CH720535A2 - Plasmabehandelte geschäumte Biogranulatkörner - Google Patents

Abstract

Ein Material umfasst geschäumte Biogranulatkörner, wobei das Material eine Oberfläche umfasst, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche einer Behandlung unterzogen ist. Die Behandlung umfasst eine Plasmabehandlung (10), insbesondere zur Hydrophobierung des Teils der Oberfläche.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft Material umfassend geschäumte Biogranulatkörner, wobei das Material eine Oberfläche umfasst, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche einer Behandlung unterzogen ist, insbesondere einer Behandlung zur Hydrophobierung des Teils der Oberfläche.

Stand der Technik

[0002] Es ist seit langem bekannt, geschäumte Biogranulatkörner als Werkstoff in verschiedenen Gebieten einzusetzen. Unter dem Begriff Biogranulatkörner werden sowohl ganze als auch geschnittene (zerkleinerte) und insbesondere Fraktionen von geschnittenen Körnern verstanden.

[0003] Unter geschäumten Biogranulatkörnern werden sämtliche schäumbaren Getreide verstanden. Ein typischer Vertreter von geschäumten Biogranulatkörnern ist gepuffter Mais (ein Vertreter davon, welcher typischerweise nicht stofflich genutzt wird, ist das sogenannte Popcorn). Weiter kann auch Reis, Weizen, Roggen, Gerste, Hafer, Hirse, Quinoa, Dinkel etc. eingesetzt werden. Die geschäumten Biogranulatkörner werden mit einem hydrothermischen Expansionsverfahren hergestellt. Das Puffing der Biogranulatkörner erfolgt dabei vorzugsweise nach dem sogenannten Bichsel-Verfahren, welches in der Patentschrift EP 0 975 238 B1 detailliert beschrieben ist. In Varianten können auch anderweitig gepuffte Biogranulatkörner eingesetzt werden. Das Getreide, insbesondere der Mais kann dazu vorgängig zerkleinert worden sein. Damit wird insbesondere bei der Herstellung von Formkörpern eine bessere mechanische Verbindung unter den gepufften Körnern erreicht, da diese nicht rund sind.

[0004] So werden geschäumte Biogranulatkörner, insbesondere zum Beispiel gepuffter Mais, in loser Form als Verpackungsmaterial eingesetzt. Weiterhin ist es bekannt, gepufften Mais zu Formkörper zu verpressen und/oder zu verkleben, um formstabile Bauteile in unterschiedlichen Anwendungen zu erstellen.

[0005] Aus der EP 2 961 580 B1 (Univ. Göttingen Georg August) ist zum Beispiel bekannt, Popcorn in Holz- und/oder Verbundwerkstoffe, insbesondere der Spanplatten und Faserplatten, Dämmstoffplatten sowie Werkstoffplatten einzusetzen. Dazu werden Materialien aus zerkleinertem lignocellulosehaltigem Material oder Popcorn mit einem synthetischen oder naturnahen Bindemittel beleimt und unter Temperatur und Druck zu Verbundwerkstoffen verpresst.

[0006] Die WO 92/04253 A1 (Sommer et al.) betrifft weiter ein solches Verpackungsmaterial, welches biologisch abbaubar ist. Für das Verpackungsmaterial werden gepuffte Körner, zum Beispiel gepuffter Mais, gepuffter Reis oder gepuffter Weizen verwendet. Es kann ein Slurry mit gepufften Körnern und einem organischen Bindemittel wie Stärke gebildet werden, welcher in eine Form gegossen wird, die dem zu schützenden Objekt entspricht.

[0007] Die bekannten Materialien auf Basis von geschäumten Biogranulatkörnern haben den Nachteil, dass sie typischerweise unzureichend gegen Feuchtigkeit und Nässe geschützt sind. Insbesondere zum Beispiel geschäumte Biogranulatkörner auf Mais-Basis haben bei Feuchtigkeit die Tendenz aufzuweichen und matschig zu werden. Beim Trocknen schrumpfen die Partikel schliesslich beinahe auf die ursprüngliche Grösse, womit ein erheblicher Volumenverlust einhergeht. Dadurch werden Klebestellen oder umliegende Bereiche zerrissen.

Darstellung der Erfindung

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Material auf Basis von geschäumten Biogranulatkörnern zu schaffen, welches gegenüber Feuchtigkeit und generell gegenüber polaren Flüssigkeiten eine bessere Resistenz aufweist.

[0009] Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung wird zumindest ein Teil der Oberfläche des Material einer Plasmabehandlung unterzogen.

[0010] In einem Verfahren zur Bearbeitung, insbesondere zur Hydrophobierung eines Materials, wobei das Material geschäumte Biogranulatkörner und eine Oberfläche aufweist, wird zumindest ein Teil der Oberfläche einer Behandlung unterzogen, insbesondere einer Behandlung zur Hydrophobierung des Teils der Oberfläche. Die Behandlung umfasst eine Plasmabehandlung.

[0011] Bei der Plasmabehandlung handelt es sich um ein Verfahren, um Oberflächen zu bearbeiten. Es ist bekannt, zum Beispiel Kunststoff-, Metall-, Glasoberflächen etc. einer Plasmabehandlung zu unterziehen, um diese zu reinigen, zu aktivieren oder zu beschichten.

