DE19528773A1

DE19528773A1 - Aus Cellulose geschäumtes wärmedämmendes Füllmaterial und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19528773A1
Application number: DE19528773A
Authority: DE
Inventors: Bang-Uk Hur; Yoo-Byung Bark
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-08-04
Publication date: 1997-02-20
Also published as: GB9515491D0; GB2303630A; FR2737738A1; FR2737738B1

Description

Die Erfindung betrifft ein aus geschäumter Cellulose hergestelltes wärmedämmendes Füllmaterial und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Bei der Verpackung von Waren ist ein Füllmaterial ein wichtiges Hilfsmittel, um während des Transportes und der Aufbewahrung der Waren deren Beschädigung und deren Verfor mung zu verhindern. Ein Füllmaterial sollte über Elastizi tät oder die Eigenschaft der Absorption von Stößen verfü gen.

Als ein Füllmaterial werden für gewöhnlich aufgeschäum te Kunststoffmaterialien verwendet. Diese schließen zum Beispiel die durch Schäumen von herkömmlichen Kunststoffen wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Ethylenvinyl essigsäure-Copolymer (EVA), Polystyrol (PS), denaturiertes EVA, Weich-PVC, Phenoxyharz und Butadienharz erhaltenen Kunststoffmaterialien oder die durch die Verwendung von elastischen Materialien selbst oder durch Schäumen von elastischen Materialien wie Naturkautschuk, Kautschuk des SBR-Systems, thermoplastischem Kautschuk des Styrol-Buta dien-Systems, Butadienkautschuk (BR), Isoprenkautschuk (IR), Ethylen-Propylen-Mehrpolymerkautschuk (EMP), Poly chloroprenkautschuk (CR), Butylkautschuk (IIR), Urethan kautschuk, Siliconkautschuk, multifunktionellem Kautschuk, Acrylkautschuk, chlorsulfoniertem Styrolkautschuk, chloriertem Polyethylenkautschuk, Epichlorhydrinkautschuk, Propylenoxidkautschuk, Ethylen-Vinyl-Essigsäurekautschuk, thermoplastischem Kautschuk erhaltene Füllmaterialien ein. Darunter wird oft der preisgünstige Polyethylenschaum und Polystyrolschaum verwendet.

Obwohl gerade diese Kunststoffmaterialien oder Kautschukmaterialien als Füllmaterialien hervorragende Eigenschaften besitzen, ist die Verwendung von natürlichem oder synthetischem Kautschuk in einem entwickelten Land verboten, da sie in der Natur nicht verrotten, bei ihrer Verbrennung giftige Gase erzeugt werden und sie somit eine Verschmutzung der Umwelt verursachen. Darüber hinaus soll im Rahmen des strengen Umweltschutzes in naher Zukunft deren Verwendung auf der ganzen Welt verboten werden.

Im Hinblick auf die Lösung dieser Probleme werden auch Faserbreie bzw. Pulpen oder Cellulosematerialien durch Direktformen zu einem Füllmaterial umgeformt. Diese Füll materialien waren jedoch in der Anwendung eingeschränkt, da ihre Absorptionsfähigkeit gering ist, so daß sie ihrer Auf gabe als Füllmaterialien nicht gerecht werden können.

Folgende Patente beziehen sich auf aus diesen Cellulosematerialien hergestellte Füllmaterialien:
US-Patent 5, 230, 943 offenbart ein rieselfähiges, stapelbares Verpackungsmaterial, welches aus formgepreßtem Faserbrei unter Ausbildung von nicht-planaren, tellerartigen Formen hergestellt wird.

US-Patent 4, 937, 131 offenbart ein flexibles, stapelbares Polstermaterial, welches durch ein Verarbei tungsverfahrens aus einem blattartigen Ausgangsmaterial wie biologisch abbaubares Papier hergestellt werden kann.

US-Patent 5, 312, 665 offenbart ein locker einfüllbares Verpackungsmaterial, welches eine Vielzahl an einzelnen Verpackungselementen umfaßt. Jedes Verpackungselement umfaßt mindestens zwei Papierringe, welche über ihre Außenoberflächen miteinander verbunden sind.

