DE4306441C1

DE4306441C1 - Verrottbarer Formkörper auf der Basis von natürlichen pflanzlichen oder tierischen Fasern und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE4306441C1
Application number: DE4306441A
Authority: DE
Inventors: Alireza Dr Kharazipour; Aloys Prof Dr Huettermann; Jerzy Prof Dr Trojanowski
Original assignee: Wibmer & Co KG
Current assignee: HUETTERMANN, ALOYS, PROF. DR., 37075 GOETTINGEN, D
Priority date: 1993-03-02
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2013-03-03

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen verrottbaren Formkörper auf der Basis von natürlichen pflanzlichen oder tierischen Fasern und ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers.

Mehr oder weniger verrottbare Formkörper auf der Basis von pflanzlichen Fasern sind bekannt. Sie werden überall da verwendet, wo es auf eine zeitlich begrenzte Formhaltung ankommt und nach Ablauf dieser Zeit eine möglichst umweltfreundliche Verrottung des Formkörpers gewährleistet sein soll.

Solche verrottbaren Formkörper werden beispielsweise in der Gärtnerei zur Anzucht von Pflanzen verwendet. Ein Pflanztopf dieser Art ist aus der DE 82 12 729 U1 bekannt. Er besteht aus getränkter Bitumenpappe, die eine relativ lange Verrottungszeit aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verrottbaren Formkörpers, der in einer praktikabel kurzen Zeit völlig verrottbar ist, der billig herstellbar ist und außerhalb vom Erdreich eine ausreichende Haltbarkeit aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen gattungsgemäßen Formkörper gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruchs 1 und des Verfahrensanspruchs 7. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Kartoffelpülpe ist ein Abfallprodukt der Stärkeindustrie, das in großen Mengen anfällt. Sie besteht aus der zerkleinerten Kartoffelschale und den Resten des Fruchtfleisches, denen die Kartoffelstärke entzogen worden ist. Versuche haben ergeben, daß Kartoffelpülpe auf pflanzliche oder tierische Fasern keinerlei Bindemittelwirkung ausübt.

Kartoffelpülpe weist eine mittlere Teilchengröße von etwa 1,0 bis 1,2 mm auf. Die obere Grenze der absoluten Teilchengröße liegt bei etwa 1,7 mm, die untere Grenze bei etwa 0,4 mm. Die Tatsache, daß Teilchen mit einer solchen Größe beispielsweise in Fließgewebe nicht penetrieren können, liefert eine Erklärung dafür, daß naturbelassene Kartoffelpülpe auf pflanzliche oder tierische Fasern keine Bindungswirkung ausübt.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß im Gegensatz hierzu vorbehandelte Kartoffelpülpe, die auf eine Teilchengröße von weniger als 350 µm zerkleinert worden ist, eine gute Bindungswirkung auf tierische und pflanzliche Fasern ausübt. Dies gilt insbesondere für vliesartige oder papierartige Faser-Flächengebilde, in die nicht zerkleinerte Pülpeteilchen offensichtlich nicht im erforderlichen Maß eindringen können.

Als natürliche pflanzliche oder tierische Fasern werden Fasern eingesetzt, die in der in der Natur vorkommenden Form bereits ihre natürliche Faserstruktur aufweisen.

Holzprodukte, die einer Zerfaserung oder einem chemischen Aufschluß unterworfen worden sind, werden nicht verwendet. Beispiele für eingesetzte Fasern sind unter anderem Flachs, Baumwolle, Jute und Tierhaare. Insbesondere werden Flachskurzfasern eingesetzt, die eine Faserlänge von weniger als 20 mm aufweisen. Flachskurzfasern sind in der Textilindustrie im allgemeinen nicht verwendbar und stehen deshalb kostengünstig aus heimischer Produktion zur Verfügung.

Die eingesetzten Pülpeteilchen müssen auf eine Teilchengröße von weniger als 350 µm zerkleinert werden. Bevorzugt werden sie auf eine noch geringere Teilchengröße zerkleinert, beispielsweise auf weniger als 300 µm.

Je kleiner die Teilchengröße der Pülpeteilchen ist, um so besser ist ihr Penetrationsvermögen zwischen die Faserlagen und damit ihre Bindungswirkung. Jedoch ist eine Zerkleinerung auf mittlere Teilchengröße von weniger als 100 µm bereits sehr aufwendig und wird daher nur in speziellen Fällen sinnvoll sein.

Zur Zerkleinerung der Pülpeteilchen eignen sich alle bekannten Verfahren, insbesondere mechanische Verfahren. Solche Verfahren sind beispielsweise Zerkleinerung in einem Mischer, in Kugelmühlen, insbesondere Rührwerkskugelmühlen, oder in Homogenisatoren, insbesondere Hochdruckhomogenisatoren, oder Tiefgefrieren und anschließendes Vermahlen.

Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zur Herstellung von folienartigen oder plattenartigen Flächengebilden.

Zur Herstellung der Formkörper wird die Kartoffelpülpe, die bei der Stärkeherstellung in Form der sogenannten Naßpülpe mit einem Wassergehalt von etwa 75 bis 95% anfällt, zunächst nach Bedarf auf einen Feststoffgehalt von weniger als 15 Gew.-% verdünnt. Im allgemeinen wird mit Pülpe gearbeitet, die einen Feststoffgehalt von weniger als 10 Gew.-% aufweist. Die Pülpe kann auch in Form der sogenannten Preßpülpe eingesetzt werden, die einen Feststoffgehalt von etwa 15 bis 25 Gew.-% aufweist. Sie muß wie oben angegeben verdünnt werden.

Die zerkleinerte Kartoffelpülpe wird mit bekannten Verfahren, wie Tränken, Besprühen oder dergleichen auf die Fasern aufgebracht.

Die mit Pülpelösung getränkten Fasern werden dann vorzugsweise zuerst auf mechanischem Wege, z. B. durch Abpressen, oder dergleichen, von überschüssigem Wasser befreit.

Dann erfolgt eine Druck- und Wärmebehandlung, die nacheinander, aber auch gleichzeitig erfolgen kann. Die Wärmebehandlung erfolgt bei Temperaturen von etwa 100 bis 200°C, vorzugsweise bei etwa 140 bis 160°C. Bei diesen Temperaturen erfolgt eine Bindung zwischen den Fasern und den Pülpeteilchen, die in ihrer Wirkung der Bindung mit konventionellen Kunstharzbindemitteln durchaus gleichwertig ist.

Die Wärmebehandlung kann auf folgende Weise erfolgen:
Im Durchlauftrockner, über Drahtgewebeband, über Spannrahmen mit Warmluft oder über Trockenzylinder.

Die Wärmebehandlung kann auch gleichzeitig mit der Druckbehandlung in einer heizbaren Presse erfolgen.

Die Druckbehandlung erfolgt im allgemeinen bei Drücken von etwa 5 bis 20 kp/cm².

Vorzugsweise kommen Drücke von etwa 7 bis 10 kp/cm² zur Anwendung.

Die Haltbarkeit der verrottbaren Formkörper läßt sich durch den Gehalt an Kartoffelpülpe, Art der pflanzlichen oder tierischen Fasern und Vliesdichte verändern.

Aufgrund ihrer Zusammensetzung enthalten die Formkörper keinerlei Fungizide, Schwermetalle oder ähnliche Schadstoffe, wie es bei entsprechenden Formkörpern der Fall ist, die auf der Basis von Altpapier hergestellt werden. Entsprechende Formkörper auf der Basis von Altpapier verrotten daher wesentlich langsamer.

Die Formkörper eignen sich insbesondere in Form von Folien ausgezeichnet zur Herstellung von Pflanztöpfen für die Anzucht von Pflanzen. Die Haltbarkeit und die mechanische Festigkeit sind gut. Eine gute Durchwurzelung ist gegeben. Besonders vorteilhaft ist der Gehalt an Protein und Aminosäuren der Pülpe für das Wachstum der Pflanzen. Eine zusätzliche Stickstoffversorgung wie bei den bekannten Pflanztöpfen auf der Basis von Altpapier ist nicht erforderlich.

Das mit Kartoffelpülpe imprägnierte Material wird durch Bodenpilze aktiv abgebaut. Die Abbaurate liegt in Laborversuchen bei etwa 1% pro Woche. Dabei werden keine Schadstoffe, wie z. B. Schwermetalle, in den Boden eingebracht.

Die Formkörper können weitere übliche Zusatzstoffe enthalten. So können z. B. zugesetzt werden, mit denen sich die Hydrophilie bzw. Hydrophobie beeinflussen läßt. Weitere mögliche Zusatzstoffe sind beispielsweise Farbstoffe oder Fungizide, mit denen sich der Pilzbefall steuern läßt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Aus Kurzflachfasern wird ein Vlies mit ca. 300 g/m² hergestellt und aufgerollt.

Kartoffelpülpe wurde in einem Homogenisator auf eine mittlere Teilchengröße von 300 µm zerkleinert. Aus der Pülpe wurde folgende Zusammensetzung hergestellt:

100 g zerkleinerte Pülpe, 20 Gew.-% Trockensubstanz,
250 ml Wasser,
1 Gew.-%, bezogen auf die Mischung aus Pülpe und Wasser, Bienenwachs-Emulsion, bestehend aus 50 Gew.-% Wachs und 50 Gew.-% Wasser.

Die Komponenten wurden zusammengegeben und in einem Homogenisator 15 min gemischt.

