DE10004241A1 - Formmasse zum Herstellen von biologisch abbaubaren Formkörpern auf Basis von Naturstoffen und Verfahren zur Herstellung der Formkörper - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Formmasse zum Herstellen von biologisch abbaubaren Formkörpern auf Basis von Naturstoffen mit einer Basismasse, enthaltend 40-80 Gew.-% Cellulose, 0-50 Gew.-% Gips und 10-60 Gew.-% Füllstoffe sowie Hilfsstoffe einschließlich wärmeaushärtbare Klebemittel sowie ein Verfahren zum Herstellen der Formkörper aus diesen Formmassen unter Einsatz eines bevorzugt mehrstufigen Aushärtungsvorgangs unter Einsatz von hochfrequenter Strahlung, z. B. Mikrowellenstrahlung.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Formmasse zum Herstellen von biologisch abbaubaren Formkörpern auf Basis von Naturstoffen, insbesondere auf Basis von Cellulose.

Seit langem sind Formmassen auf Basis von Pappmache sowie Produkte hieraus bekannt, wobei unter Pappmache Materialien oder Materialkombinationen verstanden werden, bei denen als Ausgangsmaterial Naturpolymere wie Cellulose und Kautschuke sowie synthetische Polymere, darauf aufbauende Gemische und Zusammensetzungen mit verschiedenen Füllstoffen dienen.

Eine Weiterentwicklung von Produkten auf Basis von Pappmache ist in der DE 198 03 639 A1 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Formmasse und ein Verfahren zur Herstellung von biologisch abbaubaren Formkörpern auf Basis von Naturstoffen in bezug auf eine rationelle Fertigung und Verbesserung der Gebrauchseigenschaften der Formkörper insbesondere Stabilität und Handling zu verbessern.

Gemäß dem Vorschlag der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer Formmasse gelöst, bei der als Komponente A 40-80 Gew.-% Cellulose, als Komponente B 0-50 Gew.-% Gips und/oder Polysaccharide und als Komponente C 10-60 Gew.-% Füllstoffe vorgesehen sind, wobei die Komponenten A, B, C 100 Gew.-% einer Basismasse bilden und bezogen auf 100 Gewichtsteile der Basismasse aus den Komponenten A, B, C Hilfsstoffe wie 0-3 Gew.-% Trennmittel, 5-20 Gew.-% wärmeaushärtbare Klebemittel, 0-5 Gew.-% Bindemittel auf natürlicher oder synthetischer Basis und zusätzlich Farbmittel in üblichen Mengen eingesetzt sind.

Die erfindungsgemäße Formmasse ermöglicht ein breites Anwendungs­ spektrum in den zu erzielenden Eigenschaften der Formkörper, sowohl in der Variabilität der optischen Charakteristika als auch in der Variabilität des Gewichtes. Die erfindungsgemäßen Formmassen sind sowohl industriell als auch individuell für den Hobbybereich verarbeitbar.

Für eine Herstellung der Formkörper durch Gießen wird bevorzugt eine Formmasse eingesetzt, die als Komponente A 40-60 Gew.-% Cellulose, als Komponente B 30-50 Gew.-% Gips und/oder Polysaccharide und als Komponente C 10-30 Gew.-% Füllstoffe enthält, wobei aus den Komponenten A, B, C eine Basismasse hergestellt wird.

Für die Herstellung von Formkörpern durch Pressen oder Kneten wird bevorzugt eine Zusammensetzung der Basismasse aus 40-80 Gew.-% Cellulose als Komponente A und 20-60 Gew.-% Füllstoffe als Komponente C vorgesehen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Formmasse sind den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche entnehmbar.

Das Basismaterial, die Komponente A, ist Cellulose, wobei hierunter auch Cellulosederivate zu verstehen sind, einschließlich Methylcellulose. Der Anteil der Komponente A richtet sich nach den zu erzielenden Eigenschaften des Formkörpers.