[0012] Bei der Plasmareinigung werden Oberflächen von unerwünschten Stoffen, wie Staub, Trennmittel, Additiven, Weichmacher und Kohlenwasserstoffen befreit.

[0013] Bei der Oberflächenaktivierung werden die Oberflächen vorbereitet, um eine spätere Haftung von Druckfarben, Lacken, Klebstoffen und Coatings zu optimieren.

[0014] Es ist ebenso bekannt, solche Oberflächen mit einer Plasmabehandlung zu Beschichten um gewisse Eigenschaften zu erhalten, wie zum Beispiel einer besseren Lackierbarkeit von Kunststoffen oder eine bessere Korrosionsbeständigkeit bei Metallen zu erreichen.

[0015] Es hat sich nun überraschend herausgestellt, dass verschiedene Plasmaverfahren nicht nur bei Kunststoffen, Metallen und Glasoberflächen, sondern auch bei Oberflächen von geschäumten Biogranulatkörnern eingesetzt werden können - es durfte gemeinhin erwartet werden, dass die geschäumten Biogranulatkörner (z.B. Popcorn) einem solchen Verfahren nicht standhalten und zerstört würden. Überraschenderweise haben die Versuche nun aber gezeigt, dass das geschäumte Biogranulat die Plasmabehandlung nicht nur übersteht und damit die wesentlichen Eigenschaften wie die Formstabilität und/oder die Flexibilität beibehalten kann, sondern zusätzlich positive Effekte, insbesondere zum Beispiel eine Hydrophobierung der Oberfläche erreicht werden können. Hierbei ist zu beachten, dass aufgrund der diffusionsoffenen Struktur der geschäumte Biogranulatkörner das Plasma vorzugsweise auch in das geschäumte Biogranulatkorn eindringen kann, so dass die Hydrophobierung vorzugsweise nicht nur auf der Oberfläche, sondern zusätzlich auch innerhalb des geschäumten Biogranulatkorns erreicht werden kann.

[0016] Mit der Hydrophobierung wird ein besonders lang währendes Problem in der Verarbeitung von Materialien umfassend geschäumte Biogranulatkörner gelöst, insbesondere da damit nun weitreichende Einsatzgebiete erschlossen werden können, welche zuvor nur umständlich oder nicht erschliessbar waren. Die Materialien umfassend geschäumte Biogranulatkörner, insbesondere zum Beispiel ein Formkörper hergestellt aus einem solchen Material, können aufgrund der hydrophoben Eigenschaften nun auch in Gebieten eingesetzt werden, in welchen das Material mit Feuchtigkeit in Kontakt kommen kann. Namentlich können entsprechende Formkörper zum Beispiel als Kernmaterial in Verbundplatten, als Isolationsmaterial und dergleichen verwendet werden, ohne dass Vorkehrungen oder Einschränkungen bezüglich Feuchtigkeit getroffen werden müssen. Entsprechende Formköper können damit besonders langlebig sein.

[0017] Es bestehen drei besonders bevorzugte Möglichkeiten, wie respektive wann die Plasmabehandlung während des Herstellungsverfahrens des Materials eingesetzt werden kann: 1. Die geschäumten Biogranulatkörner werden einer Plasmabehandlung unterzogen, wobei zwischen dem Puffen der Biogranulatkörner und der Plasmabehandlung, abgesehen von einer allfälligen Regulierung der Feuchtigkeit, insbesondere einem Trocknungsschritt oder Auffeuchtungsschritt, kein Bearbeitungsschritt erfolgt. Das Material liegt damit unmittelbar vor der Plasmabehandlung als unbehandelte geschäumte Biogranulatkörner vor. Nach der Plasmabehandlung werden die geschäumten Biogranulatkörner vorzugsweise mit einem Klebstoff beschichtet. Wahlweise kann die Beschichtung neben dem Klebstoff weitere Stoffe, insbesondere Brandschutzmittel, Pestizide etc. aufweisen. Gegebenenfalls nach einer Zwischenlagerung als Halbfabrikat, werden die beschichteten, geschäumten Biogranulatkörner zu einem Formkörper verbunden, bei welchem die geschäumten Biogranulatkörner durch den Klebstoff zusammengehalten werden. Auf den Klebstoff kann gegebenenfalls verzichtet werden, insbesondere wenn eine geeignete Maissorte, wie zum Beispiel Waxy Corn eingesetzt wird, welches auch als Wachsmais bekannt ist und der sich durch einen grösseren Gehalt an Amylopektin auszeichnet. Bei einem solchen Korn kann gegebenenfalls der inhärent vorhandene Klebstoff (z.B. Amylopektin) zum Verbinden der geschäumten Biogranulatkörner vorgesehen sein. Ein solcher Formkörper ist grundsätzlich hydrophob und damit wasserbeständig. 2. Die geschäumten Biogranulatkörner werden nach dem Puffen beschichtet, insbesondere bevorzugt mit einem Klebstoff, um ein rieselfähiges Halbfabrikat zu erhalten. Dieses beschichtete, rieselfähige Halbfabrikat wird einer Plasmabehandlung unterzogen. Das Material liegt damit unmittelbar vor der Plasmabehandlung als mit einem Klebstoff beschichtete, rieselfähige geschäumte Biogranulatkörner vor. Wahlweise kann die Beschichtung neben dem Klebstoff weitere Stoffe, insbesondere Brandschutzmittel, Pestizide etc. aufweisen. Nach der Plasmabehandlung können die geschäumten und beschichteten Biogranulatkörner, ggf. nach einer Zwischenlagerung als Halbfabrikat, zu einem Formkörper verbunden werden, bei welchem die geschäumten Biogranulatkörner durch den Klebstoff zusammen gehalten werden. Ein solcher Formkörper ist ebenfalls grundsätzlich hydrophob und damit wasserbeständig. Wird der Formkörper geschnitten, so weist die Schnittfläche typischerweise geschnittene geschäumte Biogranulatkörner auf, welche damit nicht mehr hydrophob sind. Allerdings ist die hinter den geschnittenen geschäumten Biogranulatkörnern liegende Schicht bereits wieder unverletzt und damit hydrophob. 3. Die geschäumten Biogranulatkörner werden nach dem Puffen beschichtet, insbesondere bevorzugt mit einem Klebstoff, und anschliessend zu einem Formkörper verarbeitet, in welchem die geschäumten Biogranulatkörner mit dem Klebstoff zusammengehalten werden. Wahlweise kann die Beschichtung neben dem Klebstoff weitere Stoffe, insbesondere Brandschutzmittel, Pestizide etc. aufweisen. Alternativ kann auf den Klebstoff gegebenenfalls verzichtet werden, insbesondere wenn eine geeignete Maissorte, wie zum Beispiel Waxy Corn eingesetzt wird, welches auch als Wachsmais bekannt ist und der sich durch einen grösseren Gehalt an Amylopektin auszeichnet. Bei einem solchen Korn kann gegebenenfalls der inhärent vorhandene Klebstoff (z.B. Amylopektin, aber auch mit Dextrin von normalem Mais) zum Verbinden der geschäumten Biogranulatkörner vorgesehen sein. Der Formkörper wird einer Plasmabehandlung unterzogen.

