DE19603491A1

DE19603491A1 - Fasriger zelluloser Stoff

Info

Publication number: DE19603491A1
Application number: DE1996103491
Authority: DE
Original assignee: ABU SHAAR ISAM; BERG REINHARD; KISTMACHER DIETER
Current assignee: ABU SHAAR ISAM; BERG REINHARD; KISTMACHER DIETER
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 1997-08-07
Anticipated expiration: 2016-02-01
Also published as: DE19603491C2

Description

Die Erfindung betrifft einen fasrigen, zellulosen Stoff, erhältlich aus Pflanzenmaterial, wie zum Beispiel Heu, Stroh, Schilf, Zuckerrohr, Elefantengras, Reetgras, Hanf, Sisal und anderen faserhaltigen Pflanzen, deren Herstellung durch bestimmte Verfahrensschritte gekennzeichnet ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines fasrigen zellulosen Stoffes aus Pflanzenmaterial, wie zum Beispiel Heu, Schilf, Elefantengras, Reetgras, Hanf, Sisal oder anderen faserhaltigen Pflanzen.

Derartige fasrige, zellulose Stoffe sind in vieler Art verwendbar, so insbesondere zur Herstellung von Preßspanplatten und anderen Möbelteilen. In diesem Zusammenhang ist aus der EP-A 0 246 588 ein Verfahren zur Herstellung von leichten, bindemittelfreien und umweltfreundlichen Formkörpern bekannt, wobei der Formkörper aus lignozellulosehaltigem Material besteht. Auch aus der DE 38 08 207 ist ein lignozellulosehaltiges Pflanzenmaterial bekannt, das zur Herstellung von Möbelteilen geeignet ist. Gleiches gilt für die DE-PS 9 02 219. Dem bekannten Stand der Technik ist gemein, daß die in dem Pflanzenmaterial enthaltenen Begleit- oder Inhaltsstoffe, wie insbesondere Lignin, durch die Behandlung in der faserhaltigen Masse verbleiben sollen. Dies deshalb, weil die Auffassung vorherrscht, daß insbesondere durch den Bestandteil Lignin die klebenden Wirkungen hervorgerufen, werden, die bewirken, daß unter Druck ein derartiges faserhaltiges Pflanzenmaterial zu entsprechenden Platten oder anderen Bauteilen verpreßt werden kann. Da das aus dem Stand der Technik bekannte Pflanzenmaterial neben Lignin noch andere Bestandteile aufweist, wie zum Beispiel Hemizellulose, Pektin, Fett, Wachs, Xylan, Glucan, Lumen, Mark, ist unter Einwirkung von Feuchtigkeit ein derartiger Stoff nicht vor Verrottung gesichert. Denn unter Feuchtigkeit werden sich die Verrottung fördernde Bakterien und Pilze an derartigen Platten ansiedeln, da sie aufgrund der diesem Pflanzenmaterial enthaltenen Inhalts- oder Begleitstoffe, wie insbesondere Lignin, Glucan und Hemizellulose einen hervorragenden Nährboden für ihre Vermehrung finden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen fasrigen, zellulosen Stoff bereitzustellen, der frei ist von den dem Pflanzenmaterial überlieherweise enthaltenen Inhaltsstoffen, wie Lignin, Hemizellulose, Pektin, Wachs, Fett, Xylan, Glucan, Lumen, Mark und ähnlichem. Ein faserhaltiger zelluloser Stoff aus Pflanzenmaterial, wie zum Beispiel Heu, Stroh, Schilf, Zuckerrohr, Elefantengras, Reetgras, Hanf, Sisal oder anderen Pflanzen, ist erhältlich durch folgende Verfahrensschritte:

1. das Pflanzenmaterial wird zerkleinert;
2. das zerkleinerte Pflanzenmaterial wird mit einer 0,5 bis 1%igen Natronlauge vermischt, wobei das Pflanzenmaterial etwa 15 bis 45 Minuten in der Lauge verbleibt;
3. das Pflanzenmaterial wird abgesiebt;
4. das abgesiebte Pflanzenmaterial wird einem Extruder zugeführt, wobei durch den Extruder das Pflanzenmaterial bei einer Temperatur zwischen ca. 120°C und 150°C und einem Druck von ca. 20 bar unter Zugabe von Wasser und Wasserstoffperoxid vermischt wird;
5. das Gemisch wird nach Verlassen des Extruders abgesiebt und das hierbei erhaltene fasrige Pflanzenmaterial mit Wasser mindestens einmal gewaschen.

