DE102013108102A1

DE102013108102A1 - A method for producing a mixture of biomass fibers and at least one plastic for the production of a composite material, mixture of biomass fibers and at least one plastic produced by the method and composite material produced from the mixture

Info

Publication number: DE102013108102A1
Application number: DE102013108102.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Hamel; Michael Hohendorf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2015-01-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Mischung aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff für die Herstellung eines Verbundwerkstoffs, umfassend die Schritte: – Bereitstellen von Biomassefasern (1) mit einer ersten durchschnittlichen Partikelgröße, – Erhitzen der Biomassefasern auf eine Vorbehandlungstemperatur (2) über einen ersten Zeitraum zur thermischen Vorbehandlung der Biomassefasern, – Bereitstellen des wenigstens einen Kunststoffs (10), – Vermischen der thermisch vorbehandelten Biomassefasern mit dem wenigstens einen Kunststoff (9), wobei während des Erhitzens der Biomassefasern (2) die sich aus der Behandlungstemperatur ergebende maximal mögliche freisetzbare Menge an Flüchtigen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, freigesetzt wird.The invention relates to a method for producing a mixture of biomass fibers and at least one plastic for the production of a composite material, comprising the steps of: providing biomass fibers (1) having a first average particle size, heating the biomass fibers to a pretreatment temperature (2) via a first period for the thermal pretreatment of the biomass fibers, - providing the at least one plastic (10), - mixing the thermally pretreated biomass fibers with the at least one plastic (9), wherein during the heating of the biomass fibers (2) resulting from the treatment temperature maximum possible releasable amount of volatiles is at least partially, preferably completely, released.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Mischung aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff für die Herstellung eines Verbundwerkstoffs. Die Erfindung betrifft ferner eine Mischung aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und einen Verbundwerkstoff aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff hergestellt aus einer erfindungsgemäßen Mischung. The invention relates to a method for producing a mixture of biomass fibers and at least one plastic for the production of a composite material. The invention further relates to a mixture of biomass fibers and at least one plastic produced by the method according to the invention and a composite of biomass fibers and at least one plastic produced from a mixture according to the invention.

Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe, englisch Wood-Plastic-Composites (WPC), sind thermoplastisch verarbeitbare Verbundwerkstoffe, welche unterschiedliche Anteile von Holz, beispielsweise Holzmehl, Kunststoffen und gegebenenfalls Additiven aufweisen. Verarbeitet werden diese Werkstoffe meist mit bekannten Verfahren der Kunststofftechnik, wie z.B. Extrusion, Spritzgießen, Rotationsguss, Thermoformverfahren oder mittels Presstechniken. Wood-plastic composites (WPC), are thermoplastically processable composites, which have different proportions of wood, such as wood flour, plastics and optionally additives. These materials are usually processed by known methods of plastics technology, such as e.g. Extrusion, injection molding, rotational molding, thermoforming or pressing techniques.

Das Holz in diesen Verbundwerkstoffen kann durch andere Pflanzenfasern, wie beispielsweise Kenaf, Jute oder Flachs, ersetzt werden. The wood in these composites can be replaced by other plant fibers such as kenaf, jute or flax.

Typischerweise bestehen derartige Verbundwerkstoffe aus 30 bis 90% Biomassefasern und einer Kunststoffmatrix. Aufgrund der thermischen Empfindlichkeit der Biomassefasern sind Verarbeitungstemperaturen nur von unter 200°C möglich. Bei höheren Temperaturen kommt es zu thermischen Umwandlungen und Zersetzungen der Biomassefasern im Verarbeitungsprozess. Typically, such composites consist of 30 to 90% biomass fibers and a plastic matrix. Due to the thermal sensitivity of the biomass fibers, processing temperatures of only below 200 ° C are possible. At higher temperatures, thermal transformations and decomposition of the biomass fibers in the processing process occur.

Vorteile derartiger Verbundwerkstoffe gegenüber traditionellen Holzwerkstoffen wie Spanplatten oder Sperrholz sind die freie, 3-dimensionale Formbarkeit des Verbundwerkstoffs und die größere Feuchteresistenz. Weiterhin lassen sich die Verbundwerkstoffe wiederverwerten. Advantages of such composite materials over traditional wooden materials such as chipboard or plywood are the free, 3-dimensional formability of the composite and the greater moisture resistance. Furthermore, the composite materials can be recycled.

Gegenüber Vollkunststoffen bieten die Verbundwerkstoffe eine höhere Steifigkeit und einen deutlich geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Weiterhin wird durch den hohen Anteil an nachwachsenden Rohstoffen, nämlich der Biomassefasern, in dem Verbundwerkstoff eine Preisstabilität gegenüber herkömmlichen Kunststoffen, die stark durch den aktuellen Rohölpreis geprägt sind, erreicht. Ferner sind die nachwachsenden Rohstoffe jederzeit verfügbar. Compared to solid plastics, the composites offer higher rigidity and a significantly lower coefficient of thermal expansion. Furthermore, the high proportion of renewable raw materials, namely the biomass fibers, in the composite material a price stability over conventional plastics, which are strongly characterized by the current price of crude oil, achieved. Furthermore, the renewable raw materials are available at any time.

Bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff mittels einer Mischung aus Partikeln von Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff besteht das Problem der Anbindung der Biomassefasern an den wenigstens einen Kunststoff. Materialien mit Zellulose als Hauptbestandteil sind extrem polar und hydrophil. Die Feuchtigkeitsaufnahme des resultierenden Verbundwerkstoffs bis hin zu großen Materialtiefen wird maßgeblich durch die Hydrophilie des biogenen zellulosehaltigen Materials verursacht. In the production of composites of biomass fibers and at least one plastic by means of a mixture of particles of biomass fibers and at least one plastic, the problem of bonding the biomass fibers to the at least one plastic. Materials with cellulose as the main ingredient are extremely polar and hydrophilic. The moisture absorption of the resulting composite material up to large material depths is significantly caused by the hydrophilicity of the biogenic cellulosic material.

Bedingt durch die Hydrophilität, die maßgeblich auf die große Zahl an Hydroxygruppen der Zellulose zurückzuführen ist, können oftmals nur schwache Wechselwirkungen mit den Kunststoffen erreicht werden. Diese schlechte Haftung zwischen Kunststoff und Biomassefasern führt zu deutlich schlechteren mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt dem Verbundwerkstoff einen Haftvermittler zuzufügen, welche starke chemische Bindungen sowohl mit dem Kunststoff als auch mit den Biomassefasern ausbilden. Due to the hydrophilicity, which is mainly due to the large number of hydroxyl groups of cellulose, often only weak interactions with the plastics can be achieved. This poor adhesion between plastic and biomass fibers leads to significantly poorer mechanical properties of the composite material. From the prior art it is known to add to the composite an adhesion promoter, which form strong chemical bonds both with the plastic and with the biomass fibers.

Die Verarbeitung von Verbundwerkstoffen aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff erfolgt beispielsweise in einem Extrusions-, Spritzguss- oder Pressverfahren, bei welchen eine Direktverarbeitung oder Extrusion oder aber eine Compoundverarbeitung erfolgt. Bei der Direktverarbeitung besteht grundsätzlich das Problem einer erforderlichen Feuchtigkeitsreduktion der Biomassefasern. Bei der Compoundverarbeitung ist ein zusätzlicher Aufheiz- und Abkühlzyklus erforderlich, verbunden mit einer stärkeren thermischen Schädigung des verwendeten Kunststoffs und der Biomassefasern. Weiterhin wird dadurch die benötigte Energie erhöht. Ferner verlängert sich die Verfahrensdauer durch den zusätzlichen Verfahrensschritt und die Zeit zur Trocknung der Biomassefasern. The processing of composites of biomass fibers and at least one plastic, for example, in an extrusion, injection molding or pressing process in which a direct processing or extrusion or compound processing takes place. In the case of direct processing, there is basically the problem of a required moisture reduction of the biomass fibers. In compound processing, an additional heating and cooling cycle is required, combined with greater thermal damage to the plastic and biomass fibers used. Furthermore, this increases the required energy. Furthermore, the process time is extended by the additional process step and the time for drying the biomass fibers.

Die DE 10 2010 030 927 A1 betrifft Verbundmaterialien aus zumindest einem zellulosehaltigen Material, bevorzugt Holz, und zumindest einem Kunststoff, mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und verbesserter Witterungsbeständigkeit, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung. Das Verbundmaterial aus der DE 10 2010 030 927 A1 zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Kunststoff aus einem Copolymer, umfassend ein Poly(alkyl)(meth)acrylat und zumindest ein zyklisches Carbonsäureanhydrid-Derivat, besteht oder ein Copolymer, umfassend ein Poly(alkyl)(meth)acrylat und zumindest ein zyklisches Carbonsäureanhydrid-Derivat, bevorzugt zusammen mit weiteren Polymeren und/oder Additiven und/oder Hilfsstoffen, umfasst. Durch die Verwendung des Copolymers umfassend zumindest ein Poly(alkyl)(meth)acrylat und zumindest ein zyklisches Carbonsäurehydrid-Derivat als Haftvermittler und/oder Matrixmatrial werden die Holzpartikel mit den Polymeren sehr gut bis vollständig umgeben bzw. eingehüllt, wodurch die Wasseraufnahme reduziert wird. The DE 10 2010 030 927 A1 relates to composite materials of at least one cellulosic material, preferably wood, and at least one plastic, with improved mechanical properties and improved weathering resistance, and a process for their preparation and use. The composite material from the DE 10 2010 030 927 A1 characterized in that at least one plastic consists of a copolymer comprising a poly (alkyl) (meth) acrylate and at least one cyclic carboxylic acid anhydride derivative, or a copolymer comprising a poly (alkyl) (meth) acrylate and at least one cyclic Carboxylic anhydride derivative, preferably together with other polymers and / or additives and / or excipients comprises. By using the copolymer comprising at least one poly (alkyl) (meth) acrylate and at least one cyclic carboxylic acid hydride derivative as adhesion promoter and / or matrix material, the wood particles are very well or completely sheathed with the polymers, whereby the water absorption is reduced.