[0018] Dem Fachmann sind auch weitere Möglichkeiten bekannt.

[0019] Die Plasmabehandlung wird vorzugsweise über die ganze erreichbare Oberfläche des Materials vollzogen. Sofern das Material als Formkörper vorliegt, wird vorzugsweise die gesamte Aussenfläche der Plasmabehandlung unterzogen. Sofern das Material als rieselfähiges Halbfabrikat vorliegt, wird vorzugsweise die gesamte Oberfläche der einzelnen geschäumten und ggf. beschichteten Biogranulatkörner der Plasmabehandlung unterzogen.

[0020] Wird der Formkörper gemäss den Varianten 1 und 2 geschnitten, so weist die Schnittfläche typischerweise geschnittene geschäumte Biogranulatkörner auf, welche damit nicht mehr hydrophob sind. Allerdings ist die hinter den geschnittenen geschäumten Biogranulatkörnern liegende Schicht bereits wieder unverletzt und damit hydrophob, womit der Formkörper im Wesentlichen stabil bleibt. Dem Fachmann ist zudem klar, dass die Schnittfläche z.B. mittels einer weiteren Plasmabehandlung, eines geeigneten Klebstoffs oder anderweitig hydrophobiert werden kann.

[0021] In der Variante 3 besteht hingegen das Problem, dass eine Schnittfläche ebenfalls zu geschnittenen geschäumten Biogranulatkörnern führt - hinter diesen liegen jedoch keine hydrophobierten geschäumten Biogranulatkörner. Damit ist nach einem Schnitt eines solchen Formkörpers eine nachträgliche Hydrophobierung der Schnittfläche zwingend, sofern die hydrophobe Eigenschaft aufrechterhalten werden soll.

[0022] Vorzugsweise umfasst die Behandlung eine Plasmabehandlung mit Stickstoff-Plasma. Damit konnte in den Experimenten eine besonders gute Hydrophobierung erreicht werden. In Varianten kann die Plasmabehandlung auch mit Luft, Sauerstoff, Argon, CO2oder weiteren dem Fachmann bekannten Gase oder Gasgemischen durchgeführt werden. Vorzugsweise umfasst die Plasmabehandlung eine Plasmabeschichtung der Oberfläche, um insbesondere eine hydrophobe Schicht zu erzeugen. Mit der Plasmabeschichtung kann die Oberfläche des Materials gezielt mit einem hydrophobierenden Stoff beschichtet werden. In Varianten kann die Oberfläche auch lediglich aktiviert werden (siehe weiter unten).

[0023] Vorzugsweise wird mit der Plasmabeschichtung ein Disiloxan, insbesondere Hexamethyldisiloxan (HMDSO) auf die Oberfläche abgeschieden. Damit wird eine besonders effiziente und dauerhafte Hydrophobierung der Oberfläche erreicht. Dem Fachmann sind auch andere Stoffe bekannt, welche zur Hydrophobierung der Oberfläche eingesetzt werden können. Insbesondere kann mit der Plasmabeschichtung alternativ oder zusätzlich zum Beispiel ein Fluorpolymer und/oder ein Fettsäure-Film, insbesondere ein Stearinsäure-Film auf die Oberfläche abgeschieden wird.