Bei der Herstellung der Formkörper durch Gießen mittels einer Gießmasse werden als Füllstoff Gips und/oder Polysaccharide zusätzlich vorgesehen, der gleichzeitig zur Formstabilität und zur steuerbaren zeitlichen Härtung des Formkörpers beiträgt.

Als Füllstoffe sowohl für Gießmassen als auch Preßmassen werden bevorzugt Horn- und Knochenmehle, Korkmehl, Holzmehl, Kaffeemehl, Kakaopulver, Holzkohlepulver, Metallpulver wie Eisenpulver, Feinsande, Tone, Kaolin, Mehl, Gries und andere natürliche Füllstoffe.

Als Farbstoffe werden insbesondere solche auf Wasserbasis, Acryl- oder Alkydbasis, natürliche Pflanzenfarbstoffe als Pulver oder flüssig, wie z. B. Curcuma eingesetzt. Darüber hinaus sind auch manche Füllstoffe, wie beispielsweise Metallpulver, Eisenpulver oder Titandioxid gleichzeitig Farbmittel.

Als Klebemittel werden bevorzugt in der Wärme aushärtbare Klebemittel eingesetzt, insbesondere Leime, wie chemisch abbindende PVAC-Leime Phenol-, Resorzin-, Melamin-, Knochen- und Harnstoff-Formaldehydharz- Heißleime. Hierbei reagieren 15 bis 20 Prozent beispielsweise von Harz- Harnstoff-Leim, der durch Wärmeeintrag, vorzugsweise Mikrowelle, gezielt zur Aushärtung gebracht wird. Der Formaldehydgehalt ist E 1 zertifiziert, daß beispielsweise bei der Herstellung von Formkörpern für Spielzeuge die Spielzeugnorm erfüllt wird.

Zusätzliche Stabilisatoren, die auch als Füllstoffe wirken können, können zugegeben werden, beispielsweise Bindemittel auf Acrylbasis, Methylcellulose, Polysaccharide oder Stärke.

Um die Ausformung der Formmasse nach der Formgebung zu erleichtern und die Klebkraft zur Form zu vermindern und gegebenenfalls einen zusätzlichen Oberflächenschutz zu erzielen, werden Trennmittel insbesondere in Form von Ölen, insbesondere pflanzlichen Ölen, gegebenenfalls auch geringe Zusätze von ätherischen Ölen zur Duftgebung der Formmasse beigegeben.

Das Verfahren zum Herstellen von Formkörpern unter Verwendung der erfindungsgemäßen Formmassen nach dem Gießverfahren oder Preßverfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Komponenten A, B, C trocken zu der Formmasse gemischt werden und gegebenenfalls trockene Hilfsstoffe bereits hierein eingemischt werden und danach die trockene Mischung mit Wasser zu einem formbaren bzw. gießfähigen Brei so lange angerührt wird, bis eine homogene feuchte Mischung als Formmasse erreicht wird, der auch die restlichen Hilfsstoffe zugesetzt sind und danach die feuchte Formmasse in die gewünschten Formen eingebracht wird, die gefüllten Formen für eine kurze Zeit von etwa 1 bis 5 Minuten einer hochfrequenten Strahlung, wie Mikrowellenstrahlung unterworfen und erwärmt werden, wobei die Aushärtung des Klebemittels und gegebenenfalls Bindemittels eingeleitet wird. Nach Abkühlung werden die Formkörper entformt.

Bevorzugt wird die Mikrowellenbehandlung zur Beaufschlagung der gefüllten Formen mit Wärme mindestens einmal in einem Abstand von etwa 10 bis 60 Minuten wiederholt. Dieses zweistufige oder gegebenenfalls dreistufige Härteverfahren durch hochfrequente Strahlung bewirkt die Aushärtung der Formmasse und fördert die Qualität insbesondere Stabilität des Endproduktes.

