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Verfahren zur Herstellung von lockerem Cellulosematerial aus faserbündelhaltigen
Pflanzen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von lockerem Cellulosefasermaterial
aus durch Entrinden von Pflanzen erhaltenen Faserbündeln.
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Es ist z. B. bei der Papierherstellung bekannt, pflanzliche Cellulosefasern
einer chemischen Behandlung zu unterwerfen, welche die Bindung zwischen den einzelnen
Fasern (Mikrofasern) jedes Faserbündels (Makrofasern) völlig löst. In diesem Fall
wird die chemische Behandlung so lange durchgeführt, bis die Makrofasern völlig
in Mikrofasern übergeführt worden sind. Aus der Textilindustrie ist es bekannt,
pflanzliche Cellulosefasern z. B. zum Verspinnen aufzuarbeiten, indem man sie einer
chemischen Behandlung aussetzt, die unterbrochen wird, bevor die Makrofasern durch
Schwächen der Bindung zwischen den Mikrofasern auch nur teilweise zerstört werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
lockerem Cellulosefasermaterial aus faserbündelhaltigen Pflanzen, wobei die Faserbündel,
die aus zahlreichen aneinanderhaftenden Fasern bestehen, zuerst einer chemischen
Behandlung und dann einer mechanischen Behandlung unterworfen werden. Erfindungsgemäß
wird nun die gegenseitige Bindung zwischen den Fasern der Faserbündel durch die
chemische Behandlung gelockert, ohne jedoch die Faserbündel völlig in einzelnen
Fasern aufzuteilen und durch eine nachfolgende mechanische Behandlung werden die
geraden Faserbündel gekräuselt und die noch vorhandenen Faserbündel ganz oder teilweise
in Faserbündel aufgeteilt, die nur noch aus weniger Fasern als die mechanisch noch
nicht behandelten Bündel bestehen.
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Gegenüber den bekannten Verfahren wird also bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren die chemische Behandlung früher unterbrochen, als dies bei der Herstellung
von Fasermaterial zur Papierherstellung üblich ist, und später, als dies gewöhnlich
bei der Behandlung von Fasern zum Verspinnen der Fall ist.
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Die chemische Behandlung kann auch ein Bleich-und/oder Färbverfahren
einschließen. Die chemische Behandlung soll vorzugsweise das Gewicht der behandelten
Faserbündel auf 60 bis 95%. gegenüber dem Gewicht vor der Behandlung herabsetzen.
Die mechanische Bearbeitung kann aus einer Aufteilung oder mechanischen Auflockerung
in einer Schlag-oder Hammermühle nach bekannter Weise bestehen, in der Art, daß
die Faserbündel durch Öffnungen in einer perforierten Platte durch die Einwirkung
von Hämmern und eines Luftstromes geschlagen werden.
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Die Cellulosefaserbünd'el, aus denen die neuen Stoffe -hergestellt
werden, sind vorzugsweise harte Faserbündel, wie Manilahanf, Henequen (Agave fourocoydes)
oder insbesondere Sisal.
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Es eignen sich jedoch auch die cellulosefaserhaltigen Teile wie Blätter
oder Stengel anderer Pflanzen; wie Flachs, Hanf, Kokosnußschalen (Cocos Nucifora),
Jute, Kenaf (Hibiscus Cannabinus), Ramie (Boehmeria tenecissima) oder Sonnenhanf
(Crotalaria Juncea).
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Die ausgewählten Cellulosefaserbündel werden zweckmäßigerweise zuerst
auf eine für die Durchführung des Verfahrens bzw. eine für das Endprodukt geeignete
Länge geschnitten.
