DE19843184A1

DE19843184A1 - Kompostierfähiger, plastischer Werkstoff

Info

Publication number: DE19843184A1
Application number: DE1998143184
Authority: DE
Inventors: Hannes Rieder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2000-04-20

Abstract

Die Erfindung betrifft einen plastischen Werkstoff, der im wesentlichen aus mindestens einem pflanzlichen Fasermaterial und Bindemittel zusammengesetzt ist, der insbesondere die Eigenschaft der Kompostierfähigkeit aufweist und unter anderem in der Verpackungs- und Abfallbeseitigungsindustrie Anwendung findet.

Description

Die vorliegende .Erfindung betrifft einen kompostierfähigen, plastischen Werkstoff, ein Verfahren zu dessen Herstellung so wie dessen Verwendung, insbesondere in der Verpackungs- und Abfallentsorgungsindustrie.

Ein notwendigerweise verstärktes Interesse, die Umwelt vor weiterer Schädigung zu schützen und Rohstoffresourcen zu er halten, zwingt die Industrie nach neuen Materialien bzw. Werk stoffen zu forschen, welche auf leicht verfügbaren Ausgangsma terialien basieren, auf umweltfreundlichen Verarbeitungstech niken beruhen und weitgehend rückstandsfrei abbaubar sind.

Hinsichtlich der Abbaufähigkeit von plastischen Werkstoffen wurde das Hauptinteresse bisher allerdings auf organische syn thetische Polymere, wie zum Beispiel Polyethylen (PE) oder Po lyethylenterephthalat (PET) und der gleichen, gerichtet. Diese synthetischen Polymere lassen sich gut in industriellem Maß stab herstellen, sind aber nicht oder nur bedingt kompostier fähig. Das gilt für alle im Stand der Technik bekannten abbau fähigen Materialien.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen kompostierfä higen Werkstoff bereitzustellen, der insbesondere zur Herstel lung von Produkten für die Verpackungs- und/oder Abfallbesei tigungsindustrie geeignet und einfach und kostengünstig herzu stellen ist.

Überraschenderweise konnte nun gefunden werden, daß ein Werk stoff, der im wesentlichen aus mindestens einem pflanzlichen Fasermaterial und einem geeigneten Bindemittel zusammengesetzt ist, diese Eigenschaft aufweisen kann und je nach der tatsäch lichen Zusammensetzung mehr oder weniger schnell kompostierfä hig ist. Ein solcher Werkstoff ist äußert kostengünstig herzu stellen, da die wesentlichen Bestandteile, nämlich die pflanz lichen Faserstoffe, in Fülle in der Natur vorkommen.

In bevorzugter Weise kann der plastische Werkstoff der vorlie genden Erfindung auch bestimmte Anteile an Holz bzw. Holzmehl umfassen. Holz bzw. Holzmehl ist ein Abfallprodukt der holz verarbeitenden Industrie und ist daher leicht verfügbar und darüber hinaus verrottbar.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der plastische Werkstoff aus pflanzlichem Faser material aufgebaut, das mit Cellulosepulpe bzw. Alkalilignin abgebunden wird.

Das pflanzliche Fasermaterial, wie es in dem plastischen Werk stoff der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, ist bevorzugt aus der Gruppe der sogenannten Hartfasern und Bastfasern ausge wählt. Auch Mischungen einer oder mehrerer dieser Hartfasern und/oder einer oder mehreren dieser Bastfasern können einge setzt werden.

Diese Hartfasern oder Bastfasern sind relativ schwer verrott bar, was für den Kompostierungsprozeß günstig ist. Man denkt dabei insbesondere an den Kompostierprozeß, wie er in großtech nischen Kompostieranlagen durchgeführt wird. In solchen Kompo stieranlagen muß man der zu kompostierenden Masse stets Strauchschnitt, Hechselabfälle und anderes Strukturmaterial zur Lockerung und Durchlüftung zusetzen, damit die Masse nicht zu sammensetzt und/oder vergärt. Werden biologische Abfälle in Be hältern aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff gesammelt und ver kompostiert unterstützen die schwer verrottbaren Anteile die Lockerung und Durchlüftung, welche darüber hinaus nach dem er sten Durchgang dem Zyklus erneut zugeführt werden können.

Hartfasern werden aus Blättern bzw. Blattscheiden oder Früchten monokotyler Pflanzen gewonnen und sind damit leicht verfügbar. Zu diesen Fasern rechnet man jene von Espartogras oder Al fagras, Fique, Henequen, Manilahanf, Phormium u. Sisal. Zu die ser Art zählen auch die Kokosfasern, das sind die Fasern, wel che die Früchte der Kokospalme außen umgeben. Kokosfasern sind sehr leichte und widerstandsfähige Fasern und eignen sich des halb für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ganz besonders.