[0024] Bevorzugt umfasst die Plasmabehandlung eine Plasmaaktivierung, insbesondere eine Plasmapulveraktivierung der Oberfläche. Damit kann durch eine Änderung der chemischen Struktur der Oberfläche die Hydrophobierung erreicht werden, womit wiederum eine besonders effiziente und dauerhafte Hydrophobierung erreicht werden kann. Die Plasmaaktivierung kann alternativ oder zusätzlich zur Plasmabeschichtung durchgeführt werden. In der Kombination kann in einem ersten Schritt eine Plasmaaktivierung und anschliessend in einem zweiten Schritt eine Plasmabeschichtung durchgeführt werden. In diesem Fall kann mit der Plasmaaktivierung die Oberfläche für die anschliessende Plasmabeschichtung optimiert werden, womit eine weiter verbesserte Langzeitstabilität der Hydrophobierung erreicht werden kann. Weiter kann in einem ersten Schritt eine Plasmabeschichtung und anschliessend in einem zweiten Schritt eine Plasmaaktivierung durchgeführt werden. In Varianten kann auf die Plasmaaktivierung auch verzichtet werden.

[0025] Besonders bevorzugt umfasst die Plasmabehandlung dazu eine Plasmapulveraktivierung, wobei als Pulver ein Polymerpulver, vorzugsweise ein hydrophobes Polymerpulver eingesetzt wird. In Varianten können auch andere Pulver, wie zum Beispiel ein Polytetrafluorethylen-Pulver, ein Polyethylen-Pulver, vorzugsweise UHMWPE-Pulver, oder Mischungen davon eingesetzt werden.

[0026] Weiter bevorzugt wird mit der Plasmabehandlung eine thermische und/oder eine chemische Modifizierung der geschäumten Biogranulatkörner, insbesondere der Oberfläche der geschäumten Biogranulatkörner erreicht. Damit kann durch die Plasmabehandlung zum Beispiel ein Verkleistern der Stärke erreicht werden.

[0027] Durch die Plasmabehandlung kann bei einer Hydrophobierung der geschäumten Biogranulatkörner durch Freeze Thaw Zyklen, die Anzahl Zyklen reduziert werden.

[0028] Vorzugsweise weisen die geschäumten Biogranulatkörner eine Beschichtung auf, wobei die Beschichtung einen Klebstoff umfasst, womit die geschäumten Biogranulatkörner in einem Formkörper miteinander verbindbar sind. Insbesondere bevorzugt umfasst der Klebstoff ein Epoxid, insbesondere ein epoxidiertes Sojaöl oder dergleichen. Die Beschichtung, insbesondere mit dem Klebstoff, vorzugsweise mit dem Epoxidharz, kann gegebenenfalls durch eine Plasmabeschichtung erreicht werden. Alternativ kann die Beschichtung auch aufgesprüht oder anderweitig auf die geschäumten Biogranulatkörner aufgetragen werden. In Varianten kann auf die Beschichtung auch verzichtet werden. Weiter können auch andere Stoffe der Beschichtung zugesetzt sein, insbesondere Pestizide, Brandschutzmittel etc.

[0029] Vorzugsweise sind die geschäumten Biogranulatkörner mit einer Beschichtung versehen, welche einen Klebstoff, insbesondere ein Epoxidharz, derart umfasst, dass das Material als rieselfähiges Halbfabrikat vorliegt, welches mit dem Klebstoff der Beschichtung zu einem Formkörper verbindbar ist. Als weiterer bevorzugter Klebstoff kann auch ein Polyacrylat vorgesehen sein. Weiter kann eine NISO-Mischform vorgesehen sein, welche sowohl Polyacrylat als auch Epoxidharz umfasst.

[0030] Der Klebstoff kann ein organisches Polymer, ein organisches Copolymer oder Mischungen davon umfassen, wobei der Klebstoff insbesondere biobasiert oder biologisch und/oder biologisch abbaubar oder kompostierbar ist. In Varianten muss der Klebstoff nicht zwingend biologisch abbaubar sein. Auch muss der Klebstoff nicht zwingend biobasiert sein.

[0031] Als Klebstoffe können insbesondere Thermoplasten, Thermoset, Duroplasten, Aminoplasten, Phenoplasten, Isocyanate, Proteine, Tannine, Stärke, synthetische Bindemittel oder naturnahe Bindemittel, oder Mischungen von Bindemitteln eingesetzt werden, wie z. B Harnstoff-Formaldehyd-Harz, Melamin-Formaldehyd-Harz, Melaminverstärktes-Harnstoff-Formaldehyd-Harz, Tannin-Formaldehyd-Harz, Phenol-Formaldehyd-Harz, polymeres Diphenyl-Methan-Di-Isocyanat oder Mischungen daraus. Weiter können alternativ oder zusätzlich Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyacrylat, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Polyvinyllaurat, Polymilchsäuren (PLA), Polyhydroxysäuren wie z. B Polyhydroxybuttersäure oder Cellulosederivate oder Mischungen davon vorgesehen sein. Dem Fachmann sind weitere Klebstoffe bekannt.

