DE4328195A1 - Verfahren zur Herstellung von Faserplatten und Faserformteilen mittlerer und hoher Dichte im Trockenverfahren aus lignocellulosen Fasern und chemisch modifizierten Polyamid-Polyurethan-Sekundärtextilien - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Faserplatten und Faserformteilen mittlerer und hoher Dichte im Trockenverfahren aus lignocellulosen Fasern und chemisch modifizierten Polyamid-Polyurethan-SekundärtextilienInfo
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Description
Das Anwendungsgebiet ist die Herstellung von Holz- und holzartigen Werkstoffen unter
gleichzeitiger Verwendung chemisch modifizierter Textilien als Zusatzstoff.
Der ständig wachsende Anfall von Abfall und Sekundärmaterialien zwingt den Gesetz
geber zu einschneidenden Maßnahmen. Dabei wird darauf orientiert, anfallende Abfälle
in erster Linie während der Produktion zu vermeiden oder zu verringern; wenn diese
Wege nicht möglich sind, ist eine sachgemäße Wiederverwendung zu prüfen. Erst wenn
auch dieses nicht angeht, sind energetische Nutzung und Deponie die letzten Entsorgungs
möglichkeiten. Aber auch an die Deponie sind hohe Forderungen gestellt, denn nur
solche Abfälle können deponiert werden, die sich unter Naturbedingungen resistent
verhalten oder keine neuen schädlichen Nebenprodukte bilden.
Die Textilindustrie hat mode- und verschleißbedingt einen beträchtlichen Anteil am Müll
aufkommen, insbesondere durch den Einsatz von Faserstoffmischungen für die Beklei
dung sowie Folien und Kartonagen für deren Verpackungen.
Während natürliche Polymere wie Wolle, Baumwolle, Seide und Viskose abbaufähig
sind und sich wieder in den Naturkreislauf einordnen lassen, sind Chemiefaserstoffe
und Folien entsprechend ihren Synthesezielen weitgehend mikrobiell resistent.
Daraus leitet sich die Aufgabe ab, forschungsseitig stärker nachzudenken, wie ver
brauchte synthetische Polymere im Sinne der Rücknahmepflicht recyclingfähig gemacht
werden können oder wie durch polymere Struktureingriffe eine Neuverwertung bei
gleichzeitiger biologischer Abbaufähigkeit durch z. B. Bodenorganismen möglich ist (2).
Es gibt im Zusammenwirken von Holz- und Textilindustrie vielfältige Ansätze, span-
und faserförmige Partikeln mit zerkleinerten Textilresten verschiedenster Art und Her
kunft zu kombinieren und zu neuen Werkstoffen (agglomerierte Werkstoffe) zu ver
arbeiten (1, 4).
Immer jedoch ist es notwendig, zur Erzielung eines festen Verbundes der Partikeln
zu Platten zusätzlich synthetische Bindemittel wie Phenol- oder Harnstoffharze oder
Isocyanate einzusetzen, die einerseits eine merkliche Kostenquelle darstellen und
andererseits das spätere Recycling des neuen Produktes erschweren. Hinsichtlich
der Eigenschaften der erzeugten Composites waren beim Einsatz von 10-20%
Polyesteranteilen bzw. Polypropylenanteilen keine überraschenden Ergebnisse er
kennbar. Hoher Energieaufwand für die Zerkleinerungsprozesse unbehandelter
Textilien verteuern die Werkstoffe weiterhin.
Polyamid ist einer der wichtigsten Faserstoffe in der Textilindustrie und der wich
tigste überhaupt in Verbindung mit Polyurethan und anderen natürlichen Faser
stoffen in der Strumpfbranche. Feine Damenstrumpfwaren haben wegen ihrer hohen
Empfindlichkeit oft nur eine durchschnittliche Lebensdauer von 150 Tragestunden.
