used, may be in the range of 80 ° C to 95 ° C to soften the precut raw material faster. If steam or steam is used, the temperature may be higher, e.g. up to 120 ° C.

[0029] Idealerweise wird das vorgeschnittene Rohmaterial unmittelbar bevor das Rohmaterial in den Disperger gespiesen wird, befeuchtet. Optional kann das befeuchtete, vorgeschnittene Rohmaterial während mehreren Stunden mazeriert oder gekocht werden. Während dem Mazerieren oder Kochen wird das befeuchtete, vorgeschnittene Rohmaterial erweicht, hauptsächlich als Folge der Benetzung oder Aufquellung. Teilweise Hydrolyse der Cellulose kann auftreten. Ideally, the pre-cut raw material is moistened immediately before the raw material is fed into the disperser. Optionally, the moistened pre-cut raw material may be macerated or cooked for several hours. During maceration or cooking, the moistened precut raw material is softened, primarily as a result of wetting or swelling. Partial hydrolysis of the cellulose may occur.

[0030] Das Zerfasern des vorgeschnittenen Rohmaterials macht den entscheidenden Schritt des Verfahrens aus. Daher wird das befeuchtete, vorgeschnittene Rohmaterial für das Zerfasern des vorgeschnittenen Rohmaterials in den Disperger gespiesen, um eine breiige Masse zu erhalten, die Cellulose- oder celluloseartige Fasern oder Faserbündel mit einer durchschnittlichen Länge im Bereich von 1 bis 10 mm, vorzugsweise 3 bis 10 mm, und/oder einen durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von 0.03 bis 1 mm, umfasst. The defibering of the precut raw material is the crucial step in the process. Therefore, the moistened precut raw material for defibering the precut raw material is fed to the disperser to obtain a mushy mass comprising cellulosic or cellulosic fibers or fiber bundles having an average length in the range of 1 to 10 mm, preferably 3 to 10 mm , and / or has an average diameter in the range of 0.03 to 1 mm.

[0031] Der Disperger ist eine spezialisierte Maschinenanlage, ausgerüstet mit zwei Dispergierscheiben, welche einander gegenüber stehen und üblicherweise durch Rotieren eines der zwei Scheiben, relativ zueinander rotieren. Die Scheiben sind mit mehreren, z.B. 4 bis 7, vorzugsweise 5, konzentrischen Kreiszähnen ausgestattet. Typischerweise sind die Zähne angeschrägt. Die Zähne können entlang deren angeschrägten Seiten mit Kerben ausgestattet sein. Die Kreise von Zähnen auf der rotierenden Scheibe können mit den Kreisen von Zähnen auf der statischen Scheibe vermaschen. Die Zähne der zwei Scheiben berühren einander nicht. Für optimale Zerfaserung können die Scheiben so arrangiert sein, dass ein minimaler Zwischenraum von 1.2 mm bis 2.5 mm, vorzugsweise 1.5 bis 2.0 mm, zwischen den Zähnen der zwei Scheiben ausgebildet wird. The disperser is a specialized machinery equipped with two dispersing disks which face each other and usually rotate by rotating one of the two disks relative to each other. The discs are covered with several, e.g. 4 to 7, preferably 5, concentric circular teeth equipped. Typically, the teeth are bevelled. The teeth may be provided with notches along their bevelled sides. The circles of teeth on the rotating disc can mesh with the circles of teeth on the static disc. The teeth of the two discs do not touch each other. For optimal defibering, the discs may be arranged to form a minimum clearance of 1.2 mm to 2.5 mm, preferably 1.5 to 2.0 mm, between the teeth of the two discs.

[0032] Eine solche Anordnung der Dispergierscheiben bietet einen starken Kneteffekt und zerfasert daher das vorgeschnittene Rohmaterial, um eine breiige Masse zu erhalten, welche individuelle Cellulose- oder celluloseartige Fasern oder Faserbündel mit optimalem Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis und aktivierter Cellulose umfasst, um die Bildung von Wasserstoffbrücken zu fördern, wie auch um die gesamte beim Bilden der geformten Gegenstände für die Bindung verfügbare Oberfläche der Fasern zu erhöhen. Der Kneteffekt schneidet daher nicht einfach das Rohmaterial in noch kleinere Stücke, sondern die Fasern oder die Faserbündel werden effizienter voneinander aufgelockert. Such an arrangement of dispersing discs provides a strong kneading effect and therefore defibbles the precut raw material to obtain a pulpy mass comprising individual cellulosic or cellulosic fibers or fiber bundles of optimum length to diameter ratio and activated cellulose to promote the formation of hydrogen bonds, as well as to increase the overall surface area of the fibers available to form the shaped articles for bonding. The kneading effect therefore does not simply cut the raw material into even smaller pieces, but the fibers or fiber bundles are loosened more efficiently from each other.