[0032] Bevorzugt beträgt dabei der Anteil von Klebstoff im geschäumten Biogranulat (bezogen auf das Gewicht des geschäumten Biogranulats) weniger als 10 gew.%, bevorzugt weniger als 5 gew.%, insbesondere weniger als 1 %. In Varianten kann der Anteil des Klebstoffs auch grösser als 10 gew.% sein.

[0033] Besonders bevorzugt umfasst die Beschichtung ein Epoxidharz und einen Härter zum Aushärten des Epoxidharzes, wobei der Härter derart verkapselt ist, dass die Aushärtung des Epoxidharzes zur Herstellung eines Formkörpers durch einen Energieeintrag in das Halbfabrikat, zum Öffnen der Verkapselung und einer Freisetzung des Härters, erreichbar ist. Damit wird ein lagerfähiges Halbfabrikat erhalten, welches ohne weitere Zusätze in einem Formwerkzeug zu einem Formteil verbunden werden kann. In Varianten kann auf den Härter auch verzichtet werden. In diesem Fall kann der Härter auch erst während der Herstellung des Formkörpers dem Halbfabrikat zugegeben werden.

[0034] Es ist insbesondere bei einer Plasmabehandlung des bereits mit Epoxid beschichteten Halbfabrikats zu beachten, dass ein thermisch aktivierbarer Härter gegebenenfalls durch die Plasmabehandlung aktiviert werden kann. Somit kann es von Vorteil sein, wenn der Härter nach der Plasmabehandlung dem Halbfabrikat zugesetzt wird. Alternativ kann ein Härter vorgesehen sein, welcher bei besonders hohen Temperaturen, vorzugsweise aber unterhalb einer Temperatur, welche die geschäumten Biogranulatkörner in nicht gewünschter Weise beschädigen kann, aktiviert wird. Ein solcher Härter ist zum Beispiel Dicyandiamid (Dicy), welcher bei einer Temperatur von rund 120 °C aktiviert wird. Dieser Härter kann gegebenenfalls auch vor der Plasmabehandlung dem Epoxidharz zugesetzt werden, sofern das (kalt) Plasma das Material auf weniger als 120 °C aufheizt. Die Temperatur des Halbfabrikats kann dazu zum Beispiel über die Leistung des Plasmas und/oder die Verfahrgeschwindigkeit des Plasmastrahls über das Halbfabrikat gesteuert werden. Weiter kann die Temperatur des Halbfabrikats alternativ oder zusätzlich über eine Konvektion/Durchmischung des Halbfabrikats während der Plasmabehandlung sowie über eine Abstandsregelung der Plasmadüse zum Halbfabrikat gesteuert werden.

[0035] Bevorzugt ist das Halbfabrikat rieselfähig. Damit kann das Halbfabrikat vor der Verwendung zur Herstellung von Formkörper besonders einfach gelagert, umgeschüttet und transportiert werden. In Varianten kann auf die Rieselfähigkeit auch verzichtet werden. Gegebenenfalls kann es ausreichen, wenn das Halbfabrikat lediglich verformbar, insbesondere plastisch verformbar ist.

[0036] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das rieselfähige Halbfabrikat der Plasmabehandlung unterzogen. Damit wird erreicht, dass auch ein daraus hergestellter Formkörper, innerhalb des Formkörpers hydrophob ist. Dies ist einerseits relevant, damit der Formkörper - zum Beispiel auf der Baustelle - geschnitten werden kann, ohne das die Hydrophobierung des gesamten Formkörpers verloren geht. Anderseits kann damit auch verhindert werden, dass der Formkörper durch ins Innere des Formkörpers eindringendes Wasser (z.B. Kapillareffekt) von Innen aufweicht.

[0037] Vorzugsweise wird das rieselfähige Halbfabrikat mit dem Klebstoff der Beschichtung zu einem Formkörper verbunden, wobei der Formkörper der Plasmabehandlung unterzogen ist. Grundsätzlich kann sowohl das Halbfabrikat als auch der fertige Formkörper einer Plasmabehandlung unterzogen werden. Auf die Plasmabehandlung des Formkörpers kann jedoch, sofern das geschäumte Biogranulat und/oder das beschichtete geschäumte, rieselfähige Biogranulat bereits einer Plasmabehandlung unterzogen wurde, auch verzichtet werden.

[0038] Vorzugsweise umfassen die geschäumten Biogranulatkörner im Material einen Anteil von mindestens 80 gew.%, vorzugsweise mindestens 90 gew.% insbesondere bevorzugt mindestens 97 gew.%. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Anteil mindestens 99 gew.%. Besonders bevorzugt besteht das Material ausschliesslich aus geschäumten Biogranulatkörnern mit einer Beschichtung, welche einen Klebstoff, insbesondere bevorzugt ein Epoxid umfasst.

[0039] Vorzugsweise umfassen die geschäumten Biogranulatkörner hydrothermisch gepuffte Biogranulatkörner, insbesondere bevorzugt aus entkeimtem Mais hergestellte hydrothermisch gepuffte Biogranulatkörner. In Varianten kann auch Reis, Weizen, Roggen, Gerste, Hafer, Hirse, Quinoa, Dinkel etc. eingesetzt werden. Weiter kann auf das Entkeimen des Mais auch verzichtet werden.