Zu der Gruppe der Bastfasern zählt man die Fasern von Flachs (Leinen), Hanf, Jute, Ramie, Kenaf, Rosell, Sunn und Urena. Auch diese Fasern sind leicht zugänglich und kostengünstig so wie darüber hinaus leicht und widerstandsfähig. Sie eignen sich deshalb im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Fasergrundma terial.

Aus dieser Gruppe werden insbesondere die Hanffasern aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Wasserbeständigkeit und ihrer leich ten Verfügbarkeit bevorzugt.

Im allgemeinen ist festzustellen, daß für den plastischen Werk stoff gemäß der vorliegenden Erfindung im Prinzip alle zu den Gräsern gehörenden Pflanzenarten, die feste, widerstandsfähige und zugleich genügend elastische, spinntechnisch verwendbare Fasern liefern, verwendet werden können. Dazu zählen auch Fa sern von landwirtschaftlichen Nutzpflanzen, wie Getreide, Bam bus und Zuckerrohr aber auch Papyros und Espartogras. Gegebe nenfalls können auch die als Ersatzfasern bekannten Fasern von Brennesseln, Ginster, Weiden, Lupinen, Hopfen und Rohrkolben ausgenutzt werden.

Aus Gründen der Abbaubarkeit wird das Bindemittel vorzugsweise aus der Gruppe der organischen Klebstoffe ausgewählt und davon bevorzugt aus den sogenannten Leimen jeglicher Herkunft. Das sind natürliche oder synthetische Produkte, die als Lösungen, Dispersionen, Schmelzen oder flüssige, reaktive Kunststoff- Systeme, beispielsweise durch Harze, Weichmacher, gelegentlich auch Pigmente und Füllstoffe sowie Dispergiermittel ergänzt, zum Verbinden verschiedenartigster Materialien weit verbreitet verwendet werden und leicht und kostengünstig zugänglich sind.

Man zieht hier auch die sogenannten Leimharze auf der Basis von Polykondensaten aus Formaldehyd und Phenolen, Harnstoffen oder Melamin in Betracht, da ihre direkte oder indirekte Härtbarkeit zu Duroplasten ausgenutzt werden kann.

Die aus den vorbeschriebenen Bestandteilen durch Vermengen er haltenen Formmassen werden in an sich bekannter Weise und nach üblichen Techniken, zum Beispiel durch Spritzgießen, Extrudie ren, Pressen und dergleichen zu Formteilen oder Halbzeugen ge formt. Die tatsächlich eingesetzte Technik hängt zum einen von der Art des eingesetzten Bindemittels zum anderen von den zu erzielenden Eigenschaften des Endproduktes hinsichtlich dessen Stabilität und/oder Verrottbarkeit ab.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen plastischen Werkstoffe können die pflanzlichen Fasern als solche eingesetzt werden oder die pflanzlichen Fasern werden vorab wenigstens teilweise, vorzugsweise mechanisch zerkleinert. Das Fasermaterial kann ge gebenenfalls mit Holz bzw. Holzmehl gestreckt und gegebenen falls mit weiteren Konfektionierungsmitteln, wie Weichmachern, Pigmenten, Füllstoffen und/oder Dispergiermitteln versetzt wer den. Dann vermengt man diese trockene Mischung mit dem vorzugs weise wäßrigen Bindemittel innig und verarbeitet bzw. härtet sie dann in üblicher Weise zu Gemengen, Granulaten, Pellets oder Folien.

Die so erzeugten Gemenge, Granulate, Pellets oder Folien können später durch geeignete Techniken in die gewünschten Form ge bracht werden. Diese Techniken umfassen wie üblich das spanlose Formen oder Heißpressen.

Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, die durch die Vermischung erhaltene Formmasse sofort zu den gewünschten Form teilen zu verarbeiten.

Um besonders formstabile Formteile herzustellen, wird es bevor zugt, mindestens einen Teil der pflanzlichen Fasern in ihrer ursprünglichen Kondition zu belassen. Darunter versteht man im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß dieser Anteil der Fasern nicht zerkleinert wird. Solche Fasern können in ihrem ursprüng lichen Zustand beispielsweise eine Länge von 5 bis 55 mm auf weisen und 15 bis 28 µm dick sein. In dieser Größenangabe soll te jedoch keine Beschränkung gesehen werden. Gegebenenfalls können diese Grundfasern auch zu längeren Fäden versponnen wer den und als solche bei der Herstellung des Werkstoffes verwen det werden.