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Die Cellulosefaserbündel können vor der chemischen Behandlung einer
Kämm- bzw. Hechel- und/ oder Schlagbehandlung unterzogen werden, wodurch wenigstens
ein Teil der Faserbündel der Länge nach aufgespalten und die anschließende chemische
Behandlung erleichtert wird. Beispielsweise können die Fasern einer Aufrauhmaschine
zugeführt werden, in der sie über den Umfang eines mit Spitzen versehenen Zylinders
von verhältnismäßig großem Durchmesser an einem oder mehreren kleineren, mit Spitzen
versehenen Zylindern vorbeigeführt werden, deren Spitzen mit denen des größeren
Zylinders ineinanderwirken,
so daß die Faserbündel zerrissen, ausgerichtet
und durch die ineinandergreifenden Spitzen der Länge nach gespalten werden.
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Die geschnittenen; vorbehandelten Faserbündel werden dann einer chemischen
Behandlung unterworfen, die so lange fortgesetzt wird, daß die Bindung zwischen
den Fasern jedes Faserbündels gelockert, aber die Faserbündel noch nicht in einzelne
Fasern aufgeteilt werden. Eine derartige Behandlung kann z. B. durch an sich bekannte
Bleichverfahren erfolgen. Den Ablauf der chemischen Reaktion kann. man in der Praxis
dadurch verfolgen, daß man ein Faserbündel mit der Hand bricht. Wenn die chemische
Behandlung noch nicht genügend fortgeschritten ist, ist die Faser noch brüchig und
bricht ohne Ausfransen oder Splittern der Fasern vom Faserbündel glatt ab. Ist das
Verfahren jedoch weit genug: fortgeschritten, wird sich beim Brechen das Faserbündel
der Länge nach aufspalten, wobei die gebrochenen Enden ausgefranst sind. Wenn die
chemische Behandlung zu lange gedauert hat, zerfallen die Faserbündel völlig in
die einzelnen Fasern, wobei sich eine weiche, flockige, verhedderte Masse von der
Konsistenz der Baumwolle bildet.
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Eine weitere Wirkung der chemischen Behandlung besteht darin, daß
verschiedene unerwünschte Bestandteile der Faserbündel, z. B. Fremdstoffe, Lignin,
Pectin, Pentosane, Fette und Wachse, entfernt werden. Ein anderes Anzeichen dafür,
daß die chemische Behandlung bis zu dem gewünschten Ausmaß fortgeschritten ist,
kann durch Messen des Gewichtsverlustes der Faserbündel erhalten werden. Bei dem
vorzugsweise ausgeführten Verfahren beträgt das Gewicht der chemisch behandelten
Faserbündel zwischen 60 und 9511/o ihres ursprünglichen Gewichtes. Diese Werte hängen
stark von der Qualität des Rohmaterials ab.
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Die chemische Behandlung führt auch, sofern es sich um eine Bleichung
handelt, zu einer Aufhellung der Farbe der Faserbündel, wodurch das Aussehen des
fertigen Materials verbessert wird. Die Aufhellung kann noch unterstützt werden,
wenn man eine Bleichflüssigkeit verwendet, die einen optischen Aufheller enthält,
der auf die Faserbündel niedergeschlagen wird und der sich beim Auffallen von Licht
durch Leuchtkraft auszeichnet, wodurch die scheinbare Helligkeit der Faserbündel
verstärkt wird. Eine optische Bleiche hat noch den Vorteil, daß die gebleichten
Faserbündel eine geringere Neigung zum Gelbwerden beim Altern zu haben scheinen.
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Die im folgenden beschriebene chemische Behandlung ist für bessere
Qualitäten von handelsüblichem Sisal geeignet. Dieser Sisal hat eine durchschnittliche
Faserlänge von ungefähr 0,6 bis 1,2 m und ist vor der chemischen Behandlung maschinell
oder von der Sonne getrocknet worden.
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a) Kochen der Faserbündel in einer schwachen Lösung von Ätznatron.
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b) Bleichen der Faserbündel durch Kochen in einer angesäuerten Natriumchloritlösung.
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Die nassen Faserbündel läßt man an der Luft trocknen, jedoch wird
ein dichteres Produkt erhalten, wenn man das Trocknen z. B. in einer Trockenmaschine
vornimmt.