[0033] Die breiige Masse bildet das Basismaterial für einen gewaltigen Bereich von geformten Gegenständen mit einem weiten Bereich an Gestalten, Formen und Designs. Die geformten Gegenstände können Gebäudematerialien, Möbelteile, Automobilinnenausstattungen, Verpackungen, usw. sein. Die genannten geformten Gegenstände können mit direkten Formverfahren wie Giessen, Spritzgiessen, Pressen oder Extrudieren oder mit nachfolgender maschineller Bearbeitung der vorgenannten hergestellt werden. The mushy mass forms the base material for a vast range of shaped articles having a wide range of shapes, shapes and designs. The molded articles may be building materials, furniture parts, automotive interiors, packaging, etc. The above molded articles can be produced by direct molding such as casting, injection molding, pressing or extruding or by subsequent machining of the foregoing.

[0034] Die Bezeichnung geformte Gegenstände umfasst Endprodukte, wie zum Beispiel Panele, wie auch Halbprodukte, z.B. ein Kernmaterial einer laminierten Konstruktion wie z.B. eine Sandwichkonstruktion. Im letzteren Fall können gewisse Eigenschaften des Produktes zum Beispiel insofern verbessert werden, als dass wenigstens eine Mantelschicht haftend an das genannte Halbprodukt gebunden ist. Ein Vorteil einer solchen Sandwichkonstruktion ist, dass einem Produkt verschiedene Eigenschaften wie strukturelle Stärke, Leichtgewicht-Konstruktion, Feuerfestigkeit oder eine Kombination davon, verliehen werden können. In Abhängigkeit von der Ausführungsform des Produktes können eine oder mehrere Schichten oder Mantelschichten aus Metall, Glas oder Kohlenstofffasern oder Maschengewebe hergestellt sein. Solche nicht-organische Fasern können sogar vor dem Formen der geformten Gegenstände zur breiigen Masse hinzugefügt und mit ihr gemischt werden. The term shaped articles include end products, such as panels, as well as semi-products, e.g. a core material of a laminated construction such as e.g. a sandwich construction. In the latter case, certain properties of the product can be improved, for example, in that at least one cladding layer is adhesively bonded to said half-product. An advantage of such a sandwich construction is that a product can be given various properties such as structural strength, lightweight construction, fire resistance or a combination thereof. Depending on the embodiment of the product, one or more layers or cladding layers may be made of metal, glass or carbon fibers or mesh. Such non-organic fibers may even be added to and mixed with the pulpy mass prior to molding the shaped articles.

[0035] Alternativ und/oder zusätzlich dazu können die geformten Gegenstände einer geeigneten Oberflächenbehandlung, welche später in dieser Beschreibung erläutert wird, unterzogen werden. Alternatively, and / or additionally, the molded articles may be subjected to a suitable surface treatment, which will be discussed later in this specification.

[0036] Der Prozess des Formens der geformten Gegenstände beinhaltet typischerweise Trocknen und/oder Aushärten der breiigen Masse, was ein Extrahieren einer überschüssigen Flüssigkeit bezeichnet. Prozesse der Wiederherstellung der strukturellen Bindung erscheinen während die breiige Masse geformt wird, zum Beispiel durch Aushärten in Giessformen oder Formen. Solche Prozesse sind eigentlich eine Integration von Überresten von n-Molekülen von beta-Glucose zu einer molekularen Verbindung mit einer gemeinsamen Polymerformel [C6H7O2(OH)3]n. Das Vorliegen von Glucosemolekülen mit drei Hydroxylgruppen [(OH)-Gruppen] in jedem Rest gestattet, dass die Bindung zwischen den Resten über laterale Hydroxylgruppen durch Entziehung von Wassermolekülen aus selbigen erleichtert wird. Deshalb findet eine Wiederherstellung von strukturellen Bindungen des organischen Materials in der Masse statt, sobald überschüssige Flüssigkeit der Masse extrahiert wird, zum Beispiel durch Austrocknen oder Trocknung im Falle von Wasser, was zu einem Aushärtungsprozess führt. The process of forming the shaped articles typically involves drying and / or curing the mushy mass, which refers to extracting excess liquid. Processes of restoring structural bonding appear while the mushy mass is being formed, for example by curing in molds or molds. Such processes are actually an integration of residues of n-molecules of beta-glucose into a molecular compound with a common polymer formula [C6H7O2 (OH) 3] n. The presence of glucose molecules having three hydroxyl groups [(OH) groups] in each residue allows the attachment of the residues via lateral hydroxyl groups to be facilitated by deprivation of water molecules therefrom. Therefore, a restoration of structural bonds of the organic material in the bulk takes place as excess liquid of the mass is extracted, for example by drying out or drying in the case of water, resulting in a curing process.