[0040] Vorzugsweise weisen die geschäumten Biogranulatkörner einen Fettanteil von weniger als 2 gew.%, bevorzugt weniger als 1 gew.%, insbesondere bevorzugt weniger als 0.5 gew.% auf. In Varianten kann der Fettanteil auch grösser als 2 gew.% sein.

[0041] Vorzugsweise weisen dazu die Biogranulatkörner einen Wassergehalt von 6 - 9 gew.% auf. Damit wird eine besonders optimale Konsistenz der geschäumten Biogranulatkörner erreicht, namentlich weisen diese damit eine nichtspröde und federnde Textur auf und sind besonders geeignet zur Herstellung von Formkörpern. In Varianten kann der Wassergehalt auch weniger als 6 gew.% oder mehr als 9 gew.% betragen. Der Wassergehalt kann insbesondere dann besonders gering gewählt werden, wenn Bauteile mit besonders geringer Dichte gewünscht sind.

[0042] Vorzugsweise beträgt die Leistung des Plasmastrahls zwischen 250 Watt und 1500 Watt, insbesondere zwischen 300 Watt und 900 Watt, besonders bevorzugt zwischen 400 Watt und 650 Watt. In Varianten kann die Leistung auch unterhalb von 250 Watt oder oberhalb von 1500 Watt liegen. Die Leistung hängt insbesondere auch von der Breite des Strahls, dem Abstand des Strahls von dem Material sowie von der Geschwindigkeit des Strahls über dem Material ab.

[0043] Bevorzugt weist der Strahl, insbesondere im Zusammenhang mit obiger Leistung und der nachfolgend beschriebenen Geschwindigkeit des Strahls, eine Breite von 2 bis 12 mm, insbesondere von 5 bis 8 mm auf. In Varianten kann die Breite auch kleiner als 2 mm oder grösser als 12 mm sein.

[0044] Vorzugsweise beträgt die Verfahrgeschwindigkeit des Strahls zwischen 1 und 100 m/min, insbesondere zwischen 5 und 30 m/min. In Varianten kann die Geschwindigkeit auch kleiner als 1 m/min sein, insbesondere bei typischerweise geringer Leistung des Plasmastrahls. Die Geschwindigkeit kann auch grösser als 100 m/min betragen, womit mit grösserer Leistung gearbeitet werden kann.

[0045] Vorzugsweise wird das Prozessgas, insbesondere zum Beispiel Stickstoff, mit einer Durchflussrate zwischen 1 L/min und 100 L/min, vorzugsweise zwischen 10 L/min und 60 L/min, insbesondere bevorzugt zwischen 30 L/min und 45 L/min eingeströmt. In Varianten kann die Durchflussrate auch kleiner als 1 L/min oder grösser als 100 L/min betragen.

[0046] Vorzugsweise wird ein Feststoff, insbesondere zum Beispiel ein Polymer oder dergleichen zur Beschichtung oder Aktivierung der Oberfläche mit einem Massenstrom zwischen 1 und 200 g/h, insbesondere zwischen 5 und 80 g/h, besonders bevorzugt zwischen 25 und 50 g/h. Der Massenstrom kann auch geringer als 1 g/h oder grösser als 200 g/h sein.

[0047] Dem Fachmann ist klar, dass die obigen Parameter, begonnen bei der Leistung bis zum Massenstrom unter Wechselbeziehungen stehen. Der Fachmann kann mühelos notwendige Skalierungen der Parameter durchführen, falls z.B. eine Breite des Plasmastrahls wesentlich grösser als 12 mm, zum Beispiel 50 mm betragen sollte.

[0048] Vorzugsweise beträgt ein Abstand zwischen dem Kopf der Plasmavorrichtung und dem Material zwischen 1 mm und 100 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 50 mm, insbesondere bevorzugt zwischen 10 mm und 30 mm. In Varianten kann der Abstand auch geringer als 1 mm oder grösser als 100 mm betragen. Je höher die Temperatur des Plasmas ist, desto grösser kann der Abstand gewählt werden, um das Material zu schonen. Gegebenenfalls kann aber auch eine gewisse „Caramelisierung“ der Oberfläche der geschäumten Biogranulatkörner erwünscht sein. Die Distanz kann auch dynamisch geregelt sein, so dass sie vergrössert wird, wenn unerwünschte Reaktionen erfolgen respektive das Material Schaden nimmt, und verkleinert werden, wenn die Temperatur zu gering ist.

[0049] In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Material mehrmals der Plasmabehandlung unterzogen. Dies hat den Vorteil, dass die Leistung reduziert werden kann, womit wiederum das Material geschont werden kann. In Varianten kann auf die mehrfache Durchführung der Plasmabehandlung auch verzichtet werden.

[0050] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird, im Falle der Plasmabehandlung des rieselfähigen Halbfabrikats, das rieselfähige Halbfabrikat umgewälzt. Dies wird vorzugsweise durch Konvektion, insbesondere durch das Prozessgas, vorzugsweise Stickstoff, erreicht. In Varianten kann auf die Konvektion des Materials auch verzichtet werden. Das Verfahren kann insbesondere auch mit einem Impingement Toaster oder einem Plasmatrockner, insbesondere ein herkömmlicher Trockner mit Plasmaumrüstung, durchgeführt werden.