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Die chemische Behandlung kann in ihrer Intensität z. B. durch Regelung
der Temperatur; des Drucks oder der Konzentration der verwendeten Lösungen gesteuert
werden. Wenn die Faserbündel vor der chemischen Behandlung nicht geschnitten wurden,
kann dies vor der mechanischen Bearbeitung, die sich der chemischen Behandlung anschließt,
nachgeholt werden. Bei dem obenerwähnten Sisal beträgt die Faserlänge normalerweise
etwa 0,93 m, und die Faserbündel werden deshalb in Längen von 7,6 bis 15,2 cm geschnitten.
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Zweck der mechanischen Bearbeitung ist es, die Faserbündel der Länge
nach aufzuspalten, die geraden Fasern zu kräuseln und die Faserbündel ganz oder
teilweise in Bündel aufzuteilen, die aus weniger Einzelfasern als die noch nicht
mechanisch behandelten Faserbündel bestehen. Durch diese Behandlung entsteht eine
Masse von gekräuselten, ineinandergreifenden Faserbündeln, die eine große Elastizität
hat und für manche Zwecke, z. B. als Füllmaterial, als Luftfilter- oder Tabakrauchfiltermaterial,
direkt verwendet werden kann. Das Kräuseln der Faserbündel während der mechanischen
Bearbeitung dürfte wegen der plötzlichen Aufhebung der Bindungskräfte während der
Behandlung zustande kommen..
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Bei einem besonders wirksamen mechanischen Verfahren führt man die
getrockneten, chemisch behandelten Faserbündel einer Vorrichtung zu, in der sie
gespalten, gekräuselt, durch die Wirkung von rotierenden Hämmern gekürzt, danach
in einen Luftstrom eingeführt und durch die Wirkung dieses Luftstroms durch Öffnungen
einer perforierten Platte gezwängt werden. Die Steuerung der Intensität der mechanischen
Bearbeitung kann durch Änderung des Volumens und Geschwindigkeit der Luft, der Größe
der Öffnungen in der Platte, der Größe und Umlaufgeschwindigkeit der Hämmer und
der der Vorrichtung zugeführten Menge an Faserbündeln erfolgen. Beispielsweise können
bei Faserbündeln bis zu 7,6 cm Länge die Öffnungen 6,35 mm Durchmesser und bei Fasern
von 15,2 cm Länge die Öffnungen 9;53 mm Durchmesser besitzen.
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Bei der mechanischen Bearbeitung wird gewöhnlich ein Teil, 5 bis 15
Gewichtsprozent, des Fasermaterials als Staub anfallen. Er kann z. B. durch Sieben
entfernt werden, wodurch ein Verlust von 5 bis 20 Gewichtsprozent des Materials
eintreten kann.
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Häufig ist es ratsam, die chemisch behandelten Faserbündel vor der
mechanischen Bearbeitung einer Kämm- bzw. Hechel- und/oder Schlagbehandlung zu unterziehen,
um zu erreichen, daß die Faserbündel sich teilweise der Länge nach aufspalten. Dadurch
wird bei der mechanischen Bearbeitung das weitere Aufspalten erleichtert. Diese
Kämm- und/oder Schlagbehandlung kann in einer Aufrauhmaschine bewirkt werden, in
der die Fasern über den Umfang eines mit Nadeln versehenen Zylinders von verhältnismäßig
großem Durchmesser an einem oder mehreren kleineren, mit Nadeln versehenen Zylindern
vorbeigeführt werden, deren Nadeln mit denen des größeren Zylinders ineinanderwirken.
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Bei einer chemischen und mechanischen Bearbeitung von Sisalfaserbündeln
wurden durch mikroskopische Untersuchungen die Veränderungen der Faserbündel vor
und nach der Behandlung verfolgt. Ein Bündel bestand durchschnittlich aus etwa 350
Fasern am Ende des Bündels, die Zähl der Fasern am Kopf des Bündels betrug etwa
vierzig. Nach der erfindungsgemäßen Behandlung hatte das Material eine durchschnittliche
Länge von etwa 1 cm und bestand hauptsächlich aus Bündel mit etwa zwölf Fasern.