Nach eignen Untersuchungen gibt es geringe Anzeichen einer Verrottung im
Erdeingrabetest nach einem Jahr. Gegenüber UV-Licht anfälliger;
durch zugesetzte Mattierungsmittel und Antioxidantien erreicht man maximal nach
einem halben Jahr beim Bewitterungstest einen Festigkeitsverlust von 80%.
Es ist auch bekannt, daß eine UV-Behandlung Polyethylen und Polypropylen für
nachfolgende Abbauprozesse zugängiger macht (5).
Da die Wiederverwendung der Polyamidkomponente bei Vorhandensein von
Polyurethan überdurchschnittlich erschwert wird (schwierige und aufwendige
chemische Trennprozesse), wurde versucht, die mechanisch zerkleinerte Textil
faserkombination mit lignocellulosen Fasern, hergestellt z. B. nach dem Defibrator
prozeß, zu vermischen und Formteile oder Platten im Heißpreßverfahren herzu
stellen. Aber erst die Verwendung von Zusatzbindemitteln brachte ausreichende
Werkstoffeigenschaften.
Literatur:
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(2) Schüer, H. U. (1992): Schwerpunkte im Umweltschutz II. Textilbericht 6 S. 10-12
(3) Wemhöfer, H. (1993): Membranpreßtechnik, eine komplexe Technologie. Holz-Zentralblatt Stuttgart Nr. 7 S. 103
(4) Youngquist, J. A.; Krysik, A. M.; Muehl, J. H. and Carll, Ch. (1992): Mechanical and physical properties of air-formed wood - fiber/ polymer - fiber composites Forest Prod. J. Vol. 42 No. 6 S. 42-48
(5) Kost, U.: Neues Leben aus dem Abfall. Dreisam-Verlag Freiburg i. Br. (1987)
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(5) Kost, U.: Neues Leben aus dem Abfall. Dreisam-Verlag Freiburg i. Br. (1987)
Patentrecherchen: Es wurden folgende Gebiete recherchiert
B 09, B 1/00 und 3/00 | |
Abfall, Deponie Recycling | |
C 08, J 11/00 | Kunststoffe, abbaubar |
C 12, P und Q | Anwendungen und Untersuchungsverfahren für Mikroorganismen und Enzyme |
D 06, M | Textilbehandlung |
Bei den Untersuchungen, das Zusatzbindemittel durch Modifikation der Textilkompo
nente zu substituieren, wurde überraschend ein polymeres Abbauverfahren, vorrangig
für Polyamid- und Polyurethanfaserstoffe, gefunden, das es gestattet, z. B. Holzpartikel -
Textilfaser - Composites im Heißpreßverfahren herzustellen, bei welchen auf jegliches
synthetisches Zusatzbindemittel verzichtet werden kann, aber ein Einsatz von bis über
50% Textilreste möglich ist.
Das Prinzip des Polymer-Abbauverfahrens beruht auf der Grundlage, daß im Gefüge
der Textilfasern in wenigen Minuten Behandlungszeit mit einer umweltfreundlichen
Salzlösung aus Magnesiumnitrat und thermischer Trocknung bei 120 bis 150°C in
etwa 15 Minuten eine Degradation erreicht wird, für die die Natur mehrere Jahre
benötigt. Derartig behandelte Textilien erleiden einen solchen polymeren Abbau und
Festigkeitsverlust, daß sie tierunabhängig leicht zerkleinert werden können. In diesem
Zustand eignen sie sich zur Verarbeitung zu neuen Werkstoffen nach Ablauf der Primär
nutzungsphase. Vorteilhaft für die Weiterverarbeitung sind auch der Farbverlust bei
dieser Behandlung, die auffallend erniedrigte Zerreißenergie (Senkung der Aufschluß
kosten) und die stark reduzierten thermischen Konstanten um 30 bis 60°C für den
Plastifizierungs- und Schmelzbereich. Bedingt durch die chemische Modifikation
werden die Faserstoffe direkt bindungswirksam und sind auch in dieser Form durch
Bodenbakterien leichter angreifbar. Die behandelten Textilfaserstoffe reagieren
pH-neutral.