Durch die Natronlauge wird das Pflanzenmaterial insbesondere von Fett und Wachs, aber auch von Verschmutzungen befreit, die auf der Oberfläche des Pflanzenmaterials anhaften. Gleichzeitig dringt hierbei die Lauge in die einzelnen Zellen des Pflanzenmaterials ein, und löst die in den Zellen vorhandenen Bestandteile, wie insbesondere Lignin, Mark, Xylan, Glucon, Pektin, Lumen und Hemizellulose auf. Auch bewirkt die Behandlung in der Lauge, daß die Faser geschmeidig wird. Dies ist wichtig, um zu gewährleisten, daß die Faser im Extruder nicht derart zerkleinert wird, daß eine breiige Masse entsteht.

Wenn das abgesiebte Pflanzenmaterial, das immer noch Laugenanteile aufweist, dann nach etwa 15 bis 45 Minuten, vorzugsweise nach etwa 30 Minuten, in den Extruder gegeben wird, um dort bei einer Temperatur von 120°C bis 150°C und bei einem Druck von cirka 20 bar unter der Zugabe von Wasserstoffperoxid und Wasser weiterhin vermischt zu werden, wird aufgrund der Behandlung der Fasern im Extruder erreicht, daß aufgrund des hohen Drucks und der Temperatur die in den Zellen eingelagerten Stoffe, wie Lignin, Mark, Lumen, Xylan, Glucon, Hemizellulose usw., aus den Zelle austreten und zusammen mit den Fasern ein Gemisch bilden, daß aus dem Extruder austritt, wobei anschließend die Fasern abgesiebt werden. In mindestens einem, vorzugsweise jedoch drei, nachfolgenden Waschvorgängen werden dann diese Stoffe aus dem Gemisch aus Fasern und diesen Stoffen ausgewaschen. Zwischen den einzelnen Waschvorgängen werden die Fasern bzw. der fasrige Zellulosestoff abgesiebt. Das Wasserstoffperoxid dient dazu, im Extruder die Zellen in der Pflanzenfaser chemisch aufzubrechen; weiterhin auch dazu, durch die exotherme Reaktion, die durch die Hinzufügung des Wasserstoffperoxids in den Extruder erfolgt, eine Temperaturerhöhung im Extruder zu bewirken. Dies jedoch nicht über den angegebenen Temperaturbereich von 120°C bis 150°C hinausgehend. Darüber hinaus wird durch das Wasserstoffperoxid die Faser im Extruder geschmeidig gehalten, um zu verhindern, daß die Fasern aufgrund der mechanischen Behandlung im Extruder zerkleinert werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist das Gemisch aus Lauge und Pflanzenmaterial einen pH-Wert zwischen 9 und 11 auf. Die Behandlung des Pflanzenmaterials in der Lauge erfolgt bei einer Temperatur von zwischen 60°C und 90°C, vorzugsweise jedoch bei etwa 80°C. Insbesondere durch die kurze Behandlungszeit von 15 bis 45 Minuten in der Natronlauge wird erreicht, daß sich die Pflanzenfasern nicht vollständig zersetzen, sondern an Geschmeidigkeit gewinnen. Denn eine vollständige Zersetzung der Pflanzenfasern ist nicht erwünscht. Dies würde eine weitere Verarbeitung, insbesondere als Material zum Verpressen von Platten, verhindern. Eine Zerstörung der Fasern wird jedoch dann beobachtet, wenn das Pflanzenmaterial über mehrere Stunden in der Lauge verbleibt, wie dies in der US-Patentschrift 4,965,086 beschrieben ist; hieraus geht hervor, das Pflanzenmaterial derart aufzuschließen, daß lediglich eine breiige Masse übrig bleibt, die dann als Viehfutter dienen kann. Hierbei erfolgt nämlich eine Behandlung des Pflanzenmaterials in einer Natronlauge über einen Zeitraum von 45 Stunden. In dieser Zeit findet eine vollständige Zersetzung des Pflanzenmaterials statt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Behandlung des Pflanzenmaterials in der Lauge unter einem Vakuum von etwa 1 bis 2 bar. Hierdurch soll das Eindringvermögen der Lauge in die Pflanzenfaser erhöht werden. Das Wasserstoffperoxid, das dem Extruder zugeführt wird, besitzt eine Konzentration von vorzugsweise 30%. Das Wasserstoffperoxid wird zusammen mit Wasser in einer Menge in den Extruder eingegeben, daß sich dort eine Konzentration von etwa 1 bis 2% einstellt. Das Wasser zum Waschen des Gemischs nach Austritt aus dem Extruder und nach dem erstmaligen Absieben weist eine Temperatur von 40°C bis 80°C auf. Vorzugsweise wird, wie bereits ausgeführt, das fasrige Material dreimal gewaschen und abgesiebt, um sicherzustellen, daß tatsächlich eine reine zellulose Faser gewonnen wird. Diese Zellulosefaser kann dann im feuchten Zustand bei einem Druck von ca. 40 t/m² zu Platten oder anderen Gebilden verpreßt werden.

