DE4404322A1 - Verfahren zur Herstellung von geschäumtem Material aus Altpapier u. dgl. - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von geschäumtem Material aus Altpapier u. dgl.Info
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- D21F5/16—Drying webs by electrical heating
- D21F5/167—Microwave heating
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
geschäumtem Material aus Altpapier und dgl. mit beliebiger
Ausgangsform. Als Rohstoffe sind gleichermaßen Papier, Pappe,
Altpappe oder Materialien mit ähnlichen Eigenschaften
einsetzbar, entweder sortengerecht oder als Rohstoffgemisch.
Die Erfindung soll vorzugsweise einen Beitrag zum
Umweltschutz durch Wiedergewinnung und Aufarbeitung von
Sekundärrohstoffen, die im erheblichen Umfang zur Verfügung
stehen, leisten.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können verschiedene
Endprodukte hergestellt werden, insbesondere Bauelemente zur
Wärme- und Trittschalldämmung, sowie solche zur Schwingungs-
und Stoßdämpfung, weiterhin Dacheindeckungs- bzw.
Wandverkleidungstafeln, Verbundplatten, sonstige Formkörper
zur Verwendung als Füllmaterial zu Isolier- und
Verpackungszwecken. Sonderbehandlungen durch Zusatz von
beispielsweise Hydrophierungsmitteln, Flammenschutzmitteln,
fäulnishemmenden Stoffen oder von Reaktionshelfern sind
möglich.
Die Aufzählungen sind als Beispiele zu verstehen.
Die Analyse des Standes der Technik hat ergeben, daß bereits
mehrere Verfahren zur Herstellung solcher Produkte bekannt
und einige offensichtlich auch in Benutzung sind. Auch
entsprechende Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren
sowie das Endprodukt selbst findet sich im dokumentierten
Stand der Technik wieder. Hierzu wird auf die nachfolgend
aufgelisteten Dokumente verwiesen:
DE 31 14 527, DE 33 07 736, DE 34 20 195, DE 34 44 264, DE 35 10 214, DE 35 22 395, DE 36 24 164, DE 36 41 464, DE 37 04 309, DE 37 18 545, DE 39 00 289, DE 40 25 694, DE 41 35 069, DE 92 00 066, DE 92 16 620, DE 93 03 498.
DE 31 14 527, DE 33 07 736, DE 34 20 195, DE 34 44 264, DE 35 10 214, DE 35 22 395, DE 36 24 164, DE 36 41 464, DE 37 04 309, DE 37 18 545, DE 39 00 289, DE 40 25 694, DE 41 35 069, DE 92 00 066, DE 92 16 620, DE 93 03 498.
Ein wesentlicher bekannter Verfahrensschritt ist die
Herstellung eines flüssigen, bzw. wäßrigen Breis aus den
genannten Rohstoffen, im folgenden Beschreibungstext mit
Papierbrei bezeichnet, einschließlich Zerkleinerung und
Mischung der Komponenten.
Diese vorbereitenden Maßnahmen sind nicht Gegenstand der
Erfindung, vielmehr wird darauf zurückgegriffen.
Von besonderer Bedeutung ist die Wärmebehandlung des zur
Verfügung stehenden Papierbreis.
Die bekannten technischen Lösungen zur Wärmebehandlung des
Papierbreis greifen ausnahmslos auf konventionelle Verfahren,
Vorrichtungen bzw. Anlagen zurück.
Unter konventionell wird verstanden:
- - Die Expansion der Masse wird durch Wärmeeintrag bei Temperaturen von 120-140°C erreicht,
- - Wärmebehandlung bei Temperaturen über 200°C bei Wasserdampfsättigung in einem Autoklaven,
- - Thermische und mechanische Energieeinleitung im Extruder; Beim Verlassen des Extruders schäumt die Masse infolge Temperatur- und Druckabfall auf,
- - Erwärmung unter Druckanwendung allgemein,
- - Behandlung mit Heißluft und Dampf.
Diese Verfahren sind sämtlich durch hohen Energiebedarf
gekennzeichnet, der oftmals mit einem erheblichen apparativen
Aufwand einhergeht, der wiederum aus der hohen Zahl von
Verfahrensschritten resultiert. Sie arbeiten überwiegend
diskontinuierlich, weil die benötigten hohen Energiemengen
nicht innerhalb kürzester Zeit eintragbar sind. Die
Flüssigkeitsverdampfung ist durch eine gewisse
Zeitverzögerung und Trägheit charakterisiert. Daher ist die
Leistungsfähigkeit nur für eine begrenzte Anzahl von
Anwendungsfällen ausreichend.
Die Nachbehandlung und etwaige Sonderbehandlungen sind,
ebenso wie die Herstellung des Papierbreis, nicht Gegenstand
des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hier wird auf bewährte
Mittel und Methoden zurückgegriffen.
Somit war die Aufgabe zu lösen, die bekannten Verfahren
zeitlich zu verkürzen, was letztlich die Voraussetzung dafür
ist, daß der Prozeß auch kontinuierlich durchführbar ist, daß
der apparative Aufwand und Wärmeverluste reduziert werden
können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß wie folgt gelöst:
Bekanntermaßen schäumt ein mit Flüssigkeit versetzter Papierbrei bei der Behandlung mit Wärmeenergie dann auf, wenn die Flüssigkeit zu verdampfen beginnt. Durch Zusätze kann dieser Effekt noch verstärkt werden.