Die DE 10 2007 054 549 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Naturfaser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen, bei dem natürliche Werkstoffe getrocknet, zerkleinert und mit einer Kunststoffschmelze sowie nach Bedarf mit einem oder mehreren Additiven zu einem Naturfaser-Kunststoff-Verbundwerkstoff zur Herstellung unterschiedlicher Produkte compoundiert wird. Das Verfahren und die Vorrichtung zeichnen sich dadurch aus, dass in einem diskontinuierlichen Herstellungsverfahren der natürliche Werkstoff, fester oder flüssiger Kunststoff und gegebenenfalls ein oder mehrere Additive durch Kneten und gleichzeitiges Verpressen in einem geschlossenen System vermischt werden, wobei der natürliche Werkstoff beim Mischvorgang zerkleinert wird und durch die beim Knet- und Pressvorgang durch Reibung erzeugte Wärmeenergie zunächst das in dem natürlichen Werkstoff enthaltene Wasser verdampft wird und danach durch eine weitere Einleitung von Reibungswärme die Oberfläche des natürlichen Werkstoffs aktiviert sowie dessen Reaktionsvermögen gesteigert wird. Der natürliche Werkstoff wird mit der durch die Reibungswärme erzeugten Kunststoffschmelze oder mit einer zugeführten Kunststoffschmelze sowie gegebenenfalls mit einem oder mehreren Additiven zu einem homogenen Naturfaser-Kunststoff-Werkstoff compoundiert. Nachteilig an dem Verfahren bzw. der Vorrichtung ist, dass die Trocknung und Aktivierung des natürlichen Werkstoffs in einem geschlossenen System stattfindet, so dass die freigesetzte Feuchtigkeit nicht entweichen kann, sondern zunächst in der Mischung aus natürlichem Werkstoff und Kunststoffschmelze verbleibt. Da die erzeugte Wärmeenergie durch die Reibungsenergie des Knet- und Verpressungsvorgangs erzeugt wird und somit von der Länge des verwendeten Extruders bzw. von der Verweilzeit der Mischung aus natürlichem Werkstoff und Kunststoffschmelze in dem Extruder abhängt, ist die erzeugte Wärmeenergie begrenzt bzw. würde den Herstellungsprozess erheblich verlängern. The DE 10 2007 054 549 A1 discloses a method and an apparatus for the production of Natural fiber-plastic composites, in which natural materials are dried, comminuted and compounded with a plastic melt and, if necessary, with one or more additives to a natural fiber-plastic composite material for the production of different products. The method and the device are characterized in that in a discontinuous production process, the natural material, solid or liquid plastic and optionally one or more additives are mixed by kneading and simultaneous pressing in a closed system, wherein the natural material is comminuted in the mixing process and is generated by the heat energy generated during the kneading and pressing process by friction first evaporates the water contained in the natural material and then activated by a further introduction of frictional heat, the surface of the natural material and its reactivity is increased. The natural material is compounded with the plastic melt produced by the frictional heat or with a supplied plastic melt and optionally with one or more additives to a homogeneous natural fiber-plastic material. A disadvantage of the method and the device is that the drying and activation of the natural material takes place in a closed system, so that the released moisture can not escape, but initially remains in the mixture of natural material and plastic melt. Since the generated heat energy is generated by the friction energy of the kneading and pressing process and thus depends on the length of the extruder used or on the residence time of the mixture of natural material and plastic melt in the extruder, the heat energy generated is limited or the manufacturing process would be significant extend.

In der DE 10 2007 057 907 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Naturfaserverbundwerkstoffen bzw. von Produkten aus solchen Verbundstoffen offenbart, bei welchem zunächst in einer Vorphase eine Vormischung oder ein Vorprodukt hergestellt wird, dessen Polymer- oder Kunststoffanteil wesentlich geringer ist als der Kunststoffanteil des endgültigen Naturfaserverbundmaterials. Zu der Vormischung bzw. zu dem Vorprodukt wird vor oder auf der Bearbeitungsmaschine die wenigstens eine zweite thermoplastische Kunststoffkomponente zugegeben und zwar z.B. in einem noch nicht aufgeschmolzenen Zustand, bevorzugt aber in einem aufgeschmolzenen Zustand. Durch die Aufteilung in das Vormischverfahren, in dem der Naturfaser oder Naturfaserkomponente die natürliche Feuchtigkeit zumindest größtenteils, d.h. beispielsweise bis auf eine Restfeuchtigkeitsgehalt von 5% oder kleiner entzogen wurde, und in eine nachträgliche Hauptmischphase, in der die Zugabe der wenigstens einen zweiten thermoplastischen Kunststoffkomponente erfolgt, wird u.a. der Energieverbrauch für ein zweites Aufheizen und Abkühlen des gesamten Kunststoffanteils vermieden. Hierdurch verringert sich nicht nur die thermische Schädigung des Kunststoffmaterials, sondern auch die thermische Schädigung des Naturfasermaterials, da ein schnelles Abkühlen der Vormischung wegen der geringen Masse an Kunststoffmaterial möglich ist. In the DE 10 2007 057 907 A1 discloses a method for producing natural fiber composites or products of such composites, wherein first in a preliminary phase, a premix or a precursor is produced, the polymer or plastic content is substantially less than the plastic content of the final natural fiber composite material. The at least one second thermoplastic component is added to the premix or to the precursor before or on the processing machine, for example in a not yet melted state, but preferably in a molten state. By dividing into the premixing process in which the natural fiber or natural fiber component of the natural moisture was at least for the most part, ie, for example, to a residual moisture content of 5% or less withdrawn, and in a subsequent main mixing phase in which the addition of the at least one second thermoplastic component takes place , the energy consumption for a second heating and cooling of the total plastic content is avoided. This not only reduces the thermal damage to the plastic material, but also the thermal damage of the natural fiber material, since rapid cooling of the premix is possible because of the low mass of plastic material.

Aus der DE 203 01 587 U1 ist eine Mischung aus Kunststoff und Holzfasern sowie einem oder mehreren Additiven zur Herstellung von fließfähigem formbaren Material bekannt. Die Mischung enthält in Form eines Granulats in etwa 30 bis in etwa 60 Gew.-% Holzfasern oder in Form eines Agglomerats in etwa 60 bis in etwa 80 Gew.-% Holzfasern, in etwa 1 bis in etwa 10 Gew.-% ein oder mehrere Additive und auf 100 Gew.-% der Mischung aufgefüllt Kunststoffpartikel, wobei die Holzfasern ein Länge-zu-Durchmesserverhältnis größer 5 aufweisen. Die Holzfasern weisen dabei bevorzugt eine Länge im Bereich zwischen 150 μm und 500 μm auf. Während der Herstellung der Mischung wird die Mischung in einem gesonderten Verfahrensschritt getrocknet, wobei diesbezüglich zusätzlich eine Entgasungsstelle vorgesehen ist. From the DE 203 01 587 U1 is a mixture of plastic and wood fibers and one or more additives for the production of flowable moldable material known. The mixture contains in the form of a granulate in about 30 to about 60 wt .-% wood fibers or in the form of an agglomerate in about 60 to about 80 wt .-% wood fibers, in about 1 to about 10 wt .-% on or several additives and filled to 100 wt .-% of the mixture plastic particles, wherein the wood fibers have a length to diameter ratio greater than 5. The wood fibers preferably have a length in the range between 150 microns and 500 microns. During the preparation of the mixture, the mixture is dried in a separate process step, in which respect a degassing point is additionally provided.

Die DE 10 2005 029 685 A1 offenbart einen Verbundwerkstoff mit einem Anteil an Holz und einem Anteil an vernetzten Melaminharzen, wobei die vernetzten Melaminharze aus Melaminharzen gebildet werden, die im Wesentlichen linear aufgebaut sind und eine scherabhängige Viskosität aufweisen. Die im Wesentlichen linear aufgebauten Melaminharze liegen als lineare oder schwach vernetzte Kettenmoleküle vor. Diese Kettenmoleküle können bei genügend hoher Temperatur aneinander abgleiten, wodurch das Harz schmelzbar wird und eine Abhängigkeit der Viskosität von der Scherrate zeigt. Diese Eigenschaft wird auch als Nicht-Newtonsches Verhalten bezeichnet. Da diese Harze in der Schmelzphase ein sehr gutes Fließverhalten aufweisen, lassen sich in den Verbindungswerkstoffen die Holzpartikel homogen in der Harzmatrix verteilen. Der Zusatz von teilvernetzten Thermoplasten als Gleitmittel ist nicht länger notwendig. Der Verbundwerkstoff zeichnet sich sowohl durch eine gute thermoplastische Verarbeitbarkeit aus als auch verbesserte mechanische Eigenschaften. Der Verbundwerkstoff mit einem Anteil Holz und einem Anteil an vernetzten Melaminharzen wird nach einem Verfahren hergestellt, wobei das Holz, die im Wesentlichen linear aufgebauten und eine scherabhängige Viskosität aufweisenden Melaminharze und Additive bei Temperaturen von etwa 90 bis 170°C aufgeschmolzen, homogenisiert und entgast werden; die Mischung bei einer Massetemperatur von etwa 100 bis 150°C komprimiert wird; anschließend unter Temperaturerhöhung auf 180 bis 300°C in ein formgebendes Werkzeug eingebracht wird; und der fertige Verbundwerkstoff ausgetragen wird; wobei die Mischung zwischen dem Komprimierungsteil und dem Formgebungsteil eine thermische Trennstufe durchläuft, welche die Wärmeübertragung zwischen dem Komprimierungsteil und dem Formgebungsteil verhindert. The DE 10 2005 029 685 A1 discloses a composite having a content of wood and a proportion of crosslinked melamine resins, wherein the crosslinked melamine resins are formed from melamine resins that are substantially linear in construction and have a shear-dependent viscosity. The essentially linear melamine resins are present as linear or weakly crosslinked chain molecules. These chain molecules can slide together at a sufficiently high temperature, causing the resin to melt and show a dependence of viscosity on shear rate. This property is also called non-Newtonian behavior. Since these resins have a very good flow behavior in the melting phase, the wood particles can be distributed homogeneously in the resin matrix in the connecting materials. The addition of partially crosslinked thermoplastics as lubricants is no longer necessary. The composite material is characterized by good thermoplastic processability as well as improved mechanical properties. The composite material with a proportion of wood and a proportion of crosslinked melamine resins is prepared by a process, wherein the wood, the melamine resins and additives having substantially linear structure and a shear-dependent viscosity melted, homogenized and degassed at temperatures of about 90 to 170 ° C. ; the mixture is compressed at a melt temperature of about 100 to 150 ° C; then with increasing the temperature to 180 to 300 ° C in a shaping Tool is introduced; and the finished composite material is discharged; wherein the mixture between the compression member and the molding member undergoes a thermal separation step which prevents heat transfer between the compression member and the molding member.