Als Behandlungsvorrichtung eignen sich vorrangig Kontinuetrockner, die die mit der
Behandlungslösung imprägnierten Textilien trocknen.
Auf den Einsatz von Schwermetallverbindungen kann verzichtet werden. Der Degra
dationsmechanismus des Magnesiumnitrates auf das Polyamid/Polyurethan-Gemisch
ist vorerst wissenschaftlich nicht geklärt. Wird beispielsweise ein Kationenaustausch
durch Kaliumnitrat oder ein Anionenaustausch durch Magnesiumchlorid vorgenommen,
so tritt der gewünschte Polymerabbaueffekt nicht ein.
Das so behandelte Textilmaterial wird in einem Aufschlußaggregat (Schneidgranulator,
Mühle, Cutter o. ä.) zerkleinert; die gewünschte Endgröße der Partikeln kann unter
schiedlich gewählt werden und wird in der Regel durch das Aufschlußaggregat bestimmt.
Am besten ist eine Partikelform und -größe, die ausreichende technologische Manipu
lierfähigkeit gewährleistet.
Die chemisch modifizierten Textilfasern werden in Zugaben bis zu 60% in einem
Wirbelmischer mit dem trocknen Faserstoff (Stoffeuchtigkeit unter 15%) vermischt,
durch Schüttung, Wurf- oder Windstreuung zu einem Vlies geformt und in einer
Heißpresse bei 150 bis 210°C verpreßt. Während des Heißpressens gehen die modi
fizierten Textilanteile in eine fließfähige Phase über, benetzen die Holzfasern und binden
wieder zu einem festen Polymer ab. Dieses übernimmt nun im Faserverband die Auf
gabe des Bindemittels.
Es ist möglich, Faserplatten oder Faserformteile mittlerer und hoher Dichte herzu
stellen. Für die Formteilherstellung sind bekannte Matritzenpressen oder die Membran
preßtechnik (3) anwendbar.
Fehlerhafte Feinstrumpfhosen, Strumpfhosenabfälle oder Verarbeitungsreste aus Satin-
Sheers (PA/PU) werden 5 Minuten bei Raumtemperatur mit einer 10%igen wäßrigen
Magnesiumnitrat-6 Hydrat-Lösung getränkt und so abgequetscht oder geschleudert,
daß eine Restfeuchte von ca. 100% erhalten bleibt. Danach werden die Produkte über
eine Zeit von 15 Minuten bei 130°C thermobehandelt (getrocknet).
Die gelblich verblaßten Textilien sind sofort leicht zerreißbar.
Gröbere Abfälle aus der Kinderstrumpfhosen- und Herrensockenproduktion aus Polyamid
werden wie im Ausführungsbeispiel 1 behandelt.
Die gelblich verblaßten Abfälle haben ihre Ausgangsfestigkeit verloren und sind leicht
aufschließbar.
Die nach Ausführungsbeispiel 1 behandelten textilen Stoffe werden einem biologischen
Abbautest durch Bodenorganismen unterworfen. Die Erzeugnisse sind durch den Polymer
abbau mikrobiell leichter angreifbar als unbehandelte Produkte. Die Abbaurate durch
Bodenorganismen erhöht sich.
Die nach Ausführungsbeispiel 1 behandelten Strumpfhosenabfälle werden zerkleinert und
in den Verhältnissen 15, 30 und 45 Gew.-% dem getrockneten Holzfaserstoff beigegeben,
das Gemisch im Streuverfahren zum Vlies gebildet und zwischen Blechen bei 210°C in
6 Minuten zu einer 5 mm Platte verpreßt. Die eingestellte Rohdichte der Platte beträgt
750 kg/m³.