[0037] Falls Wasser als die Flüssigkeit verwendet wird, wird das Entwässerungsverfahren unter einer vorbestimmten Temperatur durch eine beliebige aus einer Auswahl von bekannten geeigneten Techniken durchgeführt. Derartige Techniken umfassen und/oder kombinieren Kompression, Extrusion und Filtration sowie Absorption, Vakuumtrocknung, Blastrocknung, Erwärmung, Bestrahlung, Abtupfen, Verdampfen unter einem Gebläse und andere Verfahren zur Austrocknung, einschliesslich zum Beispiel natürlicher Lufttrocknung. Die Auswahl eines spezifischen Verfahrens zur Entwässerung hängt von den spezifischen Anforderungen an den Prozess und/oder dem zu formenden Gegenstand ab. Als Beispiel wird das Produkt bei einer Temperatur zwischen 80 bis 90°C getrocknet, bis das Endprodukt eine Feuchtigkeit von weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 14%, aufweist. Das Trocknen kann 16 bis 24 Stunden dauern. If water is used as the liquid, the dewatering process is carried out at a predetermined temperature by any of a selection of known suitable techniques. Such techniques include and / or combine compression, extrusion and filtration as well as absorption, vacuum drying, blow drying, heating, irradiation, blotting, vaporizing under a blower, and other dehydration techniques, including, for example, natural air drying. The selection of a specific method for dewatering depends on the specific requirements of the process and / or the article to be molded. As an example, the product is dried at a temperature between 80 to 90 ° C until the final product has a moisture content of less than 20%, preferably less than 14%. Drying can take 16 to 24 hours.

[0038] Abhängig von den Charakteristika der breiigen Masse und/oder den Anforderungen an den herzustellenden geformten Gegenstand wird die Nachbearbeitung der Masse durch mindestens eines von Formung, Formpressen, Spritzgiessen durchgeführt. Allerdings können andere Formgebungstechniken für die Herstellung des Produktes geeignet sein. Depending on the characteristics of the mushy mass and / or the requirements of the shaped article to be produced, the post-processing of the mass is carried out by at least one of molding, compression molding, injection molding. However, other molding techniques may be suitable for the manufacture of the product.

[0039] Im Fall des Formpressens ist es denkbar, dass ein Mischbehälter oder ein Teil davon gleichzeitig eine Hälfte der Form bildet. Da dem Fachmann auf dem Gebiet allgemeine Formungstechniken bekannt sind, wird auf eine eingehende Beschreibung derselben verzichtet. Formung unter Druck kann bei 120–220°C durchgeführt werden. In the case of compression molding, it is conceivable that a mixing container or a part thereof simultaneously forms one half of the mold. Since general molding techniques are known to those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted. Forming under pressure can be performed at 120-220 ° C.

[0040] Abhängig von den Anforderungen und der Herstellbarkeit werden der Formungs- und Aushärtungsvorgang gemeinsam oder aufeinanderfolgend durchgeführt. Depending on the requirements and the manufacturability of the forming and curing process are carried out together or sequentially.

[0041] Eine weitere Nachbearbeitung kann durchgeführt werden, z. B. zur Verbesserung der Beständigkeit des aus der breiigen Masse hergestellten geformten Gegenstandes gegen Feuchtigkeit oder Wasser, oder um seine Haltbarkeit gegenüber chemisch aggressiven Umgebungen zu steigern, die mikrobiologische Beständigkeit zu verstärken, um dem geformten Gegenstand erforderliche Charakteristika in Hinsicht auf einen speziellen Typ von Beständigkeit, eine spezielle Farbe, einen besonderen Geruch oder eine Kombination davon zu verleihen. Für diesen Zweck können, vor der Extraktion von jedwedem überschüssigen Flüssigkeitsgehalt, spezifische Modifizierer und/oder Additive in das vorgeschnittene Rohmaterial und/oder die breiige Masse zugesetzt werden. Another post-processing can be carried out, for. To improve the resistance of moisture or water to the molded article formed from the slurry, or to increase its durability against chemically aggressive environments, to enhance microbiological resistance to characteristics required of the molded article with respect to a particular type of durability to give a special color, a special smell or a combination thereof. For this purpose, prior to extraction of any excess liquid content, specific modifiers and / or additives may be added to the precut raw material and / or pulp.

[0042] Zusätzliche synthetische Polymere können für die Beschichtung oder der Oberflächenbehandlung der Bestandteile des geformten Gegenstandes, in Abhängigkeit von deren weiteren Verwendung, verwendet werden. Additional synthetic polymers may be used for the coating or surface treatment of the components of the molded article, depending on their further use.

[0043] Abhängig von den Erfordernissen können die genannten spezifischen Modifizierer und/oder Additive zum Erzielen einer bestimmten Homogenität der breiigen Masse und/oder des geformten Gegenstandes verwendet werden. Depending on the requirements, said specific modifiers and / or additives may be used to achieve a certain homogeneity of the slurry and / or shaped article.