Diese Ausführungsform ist insbesondere dann wichtig, wenn man wie gesagt formstabile Formteile wie Platten, Stangen, Behäl ter, etc. erzeugen will. Die längeren Fasern oder gesponnen Fä den bilden gewissermaßen eine Matrix, in welcher die zerklei nerten Faserstücke und das Bindemittel aufgenommen werden.

Die mechanischen Eigenschaften des Endproduktes können im we sentlichen durch das Verhältnis Fasermaterial : Bindemittel eingestellt werden. Je weniger Bindemittel zum Binden der Fa sern verwendet wird, desto leichter wird das Endprodukt sein. Leichtigkeit ist eine in fast allen Anwendungsgebieten er wünschte Eigenschaft. Damit erhöht sich auch die Luftdurchläs sigkeit von Folien oder relativ dünner Formpressteile aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff.

Gemäß der Erfindung läßt sich überraschenderweise auch die Ge schwindigkeit des biologischen Abbaus durch die Art des ausge wählten pflanzlichen Fasermateriales und/oder Bindemittels und/oder das Verhältnis dieses Fasermateriales zu diesem Binde mittel einstellen. Auch durch die Auswahl der möglichen Zusatz stoffe kann diese Geschwindigkeit eingestellt werden. Diese Einstellbarkeit der Verrottungsgeschwindigkeit ist insbesondere bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Werkstoffes für Tonnen bzw. Aufnahmebehälter für pflanzliche oder organische Abfälle von großem Nutzen. Beispielsweise kann dann eine große Tonne, etwa in der Größe einer üblichen Mülltonne, eine verrottungs freie Lebenszeit von etwa 14 Tagen haben und ein kleiner Müll eimer für Wohnung oder Haus eine solche von nur etwa 2 bis 3 Tagen. Danach setzt unter dem Einfluß von Luft und Feuchtigkeit oder den Bedingungen in einer großtechnischen Kompostieranlage der Verrottungsvorgang ein.

Im allgemeinen kann gesagt werden, daß bei der Erzeugung der erfindungsgemäßen Formmasse bzw. des daraus hergestellten Werk stoffes die Menge an Fasermaterial in weiten Bereichen variier bar ist. So kann in Abhängigkeit von den Zusatzstoffen, ein schließlich des Holzanteils, der Prozentsatz an pflanzlichem Fasermaterial von etwa 10 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-% variieren. Der exakte Prozentsatz ist dabei weitgehend unkritisch und die Einstellung der Verrottungsgeschwindigkeit durch einfache weni ge Versuche für den jeweiligen Anwendungszweck zu ermitteln.

Im Sinne einer späteren guten Kompostierbarkeit des Werkstoffes bzw. daraus hergestellter Formteile verwendet man bei seiner Herstellung vorzugsweise schwer verrottbare Fasermaterialien, wie Kokosfasern oder Hanffasern, sowie ein oder mehrere Binde mittel, wie beispielsweise Leimharz, auf trockener, gelöster oder bevorzugt wäßriger Basis. An dieser Stelle wird nochmals auf den Vorteil des Einsatzes der schwerverrottbaren Fasermate rialien, wie eingangs erörtert, verwiesen.

Der erfindungsgemäße plastische Werkstoff eignet sich hervorra gend zur Erzeugung von Produkten für die Verpackungsindustrie insbesondere eignet er sich für die Erzeugung von Produkten für die Abfall- und Entsorgungsindustrie, vor allem zur Erzeugung kompostierbarer Behälter.

Obwohl vorangehend insbesondere auf die Verwendung des erfin dungsgemäßen Werkstoffes zur Erzeugung von Verpackungsmaterial oder kompostierbaren Behältern abgestellt wurde, ist es auch denkbar, ihn allgemein als Ersatzstoff für Teile bzw. Gegen stände, welche ansonsten aus schwer abbaubaren, für die Umwelt nicht unbedenklichen Kunststoff gefertigt werden, einzusetzen.

Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe beispielhafter Aus führungsformen des erfindungsgemäßen plastischen Werkstoffes näher erläutert.

Beispiel 1

Zusammensetzung der Formmasse:

50 Gewichtsteile Kokosfaser
40 Gewichtsteile Holzmaterial
10 Gewichtsteile Kleber

Das Gemisch wurde gründlich vermengt, mittels eines Schnec kenextruders extrudiert und zu Behältern warmgepreßt.