US-Patent 5, 308, 677 offenbart ein Verpackungs füllmaterial, welches eine flache Basis mit bogenförmigem oder geometrisch geformtem Querschnitt umfaßt, bei der sich aus einer Seite längere Ausbuchtungen mit einer zu der darunterliegenden Basis inverser Bogenform oder Gestalt erstrecken, von denen jede ein Ausschnitt oder ein Schlitz ist.

US-Patent 5, 173, 352 offenbart ein elastisches Verpackungsmaterial, welches aus einer Vielzahl von schma len, länglichen Streifen aus Papiermaterial hergestellt ist, wobei das Papiermaterial eine natürliche Elastizität besitzt, und jeder dieser Streifen eine Vielzahl an schräg zur natürlichen Elastizität verlaufenden Faltungen einschließt, wodurch ein in Längsrichtung komprimiertes Streifenelement entsteht.

US-Patent 5, 151, 312 offenbart ein leichtgewichtiges, nicht verschachtelbares Verpackungsmaterial in der Form von Erdnüssen, welches aus wiederverwertetem Zeitungspapier zu einer Hohlraumform mit dünnwandiger Schale formgepreßt ist, vorzugsweise von schalenförmiger Gestalt mit Verstärkungselementen, Öffnungen und im Innern ausgebilde ten, doppelten Trennwänden.

US-Patent 5, 213, 867 offenbart ein tetraederförmiges, lose einfüllbares, aus Papier hergestelltes Verpackungs material.

US-Patent 4, 566, 831 offenbart eine stoßabsorbierende, stapelbare Vorrichtung aus einer vesiegelten Außen umhüllung, welche einen Füllstoff aus teilchenförmigem Holzmaterial mit verringertem Feuchtigkeitsgehalt enthält.

US-Patent 4, 109, 040 offenbart ein stapelbares Polsterprodukt, welches durch ein relativ kompaktes Verfah ren unter Verwendung einer Rolle eines blattförmigen Ausgangsmaterials wie Papier herstellbar ist.

Bis jetzt wurde jedoch noch kein Füllmaterial mit stoßabsorbierender und wärmeisolierender Wirkung, welches durch Schäumen von Cellulosematerialien wie Faserbrei oder Altpapier hergestellt wird, entwickelt.

Nach Durchführung langwieriger Forschungen, haben die Erfinder erkannt daß, wenn Cellulosematerial mit gängigen Schaumbildnern und gängigen wasserlöslichen Klebstoffen naßgeschäumt und danach getrocknet wird, das Volumen des Cellulosematerials zwischen 20% und 500% aufgeschäumt wird, und das auf diese Weise geschäumte Cellulosematerial als Füllmaterial sehr brauchbar ist, da sein Stoßabsorp tionsvermögen sehr hoch ist, und der wärmedämmende Effekt aufgrund der vielen, im Inneren gebildeten Poren äußerst hervorragend ist.

Des weiteren verrottet das wärmedämmende Füllmaterial, welches das auf diese Weise hergestellte Cellulosematerial verwendet, in der Natur schneller als das herkömmliche Cellulosematerial, da im Inneren viele Poren gebildet werden. Somit erzeugt es kein Umweltverschmutzungsproblem, kann durch die Wiederverwendung der Abfallrohstoffe der Umweltverschmutzung vorbeugen, ist für ein ökologisch orientiertes Recyclingsystem geeignet und kann deshalb in weiten Bereichen als ein Hilfsmittel zum Verpacken von Exportprodukten, sogenannten grünen Produkten, verwendet werden.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein umweltfreundliches wärmedämmendes Verpackungsmaterial zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die in der Erfindung verwendbaren Cellulosematerialien schließen gängige Cellulosematerialien wie Faserbrei, Alt papier usw. ein.