[0044] Spezielle Aufmerksamkeit sollte der Tatsache gewidmet werden, dass mehrere Typen von Pflanzenzellen von Verbindungen, wie anorganischen Mineralien, zum Beispiel Silikaten, oder organischen Mineralien, wie Oxalaten, überkrustet sind oder diese enthalten. Die gezielte Auswahl von Cellulosefasern enthaltenden Pflanzenmaterialien, welche bestimmte Mengen der genannten Verbindungen, wie zum Beispiel Mineralien, enthalten, kann angewandt werden, um breiige Massen und geformte Gegenstände mit von den Endbenutzern geforderten bestimmten Eigenschaften bereitzustellen. Zum Beispiel erfolgt das Auswählen von Rohmaterialien unter Heranziehung der Fähigkeit, welche die erwähnten Materialien erwerben oder signifikant verbessern können, wie etwa Charakteristika und Eigenschaften wie Leitwert, Wärmedurchlässigkeit (d. h. die Wärmeleitfähigkeit), Schalldichtigkeit, Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeitsverformung, chemische und mikrobiologische Einwirkung, und so fort. Darüber hinaus können exogene Modifizierer zugegeben werden, wenn die breiige Masse den Anforderungen an das Verbundmaterial nicht genügt. Particular attention should be given to the fact that several types of plant cells are encrusted or contain compounds such as inorganic minerals, for example silicates, or organic minerals such as oxalates. The selective selection of cellulosic fiber-containing plant materials containing certain amounts of said compounds, such as minerals, can be used to provide pulpy masses and molded articles with certain properties required by end users. For example, selecting raw materials takes advantage of the ability which the mentioned materials can acquire or significantly improve, such as characteristics and properties such as conductance, heat transmission (ie, heat conductivity), soundproofness, resistance to moisture deformation, chemical and microbiological action, and so on continued. In addition, exogenous modifiers may be added if the slurry does not meet the composite requirements.

[0045] Die Herstellung von Materialien mit vorbestimmten Eigenschaften (Beständigkeit, Hydropathie, Haltbarkeit gegenüber chemisch aggressivem Milieu, mikrobiologische Beständigkeit, zusätzlicher und/oder spezieller Typ von Beständigkeit, Farbe, Geruch, usw.) einschliesslich denjenigen, die von den Prioritäten des Benutzers gefordert werden, wird durch Zusetzen spezifischer Modifizierer in die homogene Masse vor der Entwässerung und/oder durch Anwenden spezieller ergänzender Techniken während der Herstellung der homogenen Masse für das Aushärten erzielt. The preparation of materials with predetermined properties (resistance, hydropathy, durability against aggressive chemical environment, microbiological resistance, additional and / or special type of resistance, color, smell, etc.) including those required by the priorities of the user is achieved by adding specific modifiers to the homogeneous mass prior to dewatering and / or by applying special supplemental techniques during the preparation of the homogeneous mass for curing.

[0046] Zusätzlich können Steine oder andere feste nicht-organische Materialien vom Cellulosefasern enthaltenden Pflanzenmaterial oder dem vorgeschnittenen Rohmaterial in einem separaten, optionalen Schritt entfernt werden. Dieser Schritt wird idealerweise vor dem Befeuchtungsschritt ausgeführt und hat den Vorteil, dass die Maschinen für die weitere Bearbeitung nicht beschädigt oder schnell durch z.B. Steine abgenutzt werden. In addition, stones or other solid non-organic materials may be removed from the cellulosic fiber-containing plant material or precut raw material in a separate, optional step. This step is ideally carried out before the moistening step and has the advantage that the machines are not damaged for further processing or are rapidly damaged by e.g. Worn stones.

[0047] Um die mechanische Stärke des geformten Gegenstandes sogar noch zu erhöhen, kann zusätzliche Cellulose nach dem Zerfaserschritt der breiigen Masse hinzugefügt werden, bevor die Gegenstände geformt werden. Beispiele für zusätzliche Cellulose sind Methylcellulose und/oder Carboxymethylcellulose, vorzugsweise in der Form eines Natriumsalzes, und/oder mikrokristalline Cellulose. Die Carboxymethylcellulose (CMC) kann z.B. von Fischer Chemicals AG, Riesbachstrasse 57, CH-8034 Zürich, Schweiz mit der CAS Nummer 9004-32-4 sein. Ob zusätzliche Cellulose und welche Sorte zusätzlicher Cellulose hinzugefügt wird, hängt vom Produkt, für welches die breiige Masse verwendet wird, ab. Die Zugabe der zusätzlichen Cellulose führt zu stärkeren geformten Gegenständen. In order to even increase the mechanical strength of the molded article, additional cellulose may be added to the pulpy mass after the pulping step before the articles are molded. Examples of additional cellulose are methylcellulose and / or carboxymethylcellulose, preferably in the form of a sodium salt, and / or microcrystalline cellulose. The carboxymethylcellulose (CMC) may be e.g. from Fischer Chemicals AG, Riesbachstrasse 57, CH-8034 Zurich, Switzerland with the CAS number 9004-32-4. Whether additional cellulose is added and what sort of additional cellulose is added depends on the product for which the pulpy mass is used. The addition of the additional cellulose results in stronger shaped articles.