Weiterhin offenbart die DE 10 2009 057 206 B3 ein Verfahren zur Herstellung von lignozellulosen Faserwerkstoffen oder naturfaserverstärkten Kunststoffen, insbesondere mitteldichten Holzfaserplatten und Faserformkörpern, Holzfaserdämmplatten, Wood Polymer Composites (WPC) und naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) unter Einsatz lignozelluloser Faserstoffe, die durch eine Kombination aus Hackschnitzelbestrahlung mit energiereicher Strahlung und nachträglicher Zerfaserung hergestellt wurden. Das Verfahren hat den Vorteil, dass bei der Zerfaserung 30 bis 40% Mahlenergie eingespart werden können und die aus den gewonnenen Faserstoffen hergestellten Werkstoffe verbesserte mechanische und hygroskopische Eigenschaftenaufweisen. Furthermore, the disclosure DE 10 2009 057 206 B3 a process for the production of lignocellulosic fibrous materials or natural fiber-reinforced plastics, in particular medium-density wood fiber boards and fiber moldings, wood fiber insulation panels, wood polymer composites (WPC) and natural fiber reinforced plastics (NFK) using lignocellulosic fibers, which were produced by a combination of wood chip irradiation with high-energy radiation and subsequent defibration , The process has the advantage that 30 to 40% grinding energy can be saved during defibration and the materials produced from the obtained fibers have improved mechanical and hygroscopic properties.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verarbeitungsprozess von Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff zu einem Verbundwerkstoff aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff zu verbessern, bei gleichzeitiger Erhaltung der mechanischen Eigenschaften des daraus hergestellten Verbundwerkstoffs. The invention has for its object to improve the processing of biomass fibers and at least one plastic to a composite material of biomass fibers and at least one plastic, while maintaining the mechanical properties of the composite material produced therefrom.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Mischung aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff für die Herstellung eines Verbundwerkstoffs, umfassend die Schritte:

– Bereitstellen von Biomassefasern mit einer ersten durchschnittlichen Partikelgröße,
– Erhitzen der Biomassefasern auf eine Vorbehandlungstemperatur über einen ersten Zeitraum zur thermischen Vorbehandlung der Biomassefasern,
– Bereitstellen des wenigstens einen Kunststoffs,
– Vermischen der thermisch vorbehandelten Biomassefasern mit dem wenigstens einen Kunststoff,

wobei während des Erhitzens der Biomassefasern die sich aus der Behandlungstemperatur ergebende maximal mögliche freisetzbare Menge an Flüchtigen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, freigesetzt wird. The object is achieved by a method for producing a mixture of biomass fibers and at least one plastic for the production of a composite material, comprising the steps:

Providing biomass fibers having a first average particle size,
Heating the biomass fibers to a pretreatment temperature over a first period of time for thermal pretreatment of the biomass fibers,
Providing the at least one plastic,
Mixing the thermally pretreated biomass fibers with the at least one plastic,

wherein during the heating of the biomass fibers the maximum possible releasable amount of volatiles resulting from the treatment temperature is at least partially, preferably completely, released.

Durch die Erhitzung der Biomassefasern auf die Vorbehandlungstemperatur werden Umlagerungs- und Zersetzungsvorgänge in den Biomassefasern ausgelöst, die dazu führen, dass unter anderem zumindest Teile der Biomassefasern hydrophob werden. Derartige hydrophobe Biomassefasern haben während der nachfolgenden Weiterverarbeitung zu einem Verbundwerkstoff aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff deutliche Vorteile gegenüber unbehandelten oder lediglich getrockneten Biomassefasern. The heating of the biomass fibers to the pretreatment temperature triggers rearrangement and decomposition processes in the biomass fibers which, among other things, cause at least parts of the biomass fibers to become hydrophobic. Such hydrophobic biomass fibers have significant advantages over untreated or merely dried biomass fibers during the subsequent further processing into a composite of biomass fibers and at least one plastic.

Natürliche Biomassen bestehen zum größten Teil aus den hochkomplexen Biopolymeren Lignin, Zellulose und Hemizellulose, die sich je nach Art der Biomasse in ihren Anteilen unterscheiden. Das Zerfallsverhalten bzw. die Temperaturbeständigkeit der drei Bestandteile ist unterschiedlich. Abgeleitet aus Untersuchungen an unterschiedlichen pflanzlichen Biomassen kann die Biomassezersetzung vereinfacht mit folgenden Phasen beschrieben werden (siehe Koukious, E.G.; Mavrokoukoulakis, J.; Abatzoglou, N: „Energy densification of Biomass“, in 1st National Conference on soft energy forms, Thessaloniki, 1982 ):
Phase A: mit zunehmender Aufheizung der Biomasse findet eine Trocknung statt, wobei zunächst freies Wasser verdampft wird; bei weiterer Aufheizung wird gebundenes Wasser, inter- und schließlich intrazellulares Wasser, freigesetzt;
Phase B: bei Lignin findet nach der Phase A mit Beginn der Phase eine Aufweichung des festen Materials statt;
Phase C: im Anschluss an die Trocknung beginnt die Zersetzung der am wenigsten stabilen Biopolymere; während dieses Abbaus treten noch keine nennenswerten Mengen flüchtiger Kohlenwasserstoffe aus, da die Produkte der ersten Zerfallsreaktionen zum einen noch deutlich zu lang sind, um bei den gegebenen Temperaturen in der Gasphase vorzuliegen; und zum Anderen neigen die wenigen, bereits gasförmig vorliegenden Kohlenwasserstoffe zum Rekondensieren;
Phase D: mit weiter steigender Temperatur werden zunehmend größere Mengen flüchtiger Substanzen ausgetrieben;
Phase E: gleichzeitig mit der Phase D findet eine zunehmende Verkohlung der Biomasse statt. Natural biomass consists for the most part of the highly complex biopolymers lignin, cellulose and hemicellulose, which differ in their proportions depending on the type of biomass. The decay behavior or the temperature resistance of the three components is different. Derived from studies on different plant biomass, the decomposition of biomass can be described in a simplified way with the following phases (see Koukious, EC; Mavrokoukoulakis, J .; Abatzoglou, N: "Energy densification of biomass", 1st National Conference on soft energy forms, Thessaloniki, 1982 ):
Phase A: with increasing heating of the biomass drying takes place, whereby initially free water is evaporated; Upon further heating, bound water, inter and finally intracellular water, is released;
Phase B: with lignin, after phase A, with the beginning of the phase, a softening of the solid material takes place;
Phase C: following drying, decomposition of the least stable biopolymers begins; during this degradation, no appreciable amounts of volatile hydrocarbons are released, since the products of the first decomposition reactions are still significantly too long to be present in the gas phase at the given temperatures; and secondly, the few hydrocarbons already present in gaseous form tend to recondense;
Phase D: as the temperature continues to rise, increasingly larger quantities of volatile substances are expelled;
Phase E: at the same time as Phase D, increasing charring of the biomass occurs.

Zu einer bestimmten Vorbehandlungstemperatur innerhalb der Phase D gibt es eine maximale Menge an Flüchtigen, die freigesetzt wird. Werden die Biomassefasern komplett auf eine bestimmte Vorbehandlungstemperatur aufgeheizt, so wird die maximal freisetzbare Menge an Flüchtigen für diese bestimmte Vorbehandlungstemperatur freigesetzt. Werden die Biomassefasern nur teilweise, beispielsweise im Bereich an der Oberfläche, nicht jedoch in deren Kern, auf die bestimmte Vorbehandlungstemperatur erhitzt, so wird nur ein Teil der maximal freisetzbaren Flüchtigen freigesetzt. Nach der vorliegenden Erfindung werden die für eine bestimmte Vorbehandlungstemperatur maximal freisetzbaren Flüchtigen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, freigesetzt. At a certain pretreatment temperature within phase D, there is a maximum amount of volatiles that will be released. If the biomass fibers are completely heated to a certain pre-treatment temperature, the maximum releasable amount of volatiles for that particular pretreatment temperature is released. If the biomass fibers are heated only partially, for example in the area at the surface, but not in their core, to the specific pretreatment temperature, only part of the maximum releasable volatiles is released. According to the present invention, the maximum release volatiles for a given pretreatment temperature are at least partially, preferably completely, released.

Erfindungsgemäß wird ausgenutzt, dass eine thermische Vorbehandlung der Biomassefasern gemäß der zuvor genannten Phase D dazu führt, dass Teile der Biomassefasern hydrophob werden und dadurch ein deutlicher Verarbeitungsvorteil im Vergleich zu unbehandelten oder lediglich getrockneten Biomassefasern erzielbar ist. According to the invention, use is made of the fact that a thermal pretreatment of the biomass fibers according to the aforementioned phase D results in parts of the biomass fibers becoming hydrophobic and thus a clear processing advantage in comparison to untreated or only dried biomass fibers can be achieved.

Nach der erfindungsgemäßen thermischen Vorbehandlung der Biomassefasern ist die Feuchtigkeitsaufnahme der Biomassefasern begrenzt. Durch Dehydrationsreaktionen erfolgt die Zersetzung bzw. Abspaltung von OH-Gruppen, wodurch die Möglichkeit der Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen im Wasser reduziert wird. Darüber hinaus werden zunehmend ungesättigte Strukturen gebildet, die unpolar sind und damit in bestimmten Maß zum hydrophoben Verhalten der Biomassefasern beitragen. After the thermal pretreatment of the biomass fibers according to the invention, the moisture absorption of the biomass fibers is limited. By dehydration reactions, the decomposition or elimination of OH groups takes place, whereby the possibility of formation of hydrogen bonds in the water is reduced. In addition, increasingly unsaturated structures are formed, which are non-polar and thus contribute to a certain extent to the hydrophobic behavior of the biomass fibers.