Als Preß- oder Gießformen werden insbesondere von Gipsmodellen abgegossene Negativformen aus Latex, Weichgummi, z. B. teilpolymerisiertem Kautschuk mit hohem Rußanteil, nicht spröde Kunststoffharz- Pulvermischungen oder tiefgezogene PE-Formen eingesetzt.

Bei der Herstellung von Formkörpern durch Gießen wird die Gießmasse trocken gemischt und kann beliebig lange trocken in Portionen aufbewahrt werden. Die Gießmasse wird kurz vor Gebrauch mit Wasser angerührt und ist ca. 15 bis 30 Minuten lang, je nach eingesetzten Komponenten gießfähig. Die Gießmasse kann dann in die gewünschten Formen gegossen werden, insbesondere elastische Formen aus Polyethylen, Gummi, Kunststoff, Silikon oder dergleichen. Es können beispielsweise Formkörper in Form von Platten zwischen 5 und 15 mm Dicke bzw. Formkörper bis zu 30 oder 40 mm Dicke gegossen werden, ohne daß es bei der nachfolgenden Härtung und Trocknung zu Rißbildung und Verformungen kommt. Bei Gießmassen wird bevorzugt die Härtung in zwei bis drei Stufen durchgeführt. Nach 15 bis 30 Minuten reagieren der Gips und/oder das Polysaccharid, die in der als Gießmasse ausgebildeten Formmasse enthalten sind, aus und binden zusätzlich überschüssiges Wasser aus der Formmasse, mit dem diese zu Beginn zwecks Gießbarkeit angerührt wurde. Jetzt wird die mit der feuchten Formmasse angefüllte Form für 60 bis 120 Sekunden einer Mikrowellenstrahlung ausgesetzt. Durch die hochfrequente Strahlung wird die Reaktion des Klebemittels - Leims - und des Bindemittels eingeleitet. Nach 10 bis 30 Minuten, je nach Größe des Formkörpers, erfolgt eine zweite Mikrowellenbestrahlung für eine Zeitdauer von 60 bis 120 Sekunden. Nach der Abkühlung können die Formkörper sofort aus der elastischen Form gelöst werden.

Die Formkörper können dann nach 1 bis 2 Stunden nachfolgender Lufttrocknung in weiteren Durchgängen in der Mikrowelle, bei kontinuierlicher Temperatursteigerung, fertiggetrocknet werden. Die Formkörper können aber auch gelagert werden und an der Luft selbständig weiter trocknen und sind dann ohne weitere Behandlung nach ca. 12 Stunden weiterverarbeitungs­ trocken.

Zum Herstellen von Formkörpern durch Pressen wird die Formmasse aus den einzelnen Bestandteilen gemischt und konfektioniert. Sie kann bei kühler Lagerung - Raumtemperatur - monatelang gelagert werden, dies gilt auch für Knetmassen.

Darüber hinaus ist es möglich, den Preß- und Gießmassen auch zu einem späteren Zeitpunkt noch bis zu 20 Gew.-% Fremdstoffe wie Füllstoffe, Farbstoffe beizumischen, um sowohl Aussehen als auch Gewicht des herzustellenden Formkörpers - Endproduktes - zu variieren.

Die erfindungsgemäßen Formmassen ermöglichen, daß sowohl die gegossenen als auch die formgepreßten Formkörper bzw. von Hand (Kneten) geformten Formkörper bereits nach wenigen Minuten nach dem ersten bzw. zweiten Aushärtevorgang mittels Mikrowellenstrahlung entformstabil sind und aus der Gießform/Preßform entnommen werden können. Sie sind zu diesem Zeitpunkt noch elastisch. Nach der vollständigen Aushärtung durch natürliches Nachtrocknen bzw. Mikrowellentrocknung können die Formkörper mechanisch weiterverarbeitet, konfektioniert oder bedruckt werden. Sie sind jetzt ausgehärtet, starr und bruchfest.