Als Klebstoffe können in der Erfindung Stärke, Natrium carboxymethylcellulose, Ethylcellulose, Methylcellulose, Natriumalginat, Casein, Gelatine, Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylacetat (PVAc) und die anderen gängigen, wasserlös lichen Klebstoffe, entweder allein oder als Mischung aus mehr als zweien davon verwendet werden.

Obwohl die verwendete Menge an Klebstoffen, abhängig von der Art der Klebstoffe und der Klebekraft verschieden sein kann, können für gewöhnlich 0,1-20 Gew.-% verwendet werden.

In dieser Erfindung werden zum Schäumen gängige Schaum bildner verwendet. Als Schaumbildner können organische Schaumbildner wie Azodicarbonamid (ADCA), Azobisformamid (ABFA), Azobisisobutyronitril (AIBN), N,N′-Dinitroso pentamethylentetramin (DPT), p-Toluensulfonylhydrazid (TSH) und p,p′-Oxybis (benzolsulfonyl)hydrazid (OBSH) und anorganische Schaumbildner wie Ammoniumcarbonat und Natriumhydrogencarbonat entweder allein oder als Mischung aus mehr als Zweien davon verwendet werden. Die verwendete Menge dieser Schaumbildner kann von 0,5 bis 20 Gew.-% des Gesamtgewichts reichen.

Der Faserbrei kann im Herstellungsverfahren direkt verwendet werden. Das Altpapier kann nach dem Entfernen von Verunreinigungen und dem Zerfasern und Trocknen verwendet werden. Der Feuchtigkeitsgehalt nach dem Trocknen des Cellulosematerials liegt bei ungefähr 30%, und solch ein Cellulosematerial wird mit insgesamt 50-80 Gew.-% verwen det.

Die Menge an Feuchtigkeit im Herstellungsverfahren beträgt 10-30 Gew.-%.

Nachfolgend die Beschreibung eines jeden Verfahrens schrittes:

1. Verfahren der Papieraufbereitung (bei der Verwendung von Altpapier)

Hierbei wird jegliche Art von Altpapier mit Wasser in kleine Stücke gerissen, um einen Faserbrei zu erhalten. Bei der Verwendung eines Faserbreis, wird dieser direkt verwendet, und dieser Verfahrensschritt entfällt.

2. Siebverfahren (bei der Verwendung von Altpapier)

Hierbei wird jegliche Art von Verunreinigungen (jede Art von Kunststoffmaterialien wie Vinyl, Verunreini gungen mit Eisengehalt, Erde oder Sand) selektiv aus dem im ersten Verfahrens schritt hergestellten Faserbrei entfernt. Bei der Verwendung eines Faserbreis entfällt dieser Verfahrens schritt.

3. Definierverfahren

Hierbei wird der aus dem zweiten Verfahrensschritt erhaltene Faserbrei zu dem feineren, faserartigen Material verarbeitet. Dieser Verfahrensschritt kann abhängig vom verwendeten Altpapier entfallen.

4. Trocknungsverfahren

Hierbei wird der aus dem zweiten Verfahrensschritt (im Falle, daß der dritte Verfahrensschritt entfallen ist) oder dem dritten Verfahrens schritt erhaltene Faserbrei unter Verwendung eines gängigen Trockenapparats auf einen Wassergehalt von ungefähr 10-30 Gew. -% getrock net.

5. Mischungsverfahren

Hierbei wird der aus dem vierten Verfahrens schritt erhaltene Faserbrei oder der reine Faserbrei mit wasserlöslichen Klebstoffen und einem Schaumbildner und falls notwendig mit Wasser gemischt.

6. Vorheizungsverfahren

Hierbei wird die aus dem fünften Verfahrens schritt erhaltene Mischung auf ungefähr 30-90°C vorgeheizt. Bei der Verwendung von Ammoniumcarbonat als Schaumbildner, wird auf eine niedrige Temperatur erhitzt, wohingegen bei der Verwendung eines Schaumbildners, welcher eine hohe Zersetzungstemperatur besitzt, auf eine hohe Temperatur erhitzt wird.