Thermisch vorbehandelte Biomassefasern mit einem hydrophoben Verhalten sind für die nachfolgende Weiterverarbeitung vorteilhaft. Beispielsweise werden bei der Weiterverarbeitung zu einem Verbundwerkstoff aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff keine Flüchtigen oder weniger Flüchtige mehr freigesetzt, welche z.B. während eines nachfolgenden Compoundierprozesses entfernt werden müssten. Wird die Biomasse direkt nach der thermischen Vorbehandlung und Mischung mit dem wenigstens einen Kunststoff zu einem Verbundwerkstoff weiterverarbeitet, so wirkt sich die Restwärme der thermischen Vorbehandlung positiv aus, da weniger Energie zum Aufheizen benötigt wird. Wird die Mischung aus thermisch vorbehandelten Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff zwischengelagert, so wird aufgrund der hydrophoben Eigenschaft der Biomassefasern weniger Feuchtigkeit aus der Umgebung aufgenommen. Thermally pretreated biomass fibers having a hydrophobic behavior are advantageous for subsequent processing. For example, in the further processing into a composite of biomass fibers and at least one plastic, no more volatiles or less volatiles are released, which is e.g. during a subsequent compounding process would have to be removed. If the biomass is processed further directly after the thermal pretreatment and mixing with the at least one plastic to form a composite material, the residual heat of the thermal pretreatment has a positive effect, since less energy is required for heating. If the mixture of thermally pretreated biomass fibers and at least one plastic is temporarily stored, due to the hydrophobic property of the biomass fibers less moisture is absorbed from the environment.

Die separate thermische Vorbehandlung hat den Vorteil, dass die nachfolgende Weiterverarbeitung dadurch nicht beeinflusst wird, insbesondere hinsichtlich der Verarbeitungszeiten. Weiterhin lässt sich der Weiterverarbeitungsprozess dadurch besser steuern als bei einer gleichzeitigen thermischen Vorbehandlung und Weiterverarbeitung. Ferner fallen die freigesetzten Flüchtigen separat an und nicht innerhalb des Weiterverarbeitungsprozesses. The separate thermal pretreatment has the advantage that the subsequent further processing is not affected thereby, in particular with regard to the processing times. Furthermore, the further processing process can thereby be better controlled than with a simultaneous thermal pretreatment and further processing. Furthermore, the released fugitives are incurred separately and not within the further processing process.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine reproduzierbare Qualität sichergestellt, wobei durch die thermische Vorbehandlung auch eine Vergleichmäßigung der Eigenschaften der Biomasse und des anschließenden Verbundmaterials erzielt wird. Vorteil einer vorangehenden thermischen Behandlung der Biomassefasern ist, dass auch unterschiedliche Biomassen in einer Mischung vorbehandelt werden können. Es können sowohl unterschiedliche Biomassetypen als auch unterschiedliche Feuchtegehalte und unterschiedliche Anlieferungszustände durch die thermische Vorbehandlung gemeinsam behandelt werden, wodurch eine Vergleichmäßigung der Eigenschaften erzielt wird. Dies wiederum begünstigt die anschließende Verarbeitungskonstanz zu einem Compound und ermöglicht gleichzeitig den Einsatz eines breiten Biomassespektrums. Weiterhin werden die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs durch die thermisch vorbehandelten Biomassefasern verbessert, insbesondere durch die verringerte Feuchtigkeitsaufnahme aufgrund der hydrophoben Eigenschaften der Biomassefasern. Durch die Freisetzung der Flüchtigen in der vorgelagerten thermischen Vorbehandlung der Biomassefasern wird eine gleichbleibende industrielle Verarbeitbarkeit garantiert, da die Flüchtigen nicht erst in der Weiterverarbeitung der Mischung aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff erfolgt. Ferner wird durch die erfindungsgemäße Mischung aus thermisch vorbehandelten Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff die Effizienz der nachfolgenden Weiterverarbeitung zu einem Verbundwerkstoff erhöht, beispielsweise durch kürzere Zykluszeiten beim Spritzguss oder durch schnellere Extrusionsgeschwindigkeiten beim Extrusionsprozess. By the method according to the invention a reproducible quality is ensured, wherein by the thermal pretreatment also a homogenization of the properties of the biomass and the subsequent composite material is achieved. Advantage of a previous thermal treatment of biomass fibers is that even different biomasses can be pretreated in a mixture. Both different biomass types and different moisture contents and different delivery states can be treated together by the thermal pretreatment, whereby a homogenization of the properties is achieved. This in turn favors the subsequent processing consistency to a compound while allowing the use of a broad biomass spectrum. Furthermore, the properties of the composite are improved by the thermally pretreated biomass fibers, in particular by the reduced moisture absorption due to the hydrophobic properties of the biomass fibers. The release of the volatiles in the upstream thermal pretreatment of biomass fibers a consistent industrial processability is guaranteed because the volatiles does not occur only in the further processing of the mixture of biomass fibers and at least one plastic. Furthermore, the efficiency of the subsequent further processing into a composite material is increased by the inventive mixture of thermally pretreated biomass fibers and at least one plastic, for example by shorter cycle times during injection molding or by faster extrusion speeds in the extrusion process.

Nach einer Variante der Erfindung ist der wenigstens eine Kunststoff partikelförmig oder flüssig. Ein partikelförmiger Kunststoff ist insbesondere bei einer nachfolgenden Lagerung der Mischung aus thermisch vorbehandelten Biomassefasern und dem wenigstens einen Kunststoff vorteilhaft. Wird die Mischung aus thermisch vorbehandelten Biomassefasern und dem wenigstens einen Kunststoff nachfolgend direkt zu einem Verbundwerkstoff weiterverarbeitet, beispielsweise in einem Extrusions-, Spritzguss- oder Compoundierverfahren, so ist die Verwendung eines flüssigen, also bereits durch thermische Einwirkung plastifizierten, Kunststoffs vorteilhaft. According to one variant of the invention, the at least one plastic is particulate or liquid. A particulate plastic is particularly advantageous in a subsequent storage of the mixture of thermally pretreated biomass fibers and the at least one plastic. If the mixture of thermally pretreated biomass fibers and the at least one plastic is subsequently processed further directly into a composite material, for example in an extrusion, injection molding or compounding process, then the use of a liquid plastic, that is already plasticized by thermal action, is advantageous.

In einer Variante umfasst das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin den Schritt des Zerkleinerns der Biomassefasern auf eine zweite durchschnittliche Partikelgröße, wobei der Schritt des Zerkleinerns vor und/oder nach der thermischen Vorbehandlung der Biomassefasern erfolgen kann. Je nach Verfügbarkeit und Ausgestaltung der Vorrichtungen zur Vorbehandlung und/oder Weiterverarbeitung der Biomassefasern kann eine Zerkleinerung der Biomassefasern auf die für die Herstellung des Verbundwerkstoffs benötigte Partikelgröße zu unterschiedlichen Zeiten durchgeführt werden. Somit lässt sich der erfindungsgemäße Verfahren optimal an bestehende Verarbeitungsprozesse anpassen. In a variant, the method according to the invention further comprises the step of comminuting the biomass fibers to a second average particle size, wherein the step of comminuting can be carried out before and / or after the thermal pretreatment of the biomass fibers. Depending on the availability and configuration of the devices for the pretreatment and / or further processing of the biomass fibers, a comminution of the biomass fibers to the particle size required for the production of the composite material can be carried out at different times. Thus, the inventive method can be optimally adapted to existing processing processes.

Gemäß einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der Mischung aus thermisch vorbehandelten Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff weiterhin Additive zugefügt, wobei der Schritt des Hinzufügens während oder nach dem Schritt des Mischens erfolgen kann. Vorzugsweise werden die Additive während des Mischens hinzugefügt, dadurch eine gleichmäßige Verteilung der Additive in der Mischung aus thermisch vorbehandelten Biomassefasern und dem wenigstens einen Kunststoff erzielt wird. According to an advantageous variant of the method according to the invention additives are further added to the mixture of thermally pretreated biomass fibers and at least one plastic, wherein the adding step during or after the step of mixing can take place. Preferably, the additives are added during mixing, thereby achieving a uniform distribution of the additives in the mixture of thermally pretreated biomass fibers and the at least one plastic.

Das wenigstens eine zugefügte Additiv verändert beispielsweise die Farbe, die Lichtbeständigkeit, die Wetterbeständigkeit, die Bindung zwischen Biomassefasern und Kunststoff, die Fließfähigkeit der Mischung bei der Verarbeitung, die Feuerfestigkeit und/oder die Fungizität der Mischung oder des daraus aus der Mischung hergestellten Verbundwerkstoffs. The at least one added additive changes, for example, color, lightfastness, weatherability, biomass fiber / plastic bonding, flowability of the blend in processing, refractoriness and / or fungicity of the blend or composite made therefrom.

Die Vorbehandlungstemperatur während des Erhitzens ist nach einer erfindungsgemäßen Variante kleiner als 300°C, vorzugsweise zwischen 150°C und 270°C und insbesondere zwischen 170°C und 230°C. Die Vorbehandlungstemperatur liegt erfindungsgemäß über der Trocknungstemperatur der Biomassefasern, so dass die Flüchtigen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, freigesetzt werden. Der Übergang von Phase C zu Phase D gemäß obiger Beschreibung liegt bei Hemizellulose beispielsweise bei ca. 170 bis 200°C, bei Lignin bei etwa 200°C und bei Zellulose im Bereich von 220 bis 230°C. Die Verkohlung, als Phase E bezeichnet, beginnt für Hemizellulose bei ca. 240 bis 250°C, für Lignin bei ca. 260 bis 270°C und für Zellulose bei ca. 270 bis 280°C. The pretreatment temperature during heating according to an inventive variant is less than 300 ° C, preferably between 150 ° C and 270 ° C and in particular between 170 ° C and 230 ° C. The pretreatment temperature according to the invention is above the drying temperature of the biomass fibers, so that the volatiles are at least partially, preferably completely, released. The transition from phase C to phase D as described above is in hemicellulose for example at about 170 to 200 ° C, at lignin at about 200 ° C and at cellulose in the range of 220 to 230 ° C. The charring, called phase E, begins at about 240 to 250 ° C for hemicellulose, about 260 to 270 ° C for lignin, and about 270 to 280 ° C for cellulose.