[0048] Mikrokristalline Cellulose (MCC) ist eine hochkristalline, teilchenförmige Cellulose, die hauptsächlich aus Kristallitaggregaten besteht, erhalten durch Entfernen amorpher (faserartiger Cellulose-)Regionen von einem gereinigten Cellulosequellenmaterial durch hydrolytischen Abbau. Als Beispiel können 5 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 7 Gewichtsprozent MCC, vorzugsweise mit einer Durchschnittsgrösse von etwa 15 bis 40 Mikrometern, der breiigen Masse hinzugefügt werden. Microcrystalline cellulose (MCC) is a highly crystalline particulate cellulose composed mainly of crystallite aggregates obtained by removing amorphous (fibrous cellulose) regions from a purified cellulose source material by hydrolytic degradation. As an example, 5 to 10 weight percent, preferably 7 weight percent MCC, preferably having an average size of about 15 to 40 micrometers, may be added to the mushy mass.

[0049] Optional kann die breiige Masse, z.B. mit einem Bandschneckenmischer, gemischt werden, um eine homogene pastenartige Masse zu erhalten, vor allem wenn zusätzliche Bestandteile (z.B. zusätzliche Cellulose) vor dem Formen des geformten Gegenstandes hinzugefügt werden. Optionally, the pulpy mass, e.g. with a ribbon blender, to obtain a homogeneous paste-like mass, especially when additional ingredients (e.g., additional cellulose) are added prior to molding the molded article.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0050] Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf Ausführungsformen, welche in den Figuren illustriert sind, detaillierter beschrieben. Die Figuren zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>ein Flussdiagramm des Verfahrens gemäss der Erfindung; und <tb>Fig. 2<SEP>einen Testaufbau für die Verarbeitung von vorgeschnittenem Rohmaterial.The invention will be described in more detail below with reference to embodiments illustrated in the figures. The figures show: <Tb> FIG. 1 <SEP> is a flowchart of the method according to the invention; and <Tb> FIG. 2 <SEP> a test setup for processing pre-cut raw material.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNGEMBODIMENTS OF THE INVENTION

[0051] Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform gemäss der Erfindung. Das Ausgangsmaterial, d.h. das Cellulosefasern enthaltende Pflanzenmaterial, ist vorzugsweise Reisstroh oder Weizenstroh, so wie es ohne weiteres als Nebenprodukt von der Landwirtschaft erhältlich ist. Allerdings können andere Cellulosefasern enthaltende Pflanzenmaterialien, wie oben beschrieben, verwendet werden. Das verwendete Pflanzenmaterial sollte eine grosse Menge an Cellulosefasern umfassen, um geformte Gegenstände von hoher Stärke herzustellen. Das Cellulosefasern enthaltende Pflanzenmaterial wird zu einer durchschnittliche Teilchengrösse im Bereich von 20 mm bis 50 mm geschnitten. Das kann hausintern erledigt werden oder es kann bereits vorgeschnittenes Material 1 erhalten werden. Das lockere, vorgeschnittene Material 1 kann auf einfache Weise transportiert und weiter verarbeitet werden. Fig. 1 shows a flow chart of an embodiment according to the invention. The starting material, i. the plant material containing cellulose fibers is preferably rice straw or wheat straw as readily available as a by-product from agriculture. However, other cellulosic fiber-containing plant materials may be used as described above. The plant material used should comprise a large amount of cellulosic fibers to produce molded articles of high strength. The cellulose fiber-containing plant material is cut to an average particle size in the range of 20 mm to 50 mm. This can be done in-house or pre-cut material 1 can already be obtained. The loose, precut material 1 can be easily transported and processed further.

[0052] In einem Befeuchtungsschritt 3 wird das vorgeschnittene Rohmaterial 1 mit einer Flüssigkeit 2, vorzugsweise mit Wasser bei einer Temperatur von 80°C bis 90°C, befeuchtet, um ein befeuchtetes, vorgeschnittenes Rohmaterial mit einer hohen Konsistenz im Bereich von 50 bis 70%, vorzugsweise etwa 60%, zu erhalten. Daher ist die Menge an beigefügter Flüssigkeit im Bereich von 40 zu 100% an Trockengewicht des vorgeschnittenen Rohmaterials. Andere Flüssigkeiten können wie oben beschrieben verwendet werden. Optional kann es dem befeuchteten Rohmaterial ermöglicht werden, während einem Mazerationsschritt 4 während einer vorbestimmten Zeit zu mazerieren, um es aufzuweichen, bevor das Rohmaterial in einen Disperger gespiesen wird. In a moistening step 3, the precut raw material 1 is moistened with a liquid 2, preferably water at a temperature of 80 ° C to 90 ° C, to form a moistened pre-cut raw material having a high consistency in the range of 50 to 70 %, preferably about 60%. Therefore, the amount of liquid added is in the range of 40 to 100% dry weight of the precut raw material. Other liquids can be used as described above. Optionally, the moistened raw material may be allowed to macerate during a maceration step 4 for a predetermined time to soften it before feeding the raw material to a disperser.