[0051] Bevorzugt wird im Verfahren kaltes Plasma erzeugt. Damit wird das Material weiter geschont. In Varianten kann auf das kalte Plasma auch verzichtet werden. Stattdessen kann zum Beispiel ein Abstand zum Material vergrössert und/oder eine Verfahrgeschwindigkeit vergrössert werden. Dem Fachmann sind weitere Optimierungen bekannt, um eine Temperatur während der Plasmabehandlung möglichst unterhalb von 160 °C, vorzugsweise unterhalb von 120 °C zu halten. Dieser Temperaturbereich ist besonders vorteilhaft einzuhalten bei geschäumten Biogranulatkörnern.

[0052] Vorzugsweise sind die geschäumten Biogranulatkörner aus entkeimten Biogranulatkörnern, insbesondere entkeimtem Mais hergestellt. In Varianten kann auf die Entkeimung auch verzichtet werden.

[0053] Vorzugsweise weisen die Biogranulatkörner vor dem Schäumungsprozess eine Korngrösse zwischen 500 µm bis 3000 µm, bevorzugt zwischen 800 µm bis 1900 µm auf. Es hat sich gezeigt, dass damit die besten Resultate bei der Herstellung der geschäumten Biogranulatkörner erreicht werden können. Die daraus hergestellten geschäumten Biogranulatkörner weisen besonders gute Eigenschaften bei der Herstellung von Formkörpern auf. Die Korngrösse wird dabei mittel Siebanalyse, vorzugsweise gemäss der Siebanalyse nach DIN 66165, Juni 2016 durchgeführt. In Varianten kann die Korngrösse auch kleiner als 500 µm oder grösser als 3000 µm sein.

[0054] Vorzugsweise liegt eine Korngrösse der geschäumten Biogranulatkörner zwischen 1 mm und 30 mm, bevorzugt zwischen 3.5 mm und 6.5 mm, insbesondere bei ungefähr 5 mm. Die Korngrösse wird auch hier mittel Siebanalyse, vorzugsweise gemäss der Siebanalyse nach DIN 66165, Juni 2016 durchgeführt. In Varianten kann die Korngrösse der geschäumten Biogranulatkörner auch kleiner als 1 mm oder grösser als 30 mm sein.

[0055] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0056] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendete Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Hydrophobierung eines Materials umfassend geschäumte Biogranulatkörner.

[0057] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0058] Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Hydrophobierung eines Materials umfassend geschäumte Biogranulatkörner.

[0059] Im Schritt 1 wird das geschäumte Biogranulat bereitgestellt. Es handelt sich vorzugsweise um geschäumte Biogranulatkörner auf Maisbasis. Der Mais ist dazu vorgängig entkeimt und zerkleinert und hydrothermisch gepufft worden. Die Figur 1 zeigt nun mehrere mögliche Schritte auf, um zu einem hydrophobierten Material auf Basis dieser geschäumten Biogranulatkörner zu gelangen.

[0060] Im Schritt 10 werden die unbehandelten geschäumten Biogranulatkörner der Plasmabehandlung unterzogen. Das Prozessgas ist Stickstoff mit einer Flussrate von 33 L/min. Der Plasmastrahl weist eine Leistung von 500 Watt auf. Die Geschwindigkeit des Plasmastrahls relativ zum Material beträgt 5 m/min. Der Abstand zum Material beträgt 15 mm. Das Material wurde anschliessend in Wasser gegeben und zeigt über Tage hinweg eine hervorragende Hydrophobierung, insbesondere im Vergleich zur unbehandelten Referenzprobe, welche in kurzer Zeit aufgeweicht ist.

[0061] Im Schritt 11 werden die plasmabehandelten geschäumten Biogranulatkörner mit einem Klebstoff, vorliegend einem Epoxid mit einem Zusatz von ARADUR® als Härter, beschichtet und als rieselfähiges Halbfabrikat zwischengelagert. Im Schritt 12 wird das Halbfabrikat zu einem Formkörper verbacken. Dazu wird das Halbfabrikat in eine Pressform eingetragen und auf 100 °C erhitzt. Das ARADUR® wird bei einer Temperatur zwischen 60°C und 100°C aktiviert, womit die Vernetzung des Epoxidhartes erfolgt. Auch in diesem Zustand ist die hydrophobe Wirkung hervorragend.

[0062] Im Schritt 20 werden die geschäumten Biogranulatkörner mit einem Klebstoff, vorliegend einem Epoxid mit einem Zusatz von Dicyandiamid als Härter, beschichtet und als rieselfähiges Halbfabrikat dem nächsten Schritt zu geführt.

[0063] Im Schritt 21 wird das Halbfabrikat der Plasmabehandlung unterzogen. Das Prozessgas ist Stickstoff mit einer Flussrate von 33 L/min. Der Plasmastrahl weist eine Leistung von 615 Watt auf. Die Geschwindigkeit des Plasmastrahls relativ zum Material beträgt 5 m/min. Der Abstand zum Material beträgt 15 mm. Der Härter wird erst bei 120°C aktiviert. Mit den Prozessparametern wurde das Material bei einer Temperatur von unter 120°C gehalten, so dass das Epoxidharz nicht aushärtet. Das Material wurde anschliessend in Wasser gegeben und zeigt über Tage hinweg eine hervorragende Hydrophobierung, insbesondere im Vergleich zur unbehandelten Referenzprobe, welche in kurzer Zeit aufgeweicht ist. Die aufgeweichte Referenzprobe wurde versuchsweise getrocknet - dabei wurde ein erheblicher Volumenverlust (Schrumpfung) festgestellt.