Das Flachsvlies wurde von einer Rolle gezogen und beidseitig mit der Kartoffelpülpe beschichtet. Die Kartoffelpülpe war dickflüssig und lief von dem Vlies nicht ab. Das getränkte Vlies wurde auf eine Restfeuchte von 25% getrocknet und bei 160°C und 8 kp/cm² zu einer Bahn verpreßt.

Der so erhaltene folienartige Formkörper wurde in Schmalbahnen geschnitten und aufgerollt. Aus dem folienartigen Formkörper wurden Formteile gestanzt und zu Pflanzentöpfen zusammengesetzt.

Zum Vergleich wurde eine entsprechende Folie ohne Pülpe hergestellt.

Die erhaltenen Schmalbahnen hatten folgende Eigenschaften:

Beispiel 2

Es wurde eine Schmalbahn wie in Beispiel 1 hergestellt mit folgender Kartoffelpülpezusammensetzung:

100 g vorbehandelte Pülpe,
300 g Wasser,
2 Gew.-%, bezogen auf Mischung Pülpe u. Wasser Wachsemulsion wie in Beispiel 1
Preßzeit 5 min.

Die Schmalbahn hatte folgende Eigenschaften:

Beispiel 3

Analog Beispiel 1 wurde aus einem Flachs-Jute-Vlies (50 : 50 Teile) mit folgender Pülpelösung eine Schmalbahn hergestellt:

1 Gewichtsteil Pülpe, zerkleinert, 20 Gew.-% Trockensubstanz
3,5 Gewichtsteile Wasser,
1 Gew.-% Bienenwachsemulsion wie in Beispiel 1
Pressung: 4 min bei 160°C und 10 kp/cm².

Die Trockenbruchlast betrug in zwei Parallelversuchen:

längs der Faser
quer zur Faser
50 N/mm²
33,5 N/mm²
44,8 N/mm²	33,3 N/mm²

Beispiel 4

Analog Beispiel 1 wurden Parallelversuche mit zerkleinerter und nicht zerkleinerter Kartoffelpülpe durchgeführt. Die Kartoffelpülpelösung war jeweils wie folgt zusammengesetzt:

1 Gew.-Teil Pülpe, vorbehandelt bzw. unvorbehandelt
3 Gew.-Teile Wasser,
2 Gew.-% Bienenwachs-Emulsion, Zusammensetzung wie in Beispiel 1
Pressung: 3 min bei 160°C und 10 kp/cm².

Die Trockenbruchlasten betrugen (in N/mm²):

Claims

1. Verrottbare Formkörper auf der Basis von natürlichen pflanzlichen oder tierischen Fasern,
dadurch gekennzeichnet, daß er 99 bis 50 Gew.-% Fasern und
1 bis 50 Gew.-% einer vorbehandelten Kartoffelpülpeenthält, wobei die Teilchen der Kartoffelpülpe durch die Vorbehandlung auf eine mittlere Teilchengröße von weniger als 350 µm zerkleinert worden sind, und die Angaben in Gew.-% sich auf Trockensubstanz beziehen.

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen der Kartoffelpülpe auf eine mittlere Teilchengröße von weniger als 300 µm zerkleinert worden sind.

3. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 97 bis 70 Gew.-% Fasern und
3 bis 30 Gew.-% vorbehandelte Kartoffelpülpeenthält.

4. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 90 bis 89 Gew.-% Fasern und
10 bis 20 Gew.-% vorbehandelte Kartoffelpülpeenthält.

5. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fasern Flachs-Kurzfasern mit einer mittleren Faserlänge von etwa 5 bis 20 mm enthalten sind.

6. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in Form eines vliesartigen oder papierartigen Flächengebildes enthalten sind.

7. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbehandelte Kartoffelpülpe auf ein vlies- oder papierartiges Flächengebilde aufgebracht und mittels Spannrahmen oder Drahtgewebeförderband zu einem mit einer Heizvorrichtung versehenen Glättwerk oder Kalibrierkalander gebracht wird, wo es auf eine bestimmte Dicke gebracht und getrocknet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das imprägnierte Flächengebilde auf eine Dicke von etwa 1,0 bis 1,4 mm gebracht wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern mit der Kartoffelpülpe, die mittels einer mechanischen Zerkleinerung vorbehandelt wurde, nach Bedarf unter Zusatz von Wasser, zu einem Brei, angerührt werden, in Form gefüllt und entwässert, gepreßt und getrocknet werden.

10. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels einer mechanischen Zerkleinerung vorbehandelte Kartoffelpülpe mit den Fasern zu einem Brei verarbeitet, in Formen gefüllt und einer Wärme- und Druckbehandlung unterzogen wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kartoffelpülpe in einer Mühle oder einem Homogenisator zur Zerkleinerung vorbehandelt wird.