[0053] Der Aufweichungseffekt des vorgeschnittenen Rohmaterials kann auch durch die Verwendung eines Geschwindigkeitsheizers für ein gleichmässigeres Heizen und Befeuchtung des Rohmaterials, vorzugsweise aber nicht notwendigerweise, durch Dampf, erhöht werden. The softening effect of the precut raw material can also be increased by the use of a speed heater for more uniform heating and humidification of the raw material, but preferably, but not necessarily, by steam.

[0054] In Abhängigkeit des Ausgangsmaterials kann ein Reinigungsschritt (nicht gezeigt) zum Entfernen von Steinen und anderem festen nicht-organischen Material vom Ausgangspflanzenmaterial oder dem vorgeschnittenen Rohmaterial erwünscht sein. Der Reinigungsschritt kann vor oder direkt nach dem Schneiden des Ausgangsmaterials oder sogar nach dem Befeuchtungsschritt 3 ausgeführt werden. Das Entfernen der Steine kann wichtig für die Vorbeugung der Beschädigung des Dispergers und für die Reduzierung seiner Abnützung sein. Depending on the starting material, a cleaning step (not shown) for removing stones and other solid non-organic material from the starting plant material or precut raw material may be desired. The cleaning step may be carried out before or immediately after the cutting of the starting material or even after the moistening step 3. Removing the stones can be important in preventing damage to the disperser and reducing its wear.

[0055] Das befeuchtete Rohmaterial wird dann einem Disperger unterworfen, um den Zerfaserschritt 5 auszuführen, bis eine breiige Masse umfassend individueller Cellulose- oder celluloseartiger Fasern oder Faserbündel mit einer durchschnittlichen Länge im Bereich von 1 bis 10 mm, vorzugsweise 3 bis 10 mm, und/oder einem durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von 0.03 bis 1 mm. The wetted raw material is then subjected to a disperser to carry out the pulping step 5 until a pulpy mass comprising individual cellulosic or cellulosic fibers or fiber bundles having an average length in the range of 1 to 10 mm, preferably 3 to 10 mm, and / or an average diameter in the range of 0.03 to 1 mm.

[0056] Der Disperger 5 ist mit zwei Dispergierscheiben, die einander gegenüber stehen und üblicherweise durch Rotieren eines der zwei Scheiben relativ zueinander rotieren, ausgerüstet. Die Scheiben sind mit konzentrischen Kreiszähnen ausgestattet. Vorzugsweise sind die Zähne angeschrägt. Die Zähne können entlang deren angeschrägten Seiten mit Kerben ausgestattet sein. Die Kreise von Zähnen auf der rotierenden Scheibe können mit den Kreisen von Zähnen auf der statischen Scheibe vermaschen. Die Zähne der zwei Scheiben berühren sich nicht. Für optimale Zerfaserung können die Scheiben so arrangiert sein, dass ein minimaler Zwischenraum von 1.2 mm bis 2.5 mm, vorzugsweise 1.5 bis 2.0 mm, zwischen den Zähnen der zwei Scheiben ausgebildet wird. In Abhängigkeit vom Ausgangsmaterial kann der Zwischenraum sogar noch grösser sein. Der Disperger 5 verarbeitet das befeuchtete, vorgeschnittene Rohmaterial mittels einem starken Knet- und Schereffekt und zerfasert dabei das vorgeschnittene Rohmaterial mit einer geringeren Reduktion der Faserlänge im Vergleich zu Verfahren aus dem Stand der Technik. Der Knet- und Schereffekt aktiviert die Cellulose der Fasern indem die Zellhüllen aufgebrochen werden, um so die Formation von Wasserstoffbrücken zu fördern sowie die totale für die Bindung zur Verfügung stehende Oberfläche der Fasern zu erhöhen, wenn später die geformten Gegenstände geformt werden. Der Zerfaserschritt kann mit einem Disperger, wie der Disperger HTD.ED oder DX.CI von Voith GmbH, Deutschland, ausgeführt werden. The disperser 5 is equipped with two dispersing disks, which face each other and usually rotate by rotating one of the two disks relative to each other. The discs are equipped with concentric circular teeth. Preferably, the teeth are bevelled. The teeth may be provided with notches along their bevelled sides. The circles of teeth on the rotating disc can mesh with the circles of teeth on the static disc. The teeth of the two discs do not touch. For optimal defibering, the discs may be arranged to form a minimum clearance of 1.2 mm to 2.5 mm, preferably 1.5 to 2.0 mm, between the teeth of the two discs. Depending on the starting material, the gap may be even greater. The disperser 5 processes the moistened precut raw material by means of a strong kneading and shearing effect, thereby fiberizing the pre-cut raw material with less fiber length reduction compared to prior art methods. The kneading and shearing effect activates the cellulose of the fibers by breaking the cell sheaths so as to promote the formation of hydrogen bonds as well as to increase the total surface area of the fibers available for bonding as the shaped articles are formed later. The shredding step can be carried out with a disperser, such as the disperser HTD.ED or DX.CI from Voith GmbH, Germany.