Bei den angegebenen Werten handelt es sich um Durchschnittswerte,
die
bei einzelnen Faserbündeln stark abweichen können. Die Luftporosität des entstandenen
Materials wurde dadurch gemessen, daß man verschiedene 11/2--proben in einen Behälter
von 4,9 cm-' Innenvolumen einschloß und 21/21 Luft je Minute durch den Behälter
leitete. Die Weglänge der Luft in dem Material betrug 6 mm, und der Druckabfall
zwischen den Enden des Weges betrug etwa 5 bis 7 cm Wassersäule. Beispiel Das Rohmaterial
bestand aus geradfaserigem, in Ballen gepreßtem Sisal, der maschinell getrocknet
und in Längen von 150 mm geschnitten wurde. Das Produkt wurde anschließend zur Auflockerung
durch eine Maschine geführt, die aus einer von einem Motor angetriebenen Spirale
mit steifen Drahtschlägeln besteht, die in einer hohlen Trommel rotieren. Danach
wurden verfilzte Fasern in einer siedenden Lösung von Natriumsulfoxylat gebleicht,
wobei sie ständig in Bewegung gehalten wurden. Anschließend wurden die Fasern mehrmals
mit gewöhnlichem Wasser und schließlich mit Wasser unter Zugabe von 0,005 Gewichtsprozent
eines optischen Bleichmittels je Volumeinheit gewaschen.
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Die Sisalfasern wurden dann in einem Strom warmer Luft getrocknet,
bis der Feuchtigkeitsgehalt der Fasern auf 811/o vermindert war, das ist der Gleichgewichtswert
bei normaler Raumfeuchtigkeit.
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Auf diese Verfahrensstufe folgte ein Mahlprozeß, der in einer Hammermühle
mit einem Innendurchmesser von 25,4 cm durchgeführt wurde. Die Mühle machte 4000
Umdrehungen je Minute. Das Produkt wurde durch ein Zentrifugalgebläse abgezogen
und durch ein Sieb gestoßen, dessen Löcher einen Durchmesser von 0.95 cm aufwiesen.
Das gemahlene Material wurde dann einem Zyklon zugeführt, in dem der Staub von den
Fasern weitgehend abgetrennt wird. Der Verlust durch Staub in der Mahlstufe betrug
Das gemahlene Material wurde dann einer Maschine zugeführt, in der es mittels aufgerauhter
Walzen gehechelt und gleichmäßig verteilt und von dort in einer konstanten Menge
von etwa 500 g je Minute einem sich bewegenden Band zugeführt wurde, welches gleichmäßig
mit einer Stärke von 2,54 bis 15,24 cm je nach der Geschwindigkeit der Zufuhrwalze
und des aufnehmenden Bandes bedeckt werden kann.
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Ein Teil des erhaltenen Sisalvlieses wurde in mehreren Schichten aufeinandergelegt
und das entstandene weiche Kissen durch ein Walzenpaar von 10 cm Durchmesser mit
einstellbarem Druck geführt. Das erhaltene, zusammengepreßte Material kann in beliebige
Formen und Größen geschnitten werden.
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Ein anderer Teil der Sisalmatte wurde über eine Reihe von rauhen Walzen
geleitet, die sich mit 2000 Umdrehungen je Minute bewegten. Dadurch wurden die einzelnen
Fasern gelockert und die Matte in einem aufgeweiteten Zustand auf einem weiteren
Förderband der gleichen Breite wie das Zufuhrförderband abgelegt, wo sie in Stücke
gnschnitten und von dem Förderband in den erforderlichen Längen entfernt wurde.
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Anwendungsmöglichkeiten für die erfindungsgemäß behandelten Fasern
ergeben sich z. B. bei der Wärme-und/oder Schallisolation, bei der Herstellung von
Matratzen, Unterlegfilzen oder als Polstermaterial, ferner beim Beschichten bzw.
Kaschieren von Folien, Bahnen u. dgl. sowie unter Verwendung von Kunststoffen bei
der Herstellung von Form- und Preßkörpern.