Claims (7)
1. Verfahren zum schnellen polymeren Abbau von Polyamid- und Polyurethan
faserstoffen und deren Homologen und Mischungen mit anderen Faserstoffen,
gekennzeichnet dadurch, daß diese Stoffe ganz oder teilweise bestehend aus
Polyamid und Polyurethan mit 25%iger Erdalkalinitrat-Lösung, vorzugsweise
mit einer 10%igen Magnesiumnitrat-6 Hydrat-Lösung, behandelt werden, dann
auf eine Restfeuchte von ca. 100% entwässert und 10 bis 30 Minuten bei
120 bis 150°C thermobehandelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß statt der Erdalkali
nitrate Asche aus der Kohleverbrennung, die selbst hohe Anteile an Calcium,
Magnesium, Eisen uund Aluminium enthält, mit 5 bis 15% verdünnter Salpeter
säure behandelt wird und das ausgepreßte Reaktionswasser dem Polymer zu
gesetzt wird. Es tritt die gleiche Wirkung ein.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß durch erzielten hohen
Festigkeitsverlust und in der Regel auch Farbverlust und erniedrigten Schmelzpunkt
bzw. Plastizitätsbereich eine Weiterverarbeitung für Recyclingaufgaben und energie
arme Zerkleinerung erleichtert werden (z. B. ist keine Komponententrennung von
PA und PU erforderlich).
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die so vorbehandelten
und ausgewaschenen Polyamid/Polyurethanfaserstoffe biologisch wesentlich besser
durch Mikroorganismen und Enzyme abbaubar sind. Durch den polymeren Abbau
mit Mg(NO₃)₂ × 6H₂O ist die Zugänglichkeit für Enzyme und Zellmembranen der
Bakterien so erweitert, daß sich die Abbaurate erheblich erhöht. Damit wird die
biologische Abbaubarkeit um mehr als ein Drittel gesteigert.
5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der vorbehandelte
Polyamid/Polyurethanfaserstoff mechanisch zerkleinert und in Anteilen bis mehr
als 60%, vorzugsweise 30 bis 50%, luftrockenem lignocellulosem Faserstoff
(Holzfaserstoff, Papierfaserstoff u. a.) beigemischt und in einer Heißpresse bei
150 bis 210°C, vorzugsweise 170 bis 180°C, das daraus hergestellte Vlies zu
Faserplatten oder Faserformteilen verpreßt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß durch den Einsatz des
behandelten Textilfaserstoffes die Anwendung von Zusatzklebstoffen entfällt und
damit holzanaloge Werkstoffe hergestellt werden, die sich durch verminderte
Quellwerte und eine verbessserte biologische Abbaubarkeit auszeichnen.
Entsprechend der Wahl der Komponenten sind gezielt variable elastomechanische
Eigenschaften erreichbar.
7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der chemisch behandelte
Faserstoff mit unbehandeltem Faserstoff gleicher Art oder anderer chemischer
Zusammensetzung (z. B. Synthesefaserstoffe, Baumwolle, mineralische Faserstoffe, natür
liche lignocellulose Fasern u. ä.) gemischt, geformt und zu Werkstoffen heiß verpreßt
wird.
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DE4328195A Withdrawn DE4328195A1 (de) | 1993-08-21 | 1993-08-21 | Verfahren zur Herstellung von Faserplatten und Faserformteilen mittlerer und hoher Dichte im Trockenverfahren aus lignocellulosen Fasern und chemisch modifizierten Polyamid-Polyurethan-Sekundärtextilien |
DE1995105337 Ceased DE19505337A1 (de) | 1993-08-21 | 1995-02-17 | Verfahren zur Herstellung von Faserplatten und Faserformteilen mittlerer und hoher Dichte im Trockenverfahren aus lignocellulosen Fasern und chemisch modifizierten Polyamid - Polyurethan - Sekundärtextilien |
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DE1995105337 Ceased DE19505337A1 (de) | 1993-08-21 | 1995-02-17 | Verfahren zur Herstellung von Faserplatten und Faserformteilen mittlerer und hoher Dichte im Trockenverfahren aus lignocellulosen Fasern und chemisch modifizierten Polyamid - Polyurethan - Sekundärtextilien |
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