[0057] Die breiige Masse, die aus dem Zerfaserschritt 5 erhalten wird, kann direkt einem Formschritt 8 zur Formung des geformten Gegenstandes 9 unterzogen werden. The pulpy mass obtained from the pulping step 5 may be directly subjected to a shaping step 8 for shaping the shaped article 9.

[0058] Optional kann die überschüssige Flüssigkeit der breiigen Masse in einem Flüssigkeitsentfernschritt (nicht gezeigt), z.B. durch Sedimentation, Filtration, Extrusion oder Auspressen, entfernt werden. Allerdings kann die Konsistenz des Rohmaterials, welches im Disperger für die Zerfaserung benutzt wurde, schon für das Formen der geformten Gegenstände optimal sein. Optionally, the excess liquid of the pulpy mass may be removed in a liquid removal step (not shown), e.g. by sedimentation, filtration, extrusion or extrusion. However, the consistency of the raw material used in disperger for defibering may already be optimal for molding molded articles.

[0059] Um eine homogene, pastenartige Masse für das Formen der geformten Gegenstände 9 zu erhalten, kann die vom Disperger 5 erhaltene breiige Masse einem Mischschritt 6, z.B. durch einen Bandschneckenmischer, unterzogen werden. Mit dem Mischschritt können, wie oben beschrieben, weitere Bestandteile 7 hinzugefügt werden. In order to obtain a homogeneous paste-like mass for molding the shaped articles 9, the pulpy mass obtained from the disperser 5 may be subjected to a mixing step 6, e.g. through a ribbon blender. With the mixing step, as described above, further ingredients 7 can be added.

[0060] Die breiige Masse aus dem Disperger oder die homogene, pastenartige Masse nach dem Mischen wird dann für das Formen der geformten Gegenstände 9 durch einen direkten Formschritt 8, wie Giessen, Spritzgiessen, Pressen oder Extrudieren benutzt. The pulpy mass from the disperser or the homogeneous pasty mass after mixing is then used for molding the shaped articles 9 by a direct forming step 8 such as casting, injection molding, pressing or extruding.

[0061] Ein Vorteil des Verfahrens ist das Formen von geformten Gegenständen unter der Verwendung von Cellulosefasern enthaltendem Pflanzenmaterial ohne die Notwendigkeit von zusätzlichen synthetischen Polymerharzen für das Wiederverbinden der Fasern. Zusätzliche synthetische Polymere können für die Beschichtung oder Oberflächenbehandlung der Bestandteile der geformten Gegenstände in Abhängigkeit von deren weiterem Gebrauch verwendet werden. An advantage of the method is the molding of shaped articles using plant material containing cellulose fibers without the need for additional synthetic polymer resins for reconnecting the fibers. Additional synthetic polymers may be used for the coating or surface treatment of the constituents of the molded articles, depending on their further use.

[0062] Testablauf: Test procedure:

[0063] Fig. 2 zeigt einen Testaufbau für die Produktion von breiiger Masse für die Herstellung eines geformten Gegenstandes aus Cellulosefasern enthaltendem Pflanzenmaterial. Vorgeschnittenes Strohmaterial 10 mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von etwa 20 mm wurde von Weizenhalmen erhalten. Das vorgeschnittene Material 10 mit einer Konsistenz von 100% wurde in eine Heizschraube 11 gespiesen. Dampf 12 wurde hinzugefügt, um die Temperatur und den Feuchtigkeitsgehalt des Rohmaterials zu erhöhen, um eine Konsistenz von 60–70% zu erhalten. Das befeuchtete, vorgeschnittene Rohmaterial wurde dann in einen Disperger 13 gespiesen, um das vorgeschnittene Rohmaterial zu zerfasern, um eine breiige Masse 14, umfassend individuelle Cellulose- oder celluloseartige Fasern oder Faserbündel, zu erhalten. Die Scheiben hatten fünf konzentrische Kreise von Zähnen. Verschiedene Zwischenraumbreiten zwischen den Zähnen der Dispergierscheiben im Bereich von 1.7 bis 4.1 mm wurden verwendet. Verschiedene Temperatureinstellungen wurden benutzt, um das befeuchtete, vorgeschnittene Rohmaterial im Bereich von 50°C bis 90°C (Grad Celsius) zu heizen. Verschiedene Proben mit verschiedenen Parametereinstellungen des Dispergers (z.B. Zwischenraum, Temperatur, Leistungsinput, Geschwindigkeit, usw.). Die Proben wurden auch mit Proben verglichen, welche einen konventionellen Refiner mit Refinerscheiben, die mehrere Cluster von parallelen stabartigen Klingen und Kerben enthalten, benutzen. Fig. 2 shows a test composition for the production of pulpy mass for the production of a shaped article of cellulose fiber containing plant material. Pre-sliced straw material 10 having an average particle size of about 20 mm was obtained from wheat stalks. The precut material 10 with a consistency of 100% was fed into a heating screw 11. Steam 12 was added to increase the temperature and moisture content of the raw material to give a consistency of 60-70%. The moistened precut raw material was then fed to a disperser 13 to fiberize the precut raw material to obtain a pulpy mass 14 comprising individual cellulosic or cellulosic fibers or fiber bundles. The discs had five concentric circles of teeth. Various clearance widths between the teeth of the dispersing disks ranging from 1.7 to 4.1 mm were used. Various temperature settings were used to heat the moistened precut raw material in the range of 50 ° C to 90 ° C (degrees Celsius). Different samples with different parameter settings of the disperser (e.g., space, temperature, power input, speed, etc.). The samples were also compared to samples using a conventional refiner with refiner discs containing multiple clusters of parallel rod-like blades and notches.