Die Behandlungstemperatur wird unter anderem von dem ausgewählten Behandlungsverfahren und den darin auftretenden Wärmeübergangskoeffizienten beeinflusst. So werden beispielsweise in einer Wirbelschicht, die zur thermischen Vorbehandlung eingesetzt werden kann, deutlich höhere Wärmeübergangskoeffizienten vom gasförmigen Medium an die Biomasse realisiert, als beispielsweise in einem Festbett oder Wanderbett. Prinzipiell sind alle Verfahren, in denen Gas-/Feststoff-Kontakt durchgeführt wird denkbar. Das können stationäre oder zirkulierende Wirbelschichten sein, durchströmte Festbetten, Schüttschichten oder Wanderbetten, durchströmte und bewegte Schüttungen z.B. auf Band- oder Gurttransportvorrichtungen, pneumatische Förderaggregate, Zyklonapparate, oder Kombinationen daraus. The treatment temperature is influenced inter alia by the selected treatment method and the heat transfer coefficients occurring therein. Thus, for example, in a fluidized bed which can be used for thermal pretreatment, significantly higher heat transfer coefficients from the gaseous medium to the biomass are realized than, for example, in a fixed bed or moving bed. In principle, all processes in which gas / solid contact is carried out are conceivable. These can be stationary or circulating fluidized beds, through which fixed beds, packed beds or moving beds flowed through, and flows through and moving beds, e.g. on belt or belt conveyors, pneumatic delivery units, cyclonic apparatus, or combinations thereof.

Nach einer zweckmäßigen Variante der Erfindung ist der erste Zeitraum kleiner als 180 Minuten, vorzugsweise kleiner 90 Minuten und insbesondere kleiner 5 Minuten. Der erste Zeitraum ist dabei so gewählt, dass die Flüchtigen bei der vorbestimmten Vorbehandlungstemperatur zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, freigesetzt werden. Der erste Zeitraum ist dabei maßgeblich von der Partikelgröße der Biomassefasern abhängig. Je größer die Partikelgröße, desto länger müssen die Biomassefasern thermisch vorbehandelt werden, damit die Flüchtigen möglichst überwiegend freigesetzt werden. According to an expedient variant of the invention, the first period is less than 180 minutes, preferably less than 90 minutes and in particular less than 5 minutes. The first period is chosen so that the volatiles are released at least partially, preferably completely, at the predetermined pretreatment temperature. The first period depends largely on the particle size of the biomass fibers. The larger the particle size, the longer the biomass fibers have to be pretreated thermally, so that the volatiles are released as much as possible.

Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung werden die Biomassefasern während des Erhitzens vollständig getrocknet. Die Trocknung der Biomassefasern kann dabei im selben Verfahrensschritt oder in getrennten Verfahrensschritten wie die Freisetzung der Flüchtigen erfolgen. Beispielsweise kann erst eine vollständige Trocknung erfolgen und nachfolgend die Vorbehandlungstemperatur erhöht werden, um die Flüchtigen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, freizusetzen. Dabei kann beispielsweise die überschüssige Wärme aus dem Trocknungsschritt der nachfolgenden Erhitzung zur zumindest teilweisen, vorzugsweise vollständigen, Freisetzung der Flüchtigen zugeführt werden. Vorteil der getrennten Durchführung der Trocknung ist, dass somit auch Mischungen aus Biomassen mit unterschiedlichen Feuchtegehalten jeweils auf einen gemeinsamen Zustand getrocknet werden können. Somit können für die anschließende thermische Behandlung gleichmäßige Startbedingungen auch bei ungleichen Eigenschaften der Ausgangsbiomasse eingestellt werden, wodurch die Qualität der thermisch vorbehandelten Biomasse als Einsatzmaterial für die Compoundierung ebenfalls vergleichmäßigt wird. According to a preferred variant of the invention, the biomass fibers are completely dried during the heating. The drying of the biomass fibers can take place in the same process step or in separate process steps as the release of the volatiles. For example, first a complete drying and subsequently the pretreatment temperature can be increased in order to release the volatiles at least partially, preferably completely. In this case, for example, the excess heat from the drying step of the subsequent heating for at least partial, preferably complete, release of the volatiles are supplied. Advantage of the separate execution of the drying is that thus mixtures of biomass with different moisture contents can be dried in each case to a common state. Thus, for the subsequent thermal treatment uniform starting conditions can be set even with different properties of the starting biomass, whereby the quality of the thermally pretreated biomass is also made uniform as a feedstock for compounding.

Alternativ können die Biomassefasern auch direkt auf die zur Freisetzung der Flüchtigen benötigten Temperatur erhitzt werden, wobei die Biomassefasern gleichzeitig mit der Freisetzung der Flüchtigen getrocknet werden. Alternatively, the biomass fibers may also be heated directly to the temperature needed to release the fugitives, with the biomass fibers being dried simultaneously with the release of fugitives.

Die Trocknung der Biomassefasern und die zumindest teilweise, vorzugsweise vollständige, Freisetzung der Flüchtigen können in einer erfindungsgemäßen Variante apparativ getrennt durchgeführt werden. The drying of the biomass fibers and the at least partial, preferably complete, liberation of the volatiles can be carried out in separate apparatus in a variant according to the invention.

In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Erhitzung und die zumindest teilweise, vorzugsweise vollständige, Freisetzung der Flüchtigen, in einer inerten oder sauerstoffreduzierten Atmosphäre durchgeführt. Als Inertgas kann beispielsweise Stickstoff verwendet werden, oder Edelgase oder Gase, die unter der Vorbehandlungstemperatur als inert zu betrachten sind, wie z.B. Kohlendioxid. Als Gas mit reduziertem Sauerstoffgehalt bietet sich Luft in Verdünnung mit den zuvor genannten Inertgasen an. Dadurch werden ungewollte Reaktionen zwischen den freigesetzten Flüchtigen und den Bestandteilen der Umgebungsluft, insbesondere mit Sauerstoff, reduziert bzw. vermieden. In a variant of the process according to the invention, the heating and the at least partial, preferably complete, liberation of the volatiles are carried out in an inert or oxygen-reduced atmosphere. For example, nitrogen may be used as the inert gas, or noble gases or gases which are considered to be inert under the pretreatment temperature, e.g. Carbon dioxide. As a gas with a reduced oxygen content, air in dilution with the aforementioned inert gases is suitable. As a result, unwanted reactions between the liberated volatiles and the constituents of the ambient air, in particular with oxygen, reduced or avoided.

Zweckmäßigerweise sind die Biomassefasern ausgesucht aus:
pflanzlicher Biomasse, insbesondere Holz, extrahierten Fasern, zellulose- und/oder ligninhaltigen Stoffen; recycelter Biomasse; regenerativen Substanzen aus künstlich hergestellten Fasern; Holz unterschiedlicher Sorten und/oder unterschiedlicher Aufbereitungsformen wie Spänen, Sägemehl, Pulver, aufgerieben oder zerfasert; Hanf; Sisal; Flachs; Bambus; Kenaf; Gräser; Stroh; Reisspelzen; Bagasse; Getreidestroh; Maiskolben; Kokoshaar; Jute; Baumwolle; Papier und/oder Altpapier; Pappe; Hygienegewebe; Zellstoffe; Papier- oder Pappeschnittreste; Lignin; Xylit; Viskose oder Mischungen daraus. Conveniently, the biomass fibers are selected from:
vegetable biomass, in particular wood, extracted fibers, cellulosic and / or lignin-containing substances; recycled biomass; regenerative substances made of man-made fibers; Wood of different types and / or different forms of preparation such as shavings, sawdust, powder, rubbed or defibred; Hemp; sisal; Flax; Bamboo; kenaf; grasses; Straw; Rice husks; bagasse; Cereal straw; Corn on the cob; Coconut hair; Jute; Cotton; Paper and / or waste paper; Cardboard; Hygiene tissue; Pulps; Paper or cardboard scrap residues; Lignin; xylitol; Viscose or mixtures thereof.

Nach einer weiteren Variante der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt des Hinzufügens von weiteren Biomassefasern, ggf. getrockneten Biomassenfasern, nach dem Schritt des Erhitzens, so dass die Mischung thermisch vorbehandelte Biomassefasern und nicht thermisch vorbehandelte, oder lediglich getrocknete, Biomassefasern umfasst, wobei der Anteil der thermisch vorbehandelten Biomassefasern vorzugsweise überwiegt. Somit lassen sich die Vorteile der erfindungsgemäßen thermischen Vorbehandlung kombinieren mit kostengünstigen thermisch unvorbehandelten oder lediglich getrockneten Biomassefasern. According to a further variant of the invention, the method further comprises the step of adding further biomass fibers, possibly dried biomass fibers, after the step of heating so that the mixture comprises thermally pretreated biomass fibers and non-thermally pretreated or merely dried biomass fibers, wherein the Proportion of thermally pretreated biomass fibers preferably predominates. Thus, the advantages of the thermal pretreatment according to the invention can be combined with cost-effective thermally untreated or only dried biomass fibers.

Zweckmäßigerweise ist der wenigstens eine Kunststoff ausgesucht aus:
dem Bereich der Duroplaste, Thermoplaste oder Elastomere, insbesondere aus Polyamide, PA; Polypropylene, PP; Polyethylene, PE und/oder Polysterole, PS. Conveniently, the at least one plastic selected from:
the field of thermosets, thermoplastics or elastomers, in particular polyamides, PA; Polypropylene, PP; Polyethylene, PE and / or polystyrene, PS.