Das Verfahren zur Herstellung der Fasern ergibt sich aus den entsprechenden Ansprüchen.

Anhand des Schaubildes wird nachstehend das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen zellulosen Fasern beispielhaft näher erläutert.

Durch den Häcksler 1 wird dem Behälter 2 zerkleinertes, faserhaltiges Pflanzenmaterial z. B. Heu, Stroh, Schilf, Zuckerrohr, Elefantengras, Reetgras, Hanf, Sisal oder andere faserhaltige Pflanzen, zugeführt.

In den Behälter 2 wird darüber hinaus aus dem Laugenbehälter 3 0,5%ige Natronlauge eingeführt. Das Gemisch aus Pflanzenfasern und Natronlauge wird mittels des Rohrwerks 4 30 Minuten bei einer Temperatur von 80°C unter einem Vakuum von 1 bis 2 bar Unterdruck vermischt. Hierbei ist darauf zu achten, daß der pH-Wert im Behälter sich zwischen 9 und 11 bewegt. Danach wird das Pflanzenmaterial abgesiebt und über den Trichter 5a dem Extruder 5 zugeführt. In diesem Extruder 5 wird das faserhaltige Pflanzenmaterial, das noch Anteile an Lauge enthält, hydrolisiert. Die Hydrolisierung erfolgt bei einer Temperatur von etwa 145°C bei einem Druck von etwa 20 bar unter Zugabe von 30%igem Wasserstoffperoxid und Wasser in einer Menge, die ausreichend ist, um im Extruder eine Konzentration an Wasserstoffperoxid von etwa 1 bis 2% zu erlangen. Das heißt, daß während der Hydrolisation dem Extruder 5 sowohl Frischwasser aus dem Wasserbehälter 7 über die Zuführung 7a als auch Wasserstoffperoxid zugeführt wird. Hierbei wird durch den hohen Druck, die Temperatur und das Wasserstoffperoxid im Extruder bewirkt, daß die Zellen aufbrechen und die darin eingelagerten Stoffe aus der Zelle austreten können. Es entsteht hierbei im Extruder ein Gemisch aus Lauge, Wasserstoffperoxid, fasriger Zellulose und den Stoffen, die aus den Zellen ausgetreten sind, wie Lumen, Mark, Hemizellulose etc. Nach der Hydrolisation, die etwa 30 Minuten dauert, wird das Gemisch gesiebt, so daß fasriges Material erhalten wird, das dem Waschbehälter 6 zugeführt wird. Der Waschbehälter 6 erhält ebenfalls aus dem Wasserbehälter 7 über die Zuführung 7b Frischwasser. Nach dem Waschvorgang werden die Fasern durch ein Bandsieb 8 getrocknet. Die beim Trocknen durch das Bandsieb 8 anfallende Flüssigkeit wird dem Waschbehälter 6 wieder zugeführt. Ein weiterer Waschvorgang der Fasern erfolgt in den Waschbehältern 9 und 11, wobei sowohl dem Waschbehälter 9, als auch dem Waschbehälter 11 jeweils ein Bandsieb 10 bzw. 12 nachgeschaltet ist. Die jeweils aus dem Bandsieb 10 bzw. 12 anfallende Flüssigkeit wird dem jeweiligen Waschbehälter 9 bzw. 11 zugeführt. Dem Bandsieb 12 nachgeschaltet ist ein Trockner 13, der den Fasern, die sich nunmehr im wesentlichen als reine Zellulosefasern darstellen, die Restfeuchte entzieht. Dem Trockner 13 kann ein Kondensator 14 nachgeschaltet werden, wobei das Kondensat über die Leitung 14a dem Wasserbehälter zugeführt wird. Jeder Waschvorgang erfolgt bei einer Wassertemperatur von etwa 80°C, wobei durch diesen Waschvorgang die von der Faser separierten Stoffe, wie z. B. Lignin, Hemizellulose, Lumen, Mark, Pektin, Xylan, Glucon ausgewaschen werden.