Der Behälter wurde im Dauerversuch dem Einfluß von Luft und Feuchtigkeit ausgesetzt. Nach 20 Tagen zeigte sich eine begin nende Verrottung.

Beispiel 2

Zusammensetzung der Formmasse:

60 Gewichtsteile Kokosfaser
20 Gewichtsteile Holzmehl
20 Gewichtsteile Kleber

Die Kokosfasern wurden mechanisch zerkleinert, mit dem Holzmehl vermengt. Unter die Trodenmasse wurde die wäßrige Suspension des Klebers eingearbeitet. Die so erhaltene Formmasse wurde zu einer Folie verarbeitet.

Die so erhaltene Folie wurde im Dauerversuch dem Einfluß von Luft und Feuchtigkeit ausgesetzt. Nach 17 Tagen zeigte sich ei ne beginnende Verrottung.

Beispiel 3

Die Zusammensetzung war identisch mit jener von Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß anstelle der Kokosfasern, zerkleinerte Hanf fasern eingesetzt wurden.

Die Hanffasern, das Holzmaterial und das Bindemittel wurden gründlich vermengt und auf eine lockere Schüttung von längeren Kokosfasern gegossen. Die Formmasse wurde zu einer Platte warm verpreßt.

Die so erhaltene Platte wurde im Dauerversuch dem Einfluß von Luft und Feuchtigkeit ausgesetzt. Nach 17 Tagen setzte eine Verrottung ein.

Claims

1. Plastischer Werkstoff, der im wesentlichen aus mindestens einem pflanzlichen Fasermaterial und Bindemittel zusammen gesetzt ist.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er des weiteren einen Anteil Holz umfaßt.

3. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er des weiteren Cellulosepulpe oder Alkalilignin als Grundma terial umfaßt.

4. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das pflanzliche Fasermaterial aus der Gruppe der Hartfasern und/oder Bastfasern ausgewählt ist.

5. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das pflanzliche Fasermaterial Kokosfaser ist.

6. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das pflanzliche Fasermaterial Hanffaser ist.

7. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Bindemittel aus der Gruppe der organi schen Klebstoffe ausgewählt ist.

8. Werkstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus der Gruppe der Leime ausgewählt ist.

9. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß er handelsübliche Konfektioniermittel, wie Harze, Weichmacher, Pigmente und/oder Füllstoffe, umfaßt.

10. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in Form von Granulaten, Pellets oder Folien.

11. Verfahren zur Herstellung eines plastischen Werkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die pflanzlichen Fasern wie sie sind einsetzt oder wenigstens teilweise zerkleinert, gegebenenfalls mit Holz und weiteren Konfektionierungsmitteln und dem Bindemittel vermischt und in üblicher Weise zu Granulaten, Pellets oder Folien verarbeitet bzw. aushärtet.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man zumindest einen Teil der pflanzlichen Fasern in ihrer inhä renten Kondition beläßt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch ge kennzeichnet, daß man das Faser-Bindemittel-Gemisch durch spanloses Formen zu Halbzeugen oder Formteilen verarbeitet.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, daß man beim Formen Wärme anwendet und gege benenfalls übliche Kondensationskatalysatoren zusetzt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, daß man die physikalischen Eigenschaften des Endproduktes im wesentlichen durch das Verhältnis Faserma terial : Bindemittel einstellt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, daß man die Geschwindigkeit des biologischen Abbaus durch die Art des ausgewählten pflanzlichen Faserma teriales und/oder Bindemittels und/oder das Verhältnis Fa sermaterial : Bindemittel einstellt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge kennzeichnet, daß man schwer verrottbares Fasermaterial wie Kokosfaser oder Hartfaser verwendet.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch ge kennzeichnet, daß man ein Bindemittel auf wäßriger Basis einsetzt.

19. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man neben dem pflanzlichen Fasermaterial und den gegebenenfalls zugesetzten Konfektionierungsmitteln Alkalilignin als Bin demittel zusetzt.

20. Verwendung eines plastischen Werkstoffes nach Anspruch 1 bis 10 zur Erzeugung von Produkten für die Verpackungsindu strie.

21. Verwendung eines plastischen Werkstoffes nach Anspruch 1 bis 10, zur Erzeugung von Produkten für die Abfall- Entsorgungsindustrie.

22. Verwendung eines plastischen Werkstoffes nach Anspruch 1 bis 10 zur Erzeugung kompostierbarer Behältnisse wie Ton nen, Eimer, Säcke und dergleichen.