In einer erfindungsgemäßen Variante ist die erste und/oder zweite durchschnittliche Partikelgröße kleiner als 5 mm, vorzugsweise kleiner 3 mm und insbesondere kleiner 1 mm. In a variant according to the invention, the first and / or second average particle size is less than 5 mm, preferably less than 3 mm and in particular less than 1 mm.

Ferner ist nach einer erfindungsgemäßen Variante das durchschnittliche Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Biosmassefasern größer als 2, vorzugsweise größer als 3. Furthermore, according to a variant of the invention, the average ratio of length to diameter of the biomass fibers is greater than 2, preferably greater than 3.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Mischung aus Biomassefaser und wenigstens einem Kunststoff, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. The invention further relates to a mixture of biomass fiber and at least one plastic produced by the process according to the invention.

Ferner betrifft die Erfindung einen Verbundwerkstoff aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff, hergestellt aus einer erfindungsgemäßen Mischung aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff, wobei die Mischung nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Furthermore, the invention relates to a composite material of biomass fibers and at least one plastic, prepared from a mixture according to the invention of biomass fibers and at least one plastic, wherein the mixture was prepared by a method according to the invention.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in FIGS. Show it:

1 eine schematische Ansicht eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Mischung aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff für die Herstellung eines Verbundwerkstoffs, 1 a schematic view of a first method according to the invention for producing a mixture of biomass fibers and at least one plastic for the production of a composite material,

2 eine schematische Ansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens, 2 a schematic view of a second method according to the invention,

3 eine schematische Ansicht eines dritten erfindungsgemäßen Verfahrens, 3 a schematic view of a third method according to the invention,

4 eine schematische Ansicht eines vierten erfindungsgemäßen Verfahrens, 4 a schematic view of a fourth method according to the invention,

5 eine schematische Ansicht eines fünften erfindungsgemäßen Verfahrens, und 5 a schematic view of a fifth method according to the invention, and

6 eine schematische Ansicht eines sechsten erfindungsgemäßen Verfahrens. 6 a schematic view of a sixth method according to the invention.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Mischung aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff für die Herstellung eines Verbundwerkstoffs. In einem ersten Schritt werden Biomassefasern mit einer ersten durchschnittlichen Partikelgröße bereitgestellt 1. Die Biomassefasern sind beispielsweise ausgesucht aus pflanzlicher Biomasse, insbesondere Holz, extrahierten Fasern, zellulose- und/oder ligninhaltigen Stoffen; recycelter Biomasse; regenerativen Substanzen aus künstlich hergestellten Fasern; Holz unterschiedlicher Sorten und/oder unterschiedlicher Aufbereitungsformen wie Spänen, Sägemehl, Pulver, aufgerieben oder zerfasert; Hanf; Sisal; Flachs; Bambus; Kenaf; Gräser; Stroh; Reisspelzen; Bagasse; Getreidestroh; Maiskolben; Kokoshaar; Jute; Baumwolle; Papier und/oder Altpapier; Pappe; Hygienegewebe; Zellstoffe; Papier- oder Pappeschnittreste; Lignin; Xylit; Viskose oder Mischungen daraus. The present invention relates to a method for producing a mixture of biomass fibers and at least one plastic for the production of a composite material. In a first step biomass fibers are provided with a first average particle size 1. The biomass fibers are, for example, selected from vegetable biomass, in particular wood, extracted fibers, cellulosic and / or lignin-containing substances; recycled biomass; regenerative substances from man-made fibers; Wood of different types and / or different forms of preparation such as shavings, sawdust, powder, rubbed or defibred; Hemp; sisal; Flax; Bamboo; kenaf; grasses; Straw; Rice husks; bagasse; Cereal straw; Corn on the cob; Coconut hair; Jute; Cotton; Paper and / or waste paper; Cardboard; Hygiene tissue; Pulps; Paper or cardboard scrap residues; Lignin; xylitol; Viscose or mixtures thereof.

Der Massestrom der Biomassefasern wird einer thermischen Behandlung 2 zugeführt. Während der thermischen Behandlung 2 werden die Biomassefasern auf eine Vorbehandlungstemperatur über einen ersten Zeitraum erhitzt, zur thermischen Vorbehandlung 2 der Biomassefasern. Dabei wird den Biomassefasern Wärme zugeführt 3, wodurch die Biomassefasern auf eine Vorbehandlungstemperatur von kleiner 300°C erhitzt werden, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 150°C und 270°C und insbesondere zwischen 170°C und 230°C. Der erste Zeitraum, über welchen die Biomassefasern erhitzt werden, ist beispielsweise kleiner als 180 Minuten, vorzugsweise kleiner als 90 Minuten und insbesondere kleiner als 5 Minuten. Der erste Zeitraum ist dabei maßgeblich von der durchschnittlichen Partikelgröße der Biomassefasern abhängig. Je größer die durchschnittliche Partikelgröße, desto länger müssen die Biomassefasern thermisch vorbehandelt werden, damit die Flüchtigen möglichst überwiegend freigesetzt werden. The mass flow of biomass fibers becomes a thermal treatment 2 fed. During the thermal treatment 2 For example, the biomass fibers are heated to a pretreatment temperature for a first time period for thermal pretreatment 2 the biomass fibers. In this case, the biomass fibers heat is supplied 3 whereby the biomass fibers are heated to a pretreatment temperature of less than 300 ° C, preferably to a temperature between 150 ° C and 270 ° C and in particular between 170 ° C and 230 ° C. The first period over which the biomass fibers are heated is for example less than 180 minutes, preferably less than 90 minutes and in particular less than 5 minutes. The first period is significantly dependent on the average particle size of the biomass fibers. The larger the average particle size, the longer the biomass fibers must be thermally pretreated so that the fugitives are released as much as possible.

Die erste durchschnittliche Partikelgröße der Biomassefasern ist dabei kleiner als 10 mm, vorzugsweise kleiner 5 mm und insbesondere kleiner 3 mm. Das durchschnittliche Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Biomassefasern ist größer als 2, vorzugsweise größer als 3. The first average particle size of the biomass fibers is less than 10 mm, preferably less than 5 mm and in particular less than 3 mm. The average ratio of length to diameter of the biomass fibers is greater than 2, preferably greater than 3.

Während der thermischen Vorbehandlung 2 der Biomassefasern wird die sich aus der Behandlungstemperatur ergebende maximal mögliche freisetzbare Menge an Flüchtigen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, freigesetzt. Durch die Erhitzung der Biomassefasern auf die Vorbehandlungstemperatur werden Umlagerungs- und Zersetzungsvorgänge in den Biomassefasern ausgelöst, die dazu führen, dass unter anderem zumindest Teile der Biomassefasern hydrophob werden. Derartige hydrophobe Biomassefasern haben während der nachfolgenden Weiterverarbeitung zu einem Verbundwerkstoff aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff deutliche Vorteile gegenüber unbehandelten oder lediglich getrockneten Biomassefasern. Die während der thermischen Vorbehandlung 2 freigesetzten Flüchtigen werden in einem Massestrom freigesetzter Flüchtigen abgeführt 5. During the thermal pretreatment 2 the biomass fibers is released from the treatment temperature resulting maximum possible releasable amount of volatiles at least partially, preferably completely. The heating of the biomass fibers to the pretreatment temperature triggers rearrangement and decomposition processes in the biomass fibers which, among other things, cause at least parts of the biomass fibers to become hydrophobic. Such hydrophobic biomass fibers have significant advantages over untreated or merely dried biomass fibers during the subsequent further processing into a composite of biomass fibers and at least one plastic. The during the thermal pretreatment 2 released fugitives are discharged in a mass flow of released fugitives 5 ,

Während der thermischen Vorbehandlung 2 der Biomassefasern werden diese vorzugsweise vollständig getrocknet. Die freigesetzte Feuchtigkeit wird dabei mit dem Massestrom freigesetzter Flüchtiger abgeführt 5. During the thermal pretreatment 2 the biomass fibers are preferably completely dried. The released moisture is dissipated with the mass flow released volatile 5 ,

In einer bevorzugten Variante der Erfindung findet die thermische Vorbehandlung 2 in einer inerten oder sauerstoffreduzierten Atmosphäre statt. Dazu wird der thermischen Vorbehandlung ein Gas zugeführt 4. Als Inertgas kann beispielsweise Stickstoff verwendet werden, oder Edelgase oder Gase, die unter der Vorbehandlungstemperatur als inert zu betrachten sind, wie z.B. Kohlendioxid. Als Gas mit reduziertem Sauerstoffgehalt bietet sich Luft in Verdünnung mit den zuvor genannten Inertgasen an. Dadurch werden ungewollte Reaktionen zwischen den freigesetzten Flüchtigen und den Bestandteilen der Umgebungsluft, insbesondere mit Sauerstoff, reduziert bzw. vermieden. In a preferred variant of the invention, the thermal pretreatment takes place 2 in an inert or oxygen-reduced atmosphere. For example, nitrogen may be used as the inert gas, or noble gases or gases which are considered to be inert under the pretreatment temperature, such as carbon dioxide. As a gas with a reduced oxygen content, air in dilution with the aforementioned inert gases is suitable. As a result, unwanted reactions between the liberated volatiles and the constituents of the ambient air, in particular with oxygen, reduced or avoided.