Der Wasserbehälter 7 versorgt nicht nur den Waschbehälter 6 mit Wasser, sondern darüber hinaus bei Bedarf auch die Waschbehälter 9 und 11. Nachdem die Fasern den Trockner verlassen hat, kann es im Spritzgußverfahren bzw. in Pressen der Formgebung zugeführt werden. Im Preßverfahren werden die angefeuchteten Fasern bei einem Druck von ca. 40 t/m² verpreßt. Die Verarbeitung im Spritzgußverfahren erfolgt bei Temperaturen um 130°C und bei entsprechend hohen Drücken. Herstellbar sind mit solchen Fasern z. B. Preßplatten und andere Möbelteile.

Claims

1. Fasriger zelluloser Stoff erhältlich aus faserhaltigen Pflanzenmaterial, zum Beispiel Heu, Stroh, Schilf, Zuckerrohr, Elefantengras, Reetgras, Hanf, Sisal und anderen faserhaltigen Pflanzen durch die folgenden Verfahrensschritte:

2. Stoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Lauge und Pflanzenmaterial einen pH-Wert zwischen 9-11 aufweist.

3. Stoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung des Pflanzenmaterials in der Lauge bei einer Temperatur von ca. 60°C bis 90°C, vorzugsweise bei ca. 80°C erfolgt.

4. Stoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung des Pflanzenmaterials in der Lauge unter einem Vakuum oder Unterdruck von etwa 1 bis 2 bar erfolgt.

5. Stoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoffperoxid und Wasser in einer Menge in den Extruder eingeführt wird, bis sich dort eine Konzentration von 1 bis 2% an Wasserstoffperoxid eingestellt hat.

6. Stoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser zum Waschen des Gemisches eine Temperatur von 40°C bis 80°C aufweist.

7. Stoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pflanzenmaterial auf eine Länge von ca. 3 cm zerhäckselt wird.

8. Stoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Extruder austretende Gemisch zweimal, vorzugsweise jedoch dreimal gewaschen wird, wobei zwischen jedem Waschvorgang das Gemisch abgesiebt wird, so daß sieh eine reine Zellulosefaser ergibt.

9. Verfahren zur Herstellung eines fasrigen, zellulosen Stoffs aus faserhaltigem Pflanzenmaterial, z. B. Heu, Schilf, Reetgras, Elefantengras, Hanf und Sisal, dadurch gekennzeichnet, daß

1. das Pflanzenmaterial zerkleinert wird;
2. das zerkleinerte Pflanzenmaterial mit einer 0,5 bis 1%igen Natronlauge vermischt wird, wobei das Pflanzenmaterial etwa 15 bis 45 Minuten in der Lauge verbleibt;
3. das Pflanzenmaterial abgesiebt wird;
4. das abgesiebte Pflanzenmaterial einem Extruder zugeführt wird, wobei durch den Extruder das Pflanzenmaterial bei einer Temperatur zwischen ca. 120°C und 150°C und einem Druck von ca. 20 bar unter Zugabe von Wasser und Wasserstoffperoxid vermischt wird;
5. das Gemisch nach Verlassen des Extruders mit Wasser mindestens einmal gewaschen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Lauge und Pflanzenmaterial, einen pH-Wert zwischen 9-11 aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung des Pflanzenmaterials in der Lauge bei einer Temperatur von 60°C bis 90°C, vorzugsweise bei ca. 80°C erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung des Pflanzenmaterials in der Lauge unter einem Vakuum oder Unterdruck von ca. 1 bis 2 bar erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoffperoxid und Wasser in einer Menge in den Extruder eingeführt wird, bis sich dort eine Konzentration von 1 bis 2% an Wasserstoffperoxid eingestellt hat.

14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser zum Waschen des Gemisches eine Temperatur von 40°C bis 80°C aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Pflanzenmaterial auf eine Länge von ca. 3 cm zerhäckselt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Extruder austretende Gemisch zweimal, vorzugsweise jedoch dreimal gewaschen wird, wobei zwischen jedem Waschvorgang das Gemisch abgesiebt wird, so daß sieh eine reine Zellulosefaser ergibt.

17. Verwendung eines fasrigen Zellulosestoffes gemäß einem oder mehrerer der voranstehenden Ansprüche zur Herstellung von Preßspanplatten und anderen Möbelteilen.