7. Verfahren des Formens und zweiten Schäumens

Hierbei wird das aus dem sechsten Verfahrens schritt erhaltene, vorgeheizte Gemisch geformt und geschäumt, indem es in die Form mit der gewünschten Gestalt gegeben und dann auf ungefähr 70-150°C erhitzt wird. Bei der Verwendung von Ammoniumcarbonat als Schaumbildner, welches eine niedrige Zerset zungstemperatur hat, kann bei einer niedrigen Temperatur geschäumt werden.

8. Trocknungsverfahren

Hierbei wird durch Trocknen des aus dem siebenten Verfahrensschritt erhaltenen, geformten und geschäumten Materials ein geschäumtes Produkt erhalten.

Unter Verwendung von Beispielen wird die Erfindung nachfolgend ausführlicher erläutert.

Beispiel 1

Es wird 1 kg Altpapier in 600 ml Wasser gegeben und zerfasert. Nachdem jegliche Art von Verunreinigungen entfernt wurden, wurde das zerfaserte Altpapier getrocknet, bis der Wassergehalt ungefähr 30 Gew.-% beträgt. Es werden ungefähr 20 g Gelatine in 60°C warmen Wasser auf eine Kon zentration von 30 Gew. -% gelöst, und getrennt davon werden 2 g Natriumcarboxymethylcellulose (Natrium CMC) in Wasser auf eine Konzentration von 3 Gew.-% gelöst. Nachdem die Gelatinelösung mit der Natrium CMC Lösung gemischt worden ist, werden als Schaumbildner ungefähr 10 g Azobisiso butyronitril (AIBN) zugesetzt, und die erhaltene Mischung wird mit dem oben hergestellten, zerfaserten Altpapier gemischt, und die gesamte dadurch erhaltene Mischung wird auf ungefähr 85°C erhitzt. Die erhitzte Mischung wird in eine bestimmte Form gegossen und wird dann durch Erhitzen auf ungefähr 120°C geformt und geschäumt. Durch Trocknen wird ein auf ungefähr 150 Vol.-% geschäumtes Produkt erhal ten.

Beispiel 2

Zu 1 kg Faserbrei wird Wasser gegeben, so daß der Was sergehalt auf ungefähr 25% eingestellt ist. Getrennt davon werden 30 g Natriumalginat in Wasser auf eine Konzentration von 20 Gew.-% gelöst, und die erhaltene Lösung wird dann mit dem Faserbrei gemischt. 3 g Ammoniumcarbonat werden in kaltem Wasser auf die Konzentration von 10 Gew.-% gelöst, und die erhaltenen Lösung wird mit der Faserbreimischung homogen vermischt. Diese Mischung wird auf ungefähr 40°C erhitzt, in eine Form gegeben, auf ungefähr 80°C erhitzt und geformt und geschäumt und dann getrocknet. Es wird ein auf 200 Vol.-% geschäumtes Produkt erhalten.

Beispiel 3

Es wird 1 kg Altpapier in 600 ml Wasser gegeben und zerfasert, und es wird jegliche Art von Verunreinigungen entfernt. Das zerfaserte Altpapier wird auf einen Wasserge halt von ungefähr 30% getrocknet. Getrennt davon werden 30 g Stärke in 100 ml warmes Wasser gegeben, und durch Kochen und anschließendes Abkühlen wird Stärkeleim erhal ten, und der erhaltene Stärkeleim wird mit 10 g Azobisform amid (ABFA) als Schaumbildner gemischt. Diese Mischung wird mit dem Faserbrei gemischt. Nach dem Erhitzen der Mischung auf ungefähr 90°C wird sie in eine Form gegeben und durch Erhitzen auf ungefähr 150°C geformt und geschäumt. Durch Trocknen wird ein auf ungefähr 200 Vol. -% geschäumtes Produkt erhalten.

Die anderen Schaumbildner und Klebstoffe können bei Anwendung der Verfahren aus Beispiel 1 bis Beispiel 3 zur Herstellung geschäumter Produkte aus Cellulose verwendet werden.