Die erfindungsgemäße Formmasse ermöglicht sowohl die industrielle als auch die individuelle Verarbeitung zu Formkörpern und ist kostengünstig. Es sind kurze Verarbeitungszeiten realisierbar, die Formkörper sind nach wenigen Minuten entformbar. Durch Einsatz von Naturstoffen, insbesondere Hauptbestandteil Cellulose in variablen Mischungen kann der Charakter des Endproduktes in großer Variationsbreite eingestellt werden und biologisch abbaubare Formkörper hergestellt werden. Die Formkörper sind sowohl mechanisch als auch drucktechnisch weiterverarbeitbar und bearbeitbar. Durch Zusatz entsprechender magnetisierbarer Metalle ist es auch möglich, magnetische Formkörper herzustellen.

Claims (10)

1. Formmasse zum Herstellen von biologisch abbaubaren Formkörpern auf Basis von Naturstoffen enthaltend

• - als Komponente A 40-80 Gew.-% Cellulose,
• - als Komponente B 0-50 Gew.-% Gips und/oder Polysaccharide
• - als Komponente C 10-60 Gew.-% Füllstoffe

und bezogen auf 100 Gewichtsteile der Summe der Komponenten A, B, C

• - 0-3 Gew.-% Trennmittel,
• - 5-20 Gew.-% wärmeaushärtbare Klebemittel,
• - 0-5 Gew.-% Bindemittel auf natürlicher oder synthetischer Basis

und zusätzlich Farbmittel in üblichen Mengen.

2. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen von Formkörpern durch Gießen

• - als Komponente A 40-60 Gew.-% Cellulose,
• - als Komponente B 30-50 Gew.-% Gips und/oder Polysaccharide und
• - als Komponente C 10-30 Gew.-% Füllstoffe vorgesehen sind.

3. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen der Formkörper durch Pressen oder Kneten

• - als Komponente A 40-80 Gew.-% Cellulose und
• - als Komponente C 20-60 Gew.-% Füllstoffe vorgesehen sind.

4. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Füllstoffe auf organischer und/oder anorganischer Basis vorgesehen sind, wie Horn- und Knochenmehl, Korkmehl, Holzmehl, Kaffeemehl, Kakaopulver, Holzkohlepulver, Mehl, Gries, Eisenpulver, Feinsande, Ton, Kaolin.

5. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Farbstoffe auf Wasser-, Acryl- oder Alkydbasis, natürliche Pflanzenfarbstoffe als Pulver oder flüssig vorgesehen sind.

6. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeaushärtbare Klebemittel Leime, wie chemisch abbindende PVAC, Phenol-, Resorzin-, Melamin-, Knochen- und Harnstoff- Formaldehydharz-Heißleime.

7. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Bindemittel auf Acrylbasis, Polysaccharide oder Stärke vorgesehen sind.

8. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzstoffe in Form von Trennmitteln, wie Öle, ätherische Öle vorgesehen sind.

9. Verfahren zum Herstellen von Formkörpern auf Basis von Naturstoffen unter Verwendung der Formmassen nach einem der Ansprüche 1 bis 8 nach dem Gieß- oder Preßverfahren, bei dem aus den Komponenten A, B, C eine trockene Mischung hergestellt wird, danach die trockene Mischung unter Zugabe der Hilfsstoffe wie Trennmittel, Klebemittel, Bindemittel und Farbmittel mit Wasser zu einem gießfähigen bzw. formbaren Brei so lange angerührt werden, bis eine homogene feuchte Mischung der Formmasse erreicht ist, danach die feuchte Formmasse in die gewüschten Formen eingebracht wird, die gefüllten Formen für eine kurze Zeit von etwa 1 bis 5 Minuten einer hochfrequenten Strahlung, wie Mikrowellenstrahlung unterworfen und erwärmt werden, wobei die Aushärtung des Klebemittels und gegebenenfalls Bindemittels eingeleitet wird und nach Abkühlung die Formkörper entformt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenbestrahlung zur Beaufschlagung der gefüllten Form mit Wärme mindestens einmal im Abstand von etwa 10 bis 60 Minuten wiederholt wird.