[0064] Alle Proben vom Disperger waren den Proben vom Refiner überlegen. Die besten Ergebnisse wurden mit einer Zwischenraumbreite zwischen 1.7 und 2.1 mm und einer Temperatur von 85°C bis 90°C erzielt. All samples from the disperser were superior to the samples from the refiner. The best results were achieved with a gap width between 1.7 and 2.1 mm and a temperature of 85 ° C to 90 ° C.

LISTE DER BEZUGSZEICHENLIST OF REFERENCE SIGNS

[0065] <tb>1<SEP>vorgeschnittenes Rohmaterial <tb>2<SEP>Flüssigkeit / Wasser <tb>3<SEP>Befeuchtung <tb>4<SEP>Mazeration (optional) <tb>5<SEP>Zerfasern/Disperger <tb>6<SEP>Mischschritt <tb>7<SEP>weitere Bestandteile <tb>8<SEP>Formschritt <tb>9<SEP>geformter Gegenstand <tb>10<SEP>vorgeschnittenes Strohmaterial <tb>11<SEP>Heizschraube <tb>12<SEP>Dampf <tb>13<SEP>Disperger <tb>14<SEP>breiige Masse[0065] <tb> 1 <SEP> pre-cut raw material <tb> 2 <SEP> liquid / water <Tb> 3 <September> Humidification <tb> 4 <SEP> Maceration (optional) <Tb> 5 <September> shredding / disperser <Tb> 6 <September> mixing step <tb> 7 <SEP> other ingredients <Tb> 8 <September> forming step <tb> 9 <SEP> shaped object <tb> 10 <SEP> precut straw material <Tb> 11 <September> Heizschraube <Tb> 12 <September> Steam <Tb> 13 <September> disperser <tb> 14 <SEP> pulpy mass

Claims

A process for producing a molded article from cellulosic fiber-containing plant material, comprising the following steps: <a> <SEP> moistening a precut raw material derived directly from cellulose fiber-containing plant material by the addition of liquid; <b> <SEP> feeding the wetted precut raw material into a disperser equipped with dispersing discs comprising a plurality of concentric circles of teeth for defibering the precut raw material to form a pulpy mass comprising individual cellulosic or cellulosic fibers or fiber bundles; to obtain; and <tb> c. <SEP> Forming the shaped article from the pulpy mass by a direct molding method.

A method according to claim 1, wherein the plant material containing cellulose fibers is a higher plant selected from the group consisting of Gramineae (Poaceae) family grasses, cotton, hemp, flax or mixtures thereof.

3. The method of claim 1, wherein the cellulose fiber-containing plant material is wheat, rice or rye straw.

A method according to any one of the preceding claims, wherein a moistening liquid is added to the precut raw material in an amount of 40 to 100 percent based on the dry weight of the pre-cut raw material.

5. A method according to any one of the preceding claims, wherein prior to defibering, the moistened precut material has a consistency of 50% to 70%, preferably about 60%.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the moistened precut raw material is heated to a temperature in the range of 80 ° C to 95 ° C prior to defibering.

7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the humidification is carried out with steam.

8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the moistened, precut raw material to a mushy mass comprising cellulose or cellulosic fibers or fiber bundles with an average length in the range of 1 to 10 mm, preferably 3 to 10 mm, and / or a average diameter in the range of 0.03 to 1 mm, is fiberized.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the disperser is equipped with two discs provided with a plurality of concentric circles of teeth, the circles of teeth of one disc meshing with the circles of teeth of the other disc.

10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the discs are arranged so that a minimum gap of 1.2 mm to 2.5 mm, preferably 1.5 to 2.0 mm, is formed between the teeth of the discs.

11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the direct molding process from the group of casting, injection molding, pressing and extrusion is selected.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the molded article is made of cellulosic fiber-containing plant material without the use of exogenous polymeric components, e.g. synthetic polymers or binders, or natural binding proteins, e.g. Gluten or zein, is produced.

A molded article of cellulosic fiber-containing plant material made by the method of any one of the preceding claims.