[0064] Im Schritt 22 wird das Halbfabrikat zu einem Formkörper verbacken. Dazu wird das Halbfabrikat in eine Pressform eingetragen und auf 140 °C erhitzt. Das Dicyandiamid wird bei einer Temperatur von 120°C aktiviert, womit die Vernetzung des Epoxidhartes erfolgt. Auch in diesem Zustand ist die hydrophobe Wirkung hervorragend.

[0065] Im Schritt 30 wird mit dem Material aus Schritt 20, und damit vor der Plasmabehandlung, das Halbfabrikat zu einem Formkörper verbacken.

[0066] Im anschliessenden Schritt 31 wird der Formkörper der Plasmabehandlung unterzogen. Das Prozessgas ist Stickstoff mit einer Flussrate von 33 L/min. Der Plasmastrahl weist eine Leistung von 450 Watt auf. Die Geschwindigkeit des Plasmastrahls beträgt 5 m/min. Der Abstand zum Material beträgt 15 mm. Zudem wurde mit einem Materialfluss von 50 g/h HMDSO (Hexamethyldisiloxan) zugegeben. Das Material wurde anschliessend in Wasser gegeben und zeigt über Tage hinweg eine hervorragende Hydrophobierung.

[0067] Zusammenfassend ist festzustellen, dass erfindungsgemäss ein Material umfassend geschäumte Biogranulatkörner bereitgestellt wird, welches in besonders effektiver und effizienter Weise hydrophobiert ist.

Claims (15)

1. Material umfassend geschäumte Biogranulatkörner, wobei das Material eine Oberfläche umfasst, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche einer Behandlung unterzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung eine Plasmabehandlung, insbesondere zur Hydrophobierung des Teils der Oberfläche umfasst.

2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung eine Plasmabehandlung mit Stickstoff-Plasma umfasst.

3. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmabehandlung eine Plasmabeschichtung der Oberfläche umfasst, um insbesondere eine hydrophobe Schicht zu erzeugen.

4. Material nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Plasmabeschichtung ein Disiloxan, insbesondere Hexamethyldisiloxan auf die Oberfläche abgeschieden wird.

5. Material nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Plasmabeschichtung ein Fluorpolymer und/oder ein Fettsäure-Film, insbesondere ein Stearinsäure-Film auf die Oberfläche abgeschieden wird.

6. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmabehandlung eine Plasmaaktivierung, insbesondere eine Plasmapulveraktivierung der Oberfläche umfasst.

7. Material nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmabehandlung eine Plasmapulveraktivierung umfasst, wobei als Pulver ein Polymerpulver, insbesondere ein hydrophobes Polymerpulver umfasst.

8. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die geschäumten Biogranulatkörner mit einer Beschichtung versehen sind, welche einen Klebstoff, insbesondere ein Epoxidharz, derart umfasst, dass das Material als rieselfähiges Halbfabrikat vorliegt, welches mit dem Klebstoff der Beschichtung zu einem Formkörper verbindbar ist.

9. Halbfabrikat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ein Epoxidharz und einen Härter zum Aushärten des Epoxidharzes umfasst, wobei der Härter derart verkapselt ist, dass die Aushärtung des Epoxidharzes zur Herstellung eines Formkörpers durch einen Energieeintrag in das Halbfabrikat, zum Öffnen der Verkapselung und einer Freisetzung des Härters, erreichbar ist.

10. Material nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das rieselfähige Halbfabrikat der Plasmabehandlung unterzogen ist.

11. Material nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das rieselfähige Halbfabrikat mit dem Klebstoff der Beschichtung zu einem Formkörper verbunden ist, wobei der Formkörper der Plasmabehandlung unterzogen ist.

12. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die geschäumten Biogranulatkörner im Material einen Anteil von mindestens 90 gew.%, vorzugsweise mindestens 95 gew.% insbesondere bevorzugt mindestens 99 gew.% ausmacht.

13. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die geschäumten Biogranulatkörner hydrothermisch gepuffte Biogranulatkörner, insbesondere bevorzugt aus entkeimtem Mais hergestellte hydrothermisch gepuffte Biogranulatkörner umfassen.

14. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die geschäumten Biogranulatkörner einen Fettanteil von weniger als 2 gew.%, bevorzugt weniger als 1 gew.%, insbesondere bevorzugt weniger als 0.5 gew.% aufweisen.

15. Verfahren zur Bearbeitung, insbesondere zur Hydrophobierung, eines Materials, wobei das Material geschäumte Biogranulatkörner umfasst, wobei das Material eine Oberfläche aufweist, wobei zumindest ein Teil der Oberfläche einer Behandlung unterzogen wird, insbesondere einer Behandlung zur Hydrophobierung des Teils der Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung eine Plasmabehandlung umfasst.