Thermisch vorbehandelte Biomassefasern mit einem hydrophoben Verhalten sind für die nachfolgende Weiterverarbeitung vorteilhaft. Beispielsweise werden bei der Weiterverarbeitung zu einem Verbundwerkstoff aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff keine Flüchtigen mehr freigesetzt, welche z.B. während eines nachfolgenden Compoundierprozesses entfernt werden müssten. Thermally pretreated biomass fibers having a hydrophobic behavior are advantageous for subsequent processing. For example, during further processing into a composite of biomass fibers and at least one plastic, no more volatiles are released, e.g. during a subsequent compounding process would have to be removed.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine reproduzierbare Qualität sichergestellt, wobei durch die thermische Vorbehandlung 2 auch eine Vergleichmäßigung der Eigenschaften der Biomasse und des anschließenden Verbundmaterials erzielt wird. Vorteil einer vorangehenden thermischen Behandlung 2 der Biomassefasern ist, dass auch unterschiedliche Biomassen in einer Mischung vorbehandelt werden können. Es können sowohl unterschiedliche Biomassetypen als auch unterschiedliche Feuchtegehalte und unterschiedliche Anlieferungszustände durch die thermische Vorbehandlung 2 gemeinsam behandelt werden, wodurch eine Vergleichmäßigung der Eigenschaften erzielt wird. Dies wiederum begünstigt die anschließende Verarbeitungskonstanz zu einem Compound und ermöglicht gleichzeitig den Einsatz eines breiten Biomassespektrums. Weiterhin werden die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs durch die thermisch vorbehandelten Biomassefasern verbessert, insbesondere durch die verringerte Feuchtigkeitsaufnahme aufgrund der zumindest teilweise hydrophoben Eigenschaften der Biomassefasern. Durch die Freisetzung der Flüchtigen in der vorgelagerten thermischen Vorbehandlung 2 der Biomassefasern wird eine gleichbleibende industrielle Verarbeitbarkeit garantiert, da die Flüchtigen nicht erst in der Weiterverarbeitung der Mischung aus Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff erfolgt. Ferner wird durch die erfindungsgemäße Mischung aus thermisch vorbehandelten Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff die Effizienz der nachfolgenden Weiterverarbeitung zu einem Verbundwerkstoff erhöht, beispielsweise durch kürzere Zykluszeiten beim Spritzguss oder durch schnellere Extrusionsgeschwindigkeiten beim Extrusionsprozess. The inventive method ensures a reproducible quality, with the thermal pretreatment 2 also a homogenization of the properties of the biomass and the subsequent composite material is achieved. Advantage of a previous thermal treatment 2 Biomass fibers is that even different biomasses can be pretreated in a mixture. Different biomass types as well as different moisture contents and different delivery conditions can be obtained by the thermal pretreatment 2 treated together, whereby a homogenization of the properties is achieved. This in turn favors the subsequent processing consistency to a compound while allowing the use of a broad biomass spectrum. Furthermore, the properties of the composite are improved by the thermally pretreated biomass fibers, in particular by the reduced moisture absorption due to the at least partially hydrophobic properties of the biomass fibers. Due to the release of the volatiles in the upstream thermal pretreatment 2 the biomass fibers a constant industrial processability is guaranteed, since the volatiles does not occur only in the further processing of the mixture of biomass fibers and at least one plastic. Furthermore, the efficiency of the subsequent further processing into a composite material is increased by the inventive mixture of thermally pretreated biomass fibers and at least one plastic, for example by shorter cycle times during injection molding or by faster extrusion speeds in the extrusion process.

Die thermisch vorbehandelten Biomassefasern werden in einem Massestrom aus thermisch vorbehandelten Biomassefasern 6 einer Lagerung 7 zugeführt. Die gelagerten thermisch vorbehandelten Biomassefasern werden in einem kontrollierten Massestrom 8 einer Mischeinrichtung 9 zugeführt. Alternativ kann der Massestrom von thermisch vorbehandelten Biomassefasern 6 auch direkt in einem kontrollierten Massestrom 8 einer Mischung 9 zugeführt werden. Dieses bietet den Vorteil, dass noch in den thermisch vorbehandelten Biomassefasern 6 enthaltene Restwärme genutzt und mit in die Mischungeinrichtung 9 eingebracht werden kann. Somit reduziert sich die notwendige Wärmezufuhr für die weiteren Verarbeitungsschritte. The thermally pretreated biomass fibers are in a mass flow of thermally pretreated biomass fibers 6 a storage 7 fed. The stored thermally pretreated biomass fibers are in a controlled mass flow 8th a mixing device 9 fed. Alternatively, the mass flow of thermally pretreated biomass fibers 6 also directly in a controlled mass flow 8th a mixture 9 be supplied. This offers the advantage that even in the thermally pretreated biomass fibers 6 contained residual heat used and with in the mixing device 9 can be introduced. This reduces the necessary heat input for the further processing steps.

Während der Mischung 9 werden die thermisch vorbehandelten Biomassefasern mit wenigstens einem Kunststoff gemischt. Dazu wird dem Mischer 9 ein kontrollierter Massestrom 10 von Kunststoff zugeführt. Der zugeführte wenigstens eine Kunststoff ist partikelförmig oder flüssig, d.h. in einem aufgeweichten, vorgewärmten Zustand. Der wenigstens eine zugeführte Kunststoff ist beispielsweise ausgesucht aus dem Bereich der Duroplaste, Thermoplaste oder Elastomere, insbesondere aus Polyamide, PA; Polypropylene, PP; Polyethylene, PE und/oder Polysterole, PS. During the mix 9 The thermally pretreated biomass fibers are mixed with at least one plastic. This is the mixer 9 a controlled mass flow 10 supplied by plastic. The supplied at least one plastic is particulate or liquid, ie in a softened, preheated state. The at least one supplied plastic, for example, selected from the field of thermosetting plastics, thermoplastics or elastomers, in particular polyamides, PA; Polypropylene, PP; Polyethylene, PE and / or polystyrene, PS.

Während des Mischens 9 der thermisch vorbehandelten Biomassefasern mit dem wenigstens einen Kunststoff kann weiterhin ein Massestrom 11 von einem oder mehreren Additiven zugeführt werden. Additive können beispielsweise die Farbe, die Lichtbeständigkeit, die Wetterbeständigkeit, die Bindung zwischen Biomassefasern und Kunststoff, die Fließfähigkeit der Mischung bei der Verarbeitung, die Feuerfestigkeit und/oder die Fungizität der Mischung oder des daraus aus der Mischung hergestellten Verbundwerkstoffs verändern. Alternativ können Additive auch nach dem Mischen der thermisch vorbehandelten Biomassefasern mit dem wenigstens einem Kunststoff der Mischung aus thermisch vorbehandelten Biomassefasern und dem wenigstens einen Kunststoff zugeführt werden. While mixing 9 The thermally pretreated biomass fibers with the at least one plastic can continue to be a mass flow 11 supplied by one or more additives. For example, additives may alter color, lightfastness, weatherability, biomass fiber / plastic bonding, flowability of the blend in processing, refractoriness, and / or fungicity of the blend or composite made therefrom. Alternatively, additives may also be supplied after mixing the thermally pretreated biomass fibers with the at least one plastic of the mixture of thermally pretreated biomass fibers and the at least one plastic.

Nach dem Mischen 9 der thermisch vorbehandelten Biomassefasern mit dem wenigstens einem Kunststoff und ggf. mit den zugefügten Additiven wird die Mischung aus thermisch vorbehandelten Biomassefasern und dem wenigstens einen Kunststoff einer Weiterverarbeitung zu einem Verbundwerkstoff in einem Massestrom 12 aus thermisch vorbehandelten Biomassefasern und wenigstens einem Kunststoff zugeführt. After mixing 9 the thermally pretreated biomass fibers with the at least one plastic and optionally with the added additives is the mixture of thermally pretreated biomass fibers and the at least one plastic further processing to a composite material in a mass flow 12 supplied from thermally pretreated biomass fibers and at least one plastic.

Die schematische Ansicht des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens aus 2 unterscheidet sich von dem Verfahren aus 1 dadurch, dass Massestrom 1 von Biomassefasern mit einer ersten durchschnittlichen Partikelgröße zunächst einer Zerkleinerung 14 zugeführt wird. Während der Zerkleinerung 14 werden die Biomassefasern auf eine zweite durchschnittliche Partikelgröße verkleinert. Nachfolgend wird der Massestrom 13 von Biomassefasern mit einer zweiten durchschnittlichen Partikelgröße der thermischen Vorbehandlung 2 zugeführt. Alternativ kann die Zerkleinerung 14 auch nach der thermischen Vorbehandlung 2 durchgeführt werden. The schematic view of the second method according to the invention 2 differs from the procedure 1 in that mass flow 1 of biomass fibers having a first average particle size, first of crushing 14 is supplied. During comminution 14 The biomass fibers are reduced to a second average particle size. The following is the mass flow 13 of biomass fibers having a second average particle size of the thermal pretreatment 2 fed. Alternatively, the crushing 14 even after the thermal pretreatment 2 be performed.

Eine Zerkleinerung 14 ist notwendig, wenn die bereitgestellten Biomassefasern mit einer ersten durchschnittlichen Partikelgröße nicht die durch die Weiterverarbeitung vorgegebenen Erfordernisse erfüllen. A shredding 14 is necessary if the provided biomass fibers having a first average particle size do not meet the requirements imposed by further processing.

Das dritte erfindungsgemäße Verfahren aus 3 unterscheidet sich von dem Verfahren aus 2 dadurch, dass vor der thermischen Vorbehandlung 2 eine Trocknung 15 der Biomassefasern durchgeführt wird. Vorzugsweise wird diese Trocknung 15 apparativ getrennt von der nachfolgenden thermischen Vorbehandlung 2 durchgeführt. Während der Trocknung 15 wird den Biomassefasern ebenfalls Wärme zugeführt 3. Falls die Trocknung 15 in einer inerten oder sauerstoffreduzierten Atmosphäre durchgeführt werden soll, wird der Trocknung 15 weiterhin ein Inertgas zugeführt 4. Da die Trocknung auf einem niedrigeren Temperaturniveau abläuft als die thermische Behandlung, besteht die Möglichkeit die Trocknung auch unter nicht inerten Bedingungen durchzuführen, also die Gaszufuhr 4 mit Luft durchzuführen. Die während der Trocknung freigesetzte Feuchtigkeit wird in einem Massestrom 5 abgeführt. Die vorgetrockneten Biomassefasern werden der thermischen Vorbehandlung 2 in einem Massestrom 16 aus getrockneten Biomassefasern zugeführt. Die Trocknung 15 unterscheidet sich von der thermischen Vorbehandlung dadurch, dass keine Flüchtigen freigesetzt werden. The third method according to the invention 3 differs from the procedure 2 in that before the thermal pretreatment 2 a drying 15 the biomass fibers is performed. Preferably, this drying 15 separated by equipment from the subsequent thermal pretreatment 2 carried out. During drying 15 Heat is also supplied to the biomass fibers 3 , If the drying 15 is to be carried out in an inert or oxygen-reduced atmosphere, the drying is 15 furthermore fed an inert gas 4 , Since the drying takes place at a lower temperature level than the thermal treatment, it is possible to carry out the drying under non-inert conditions, ie the gas supply 4 to carry out with air. The moisture released during drying is in a mass flow 5 dissipated. The pre-dried biomass fibers are subjected to thermal pretreatment 2 in a mass flow 16 fed from dried biomass fibers. The drying 15 differs from the thermal pretreatment in that no volatiles are released.