Ein hartes, geschäumtes Produkt kann durch Verringerung der Mengen an verwendeten Klebstoffen oder des Schäumgrads hergestellt werden, wohingegen ein weiches, geschäumtes Produkt durch Erhöhung der Mengen an verwendetem Schaum bildner oder durch Verringerung der Mengen an verwendeten Klebstoffen hergestellt werden.

Das wie oben hergestellte, geschäumte Material aus Cellulosematerial besitzt eine gute Elastizität und Wärme isolationswirkung und ein geringes Gewicht, so daß es als ein wärmedämmendes Füllmaterial verschiedenster Art verwendet werden kann.

Die geschäumten Produkte gemäß dieser Erfindung werden aus Cellulosematerial, welches unschädlich für den Menschen und biologisch abbaubar ist hergestellt, und auch die Kleb stoffe sind für den menschlichen Körper unschädlich, und die verwendeten Schaumbildner sind gegen unschädliche Gase ausgetauscht worden, so daß sie für den menschlichen Körper keinesfalls schädlich sind.

Claims

1. Wärmedämmendes Füllmaterial herstellbar durch Zerfasern und Trocknen von Cellulosematerial, Zugabe gängiger, wasserlöslicher Klebstoffe und gängiger Schaumbildner und Naßschäumen der Mischung in die gewünschte Form sowie deren Trocknung.

2. Wärmedämmendes Füllmaterial nach Anspruch 1, herstell bar durch Zerfasern und Trocknen von Cellulosematerial, Zugabe gängiger, wasserlöslicher Klebstoffe und gängiger Schaumbildner und Schäumen der Mischung von 20 auf 500% des ursprünglichen Volumens und deren Trocknung.

3. Wärmedämmendes Füllmaterial nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, herstellbar durch Zerfasern und Trocknen von Cellulosematerial, Zugabe von mehr als einem aus Stärke, Natriumcarboxymethylcellulose, Ethylcellulose, Methylcellulose, Algin-saures Natrium, Casein, Gela tine, Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylacetat (PVAc) ausgewählten, wasserlöslichen Klebstoff und mehr als einem aus Azodicarbonamid (ADCA), Azobisformamid (ABFA), Azobisisobutyronitril (AIBN), N,N′-Dinitrosopentamethylentetramin (DPT), p-Toluen sulfonylhydrazid (TSH), p,p′-Oxybis(benzolsulfonyl) hydrazid (OBSH), Ammoniumcarbonat und Natriumhydrogen carbonat ausgewählten Schaumbildner und Naßschäumen der Mischung in die gewünschte Form und deren Trocknung.

4. Verfahren zur Herstellung eines wärmedämmenden Füll materials, bei dem Cellulosematerial zerfasert und getrocknet, gängige wasserlösliche Klebstoffe und gän gige Schaumbildner zugegeben und die Mischung in die gewünschte Form naßgeschäumt und getrocknet wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines wärmedämmenden Füll materials nach Anspruch 4, bei dem Cellulosematerial zerfasert und getrocknet, gängige wasserlösliche Kleb stoffe und gängige Schaumbildner zugegeben und die Mischung von 20 auf 500% des ursprünglichen Volumens geschäumt und getrocknet wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines wärmedämmenden Füll materials nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei dem Cellulosematerial zerfasert und getrocknet, mehr als ein aus Stärke, Natriumcarboxymethylcellulose, Ethylcellulose, Methylcellulose, Algin-saures Natrium, Casein, Gelatine, Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinyl acetat (PVAc) ausgewählter, wasserlöslicher Klebstoff und mehr als ein aus Azodicarbonamid (ADCA), Azobis formamid (ABFA), Azobisisobutyronitril (AIBN), N,N′-Dinitrosopentamethylentetramin (DPT), p-Toluen sulfonylhydrazid (TSH), p,p′-Oxybis(benzol sulfonyl)hydrazid (OBSH), Ammoniumcarbonat und Natriumhydrogencarbonat ausgewählter Schaumbildner zugegeben und die Mischung in die gewünschte Form naßgeschäumt und getrocknet wird.