Das in 4 dargestellte vierte erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem Verfahren aus 3 durch eine zusätzliche Zerkleinerung 14 zwischen der Trocknung 15 und der thermischen Vorbehandlung 2. Nach der zusätzlichen Zerkleinerung 14 wird der thermischen Vorbehandlung 2 ein Massestrom 17 von getrockneten Biomassefasern mit einer dritten durchschnittlichen Partikelgröße zugeführt. Eine zusätzliche Zerkleinerung 14 ist notwendig, wenn die getrockneten Biomassefasern mit einer zweiten durchschnittlichen Partikelgröße nicht die durch die Weiterverarbeitung vorgegebenen Erfordernisse erfüllen. This in 4 The fourth method according to the invention differs from the method 3 by an additional crushing 14 between the drying 15 and the thermal pretreatment 2 , After the additional crushing 14 becomes the thermal pretreatment 2 a mass flow 17 of dried biomass fibers having a third average particle size. An additional shredding 14 is necessary if the dried biomass fibers having a second average particle size do not meet the requirements imposed by further processing.

Gemäß dem fünften erfindungsgemäßen Verfahren aus 5 werden während der thermischen Vorbehandlung 2 in einem Massestrom 5 freigesetzten Flüchtigen einer Nachverbrennung 18 unterzogen. Dazu werden der Nachverbrennung 18 Luft 19 und ein Brennstoff 20 zugeführt. Das aus der Nachverbrennung 18 resultierende Gas kann während der Trocknung und/oder thermischen Vorbehandlung 2 als Inertgas bzw. Gas mit reduziertem Sauerstoffgehalt zugeführt 4 werden. Die Nachverbrennung 18 ist in 5 beispielhaft anhand des Verfahrens aus 3 dargestellt, ist jedoch auch mit den anderen dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren kombinierbar. According to the fifth method of the invention 5 be during the thermal pretreatment 2 in a mass flow 5 released fugitives of an afterburner 18 subjected. These are the afterburning 18 air 19 and a fuel 20 fed. That from the afterburning 18 Resulting gas may be during drying and / or thermal pretreatment 2 fed as inert gas or gas with reduced oxygen content 4 become. The afterburning 18 is in 5 exemplified by the method 3 however, it can also be combined with the other inventive methods illustrated.

Nach dem sechsten erfindungsgemäßen Verfahren aus 6 wird der Massestrom 10 des Kunststoffs einer Trocknung 15 unterzogen. Während der Trocknung 15 wird der Kunststoff vorgeheizt, was für eine spätere Weiterverarbeitung vorteilhaft ist, da dabei weniger Energie notwendig ist um den Kunststoff auf die Verarbeitungstemperatur zu erhitzen. Der getrocknete Kunststoff wird dem Mischer 9 in einem kontrollierten Massestrom 21 von getrocknetem Kunststoff zugeführt. Die für die Trocknung 15 des Kunststoffs notwendige Wärme kann durch die Abwärme aus der thermischen Vorbehandlung 2 gewonnen werden, wie in 6 dargestellt, oder separat bereitgestellt werden. Selbiges gilt für ein eventuell zugeführtes 4 Inertgas. Die Trocknung 15 des Kunststoffs ist in 6 beispielhaft anhand des Verfahrens aus 1 dargestellt, ist jedoch ebenfalls mit den anderen dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren kombinierbar. From the sixth inventive method 6 becomes the mass flow 10 the plastic of a drying 15 subjected. During drying 15 the plastic is preheated, which is advantageous for subsequent processing, since it requires less energy to the Plastic to heat to the processing temperature. The dried plastic becomes the mixer 9 in a controlled mass flow 21 supplied by dried plastic. The for drying 15 The heat required by the plastic can be due to the waste heat from the thermal pre-treatment 2 be won, as in 6 shown or provided separately. The same applies to a possibly supplied 4 Inert gas. The drying 15 the plastic is in 6 exemplified by the method 1 however, it can also be combined with the other inventive methods illustrated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Massestrom Biomassefasern mit erster durchschnittlicher Partikelgröße Mass flow Biomass fibers with first average particle size
22: Thermische Vorbehandlung Thermal pretreatment
33: Wärmezufuhr heat
44: Gaszufuhr gas supply
55: Freigesetzter Massestrom (Flüchtige, Feuchtigkeit) Released mass flow (volatile, moisture)
66: Massestrom thermisch behandelter Biomassefasern Mass flow of thermally treated biomass fibers
77: Lagerung storage
88th: Dosierter Massestrom thermisch vorbehandelter Biomassefasern Metered mass flow of thermally pretreated biomass fibers
99: Mischer mixer
1010: Massestrom Kunststoff Mass flow plastic
1111: Massestrom Additive Mass flow additives
1212: Massestrom Biomassefasern/Kunststoff-Mischung Mass flow biomass fibers / plastic mixture
1313: Massestrom Biomassefasern mit zweiter durchschnittlicher Partikelgröße Mass flow Biomass fibers with second average particle size
1414: Zerkleinerung crushing
1515: Trocknung desiccation
1616: Massestrom getrocknete Biomassefasern Mass flow of dried biomass fibers
1717: Massestrom Biomassefasern mit dritter durchschnittlicher Partikelgröße Mass flow Biomass fibers with third average particle size
1818: Nachverbrennung Flüchtige Afterburning fugitives
1919: Luft air
2020: Brennstoff fuel
2121: Massestrom getrockneter Kunststoff Mass flow of dried plastic

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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DE 102007054549 A1 [0011]
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DE 20301587 U1 [0013]
DE 102005029685 A1 [0014]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Koukious, EC; Mavrokoukoulakis, J .; Abatzoglou, N: Energy densification of biomass, in 1st National Conference on soft energy forms, Thessaloniki, 1982 [0019]

Claims

A method for producing a mixture of biomass fibers and at least one plastic for the production of a composite, comprising the steps of: providing biomass fibers having a first average particle size ( 1 ), Heating the biomass fibers to a pre-treatment temperature ( 2 ) over a first period of time for the thermal pretreatment of the biomass fibers, providing the at least one plastic ( 10 ), Mixing the thermally pretreated biomass fibers with the at least one plastic ( 9 ), wherein during the heating of the biomass fibers ( 2 ) the maximum possible releasable amount of volatiles resulting from the treatment temperature is at least partially, preferably completely, released.

The method of claim 1, wherein the at least one plastic is particulate or liquid.

The method of claim 1 or claim 2, further comprising the step of crushing ( 14 ) of the biomass fibers to a second average particle size, wherein the step of comminuting ( 14 ) before and / or after the thermal pretreatment ( 2 ) of the biomass fibers can take place.

Method according to one of claims 1 to 3, further comprising the step of adding at least one additive ( 11 ) to the mixture of thermally pretreated biomass fibers and at least one plastic ( 12 ), wherein the step of adding ( 11 ) during or after the mixing step ( 9 ).

The method of claim 4, wherein said at least one added additive ( 11 ) the color, the lightfastness, the weatherability, the bond between biomass fibers and plastic, the flowability of the mixture in the processing, the refractoriness and / or the fungicity of the mixture or of the composite produced therefrom from the mixture.

Method according to one of claims 1 to 5, wherein the pretreatment temperature during the heating ( 2 ) is less than 300 ° C, preferably between 150 ° C and 270 ° C and especially between 170 ° C and 230 ° C.

Method according to one of claims 1 to 6, wherein the first period is less than 180 minutes, preferably smaller 90 Minutes and in particular less than 5 minutes.

Method according to one of claims 1 to 7, wherein during heating ( 2 ) the biomass fibers are completely dried.

Method according to one of claims 1 to 8, wherein the drying ( 15 ) and the at least partially, preferably completely, release of the first volatiles takes place in separate process steps.

Process according to claim 9, wherein the drying ( 15 ) and the at least partially, preferably complete, liberation of the volatiles are carried out in separate apparatus.

Method according to one of claims 1 to 10, wherein the heating ( 2 ), in particular the at least partial, preferably complete, release of the first volatiles, is carried out in an inert or oxygen-reduced atmosphere.

Method according to one of claims 1 to 11, wherein the biomass fibers are selected from: vegetable biomass, in particular wood, extracted fibers, cellulosic and / or lignin-containing substances; recycled biomass; regenerative substances from man-made fibers; Wood of different types and / or different forms of preparation such as shavings, sawdust, powder, rubbed or defibred; Hemp; sisal; Flax; Bamboo; kenaf; grasses; Straw; Rice husks; bagasse; Cereal straw; Corn on the cob; Coconut hair; Jute; Cotton; Paper and / or waste paper; Cardboard; Hygiene tissue; Pulps; Paper or cardboard scrap residues; Lignin; xylitol; Viscose; Nerolyt or mixtures thereof.

The method of any one of claims 1 to 12, further comprising the step of adding further biomass fibers after the heating step such that the mixture comprises thermally pretreated biomass fibers and non-thermally pretreated biomass fibers, wherein the proportion of thermally pretreated biomass fibers preferably predominates.

Method according to one of claims 1 to 13, wherein the at least one plastic is selected from: the field of thermosets, thermoplastics or elastomers, in particular polyamides, PA; Polypropylene, PP; Polyethylene, PE and / or polystyrene, PS.

Method according to one of claims 1 to 14, wherein the first and / or second average particle size is less than 10 mm, preferably less than 5 mm and in particular less than 3 mm.

Method according to one of claims 1 to 15, wherein the average ratio of length to diameter of the biomass fibers is greater than 2, preferably greater than 3.

Mixture of biomass fibers and at least one plastic, produced by the process according to one of claims 1 to 16.

Composite of biomass fibers and at least one plastic produced from the mixture according to claim 17.