Bekanntermaßen schäumt ein mit Flüssigkeit versetzter Papierbrei bei der Behandlung mit Wärmeenergie dann auf, wenn die Flüssigkeit zu verdampfen beginnt. Durch Zusätze kann dieser Effekt noch verstärkt werden.
Dieser Vorgang ist darin begründet, daß der Übergang der
Flüssigkeit in die gasförmige Phase mit einer beachtlichen
Volumenvergrößerung verbunden ist. Der aus dem Papierbrei
abströmende Dampf schafft sich die notwendigen Strömungswege.
Die infolge des Flüssigkeitsentzuges einsetzende Verfestigung
des Papierbreis bewirkt, daß die Strömungswege als Hohlräume
erhalten bleiben.
Hier setzt die erfindungsgemäße Lösung an.
Es wird vorgeschlagen, den Papierbrei anstelle der
konventionellen Wärmebehandlung einer Mikrowellenstrahlung
auszusetzen, die vorzugsweise im Bereich von 915 MHz und
2,45 GHz liegt.
Die Vorteile dieser Methode des Energieeintrages liegen darin
begründet, daß mit Mikrowellen, im Unterschied zu
Wärmestrahlen, sehr hohe Energiedichten realisierbar sind und
die Energie nicht von der Oberfläche aus auf den Papierbrei
einwirkt, sondern in diesen eindringt und die Flüssigkeit
direkt erhitzt und zum Verdampfen bringt. Bei entsprechender
Energiedichte vollzieht sich der Prozeß so heftig, daß der
entstehende Dampf durch die Schaffung von Wegen für seine
Abströmung aus dem Volumen des durchstrahlten Papierbreis zu
einem Aufblähen der Masse führt und diese in einen porösen
Zustand versetzt.
Da dieser Vorgang infolge des Flüssigkeitsentzuges
gleichzeitig ein Trocknungsprozeß ist, setzt während der
Volumenvergrößerung des Papierbreis eine Materialverfestigung
ein, die die im Papierbrei erzeugten Hohlräume stabilisiert.
Der Prozeß kann durch schaumbildende und stabilisierende
Zusätze unterstützt werden.
Der beschriebene Vorgang ist auf folgende physikalische
Effekte zurückzuführen, deren technische Umsetzung Gegenstand
der Erfindung ist.
Mikrowellenstrahlung ist in der Lage, Materialien mit
entsprechender Dielektrizitätskonstante, beispielsweise Glas
oder Papier, ohne Energieverlust zu durchdringen. Andere
Materialien absorbieren Mikrowellenstrahlung, d. h. sie
übernehmen die Energie der Mikrowellen. Dieser Vorgang wird
auch als Ankoppeln an die Mikrowellen bezeichnet. Dies
geschieht im molekularen Bereich und äußert sich in einer
Erwärmung des ankoppelnden Materials. Zu diesem Material
gehört beispielsweise Wasser im flüssigen Zustand. In einem
wasserhaltigen Papierbrei wird die durch die Mikrowellen
bereitgestellte Energie demnach direkt und nur an die
Wassermoleküle übertragen. Die Wärme entsteht im
durchstrahlten Volumen, also im Inneren des Körpers, durch
Dissipation und muß nicht, wie bei einem Wärmetransport mit
einer Temperaturdifferenz als Triebkraft, von außen nach
innen übertragen werden. Deshalb erwärmt sich ein Körper
unter Mikrowellenbestrahlung im gesamten durchstrahlten
Volumen gleichmäßig. Infolge von Wärmeverlusten an der
Körperoberfläche kann die volumenspezifisch gespeicherte
Wärmemenge im Körperinneren sogar größer als in der Nähe
seiner Oberfläche sein. Bei entsprechender Energiedichte, die
zum Verdampfen von Wasser führt, entsteht im Inneren des
durchstrahlten Körpervolumens ein Überdruck, der zum
Abströmen des Wasserdampfes in Richtung Körperoberfläche
führt.
Ist der bestrahlte Körper nicht formstabil, wie bei dem
betrachteten Papierbrei, dann werden durch den abströmenden
Dampf im Körper Strömungswege in Form von Hohlräumen
geschaffen. Der Körper nimmt eine poröse Struktur an.
Er lockert beträchtlich auf. Sein Volumen vergrößert sich.
Da in diesem Stadium gleichzeitig der Härtungsprozeß infolge
Trocknung des Materials einsetzt, bleibt diese voluminöse und
poröse Struktur erhalten.
Bestimmte Zusätze, wie Bindemittel oder Schaumbildner
unterstützen diesen Prozeß.
Verfahrenstechnisch bedeutet das eine erhebliche
Vereinfachung der Nachbehandlung. Gegebenenfalls werden
Verfahrensschritte eingespart.
Eine technische Lösung für die Durchführung dieses Verfahrens
zur Herstellung von geschäumtem Material, insbesondere
Formkörpern, hängt von der Zielstellung der Produktion ab und
kann sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich
betrieben werden.
Apparativ ist zu garantieren, daß unter Berücksichtigung der
Volumenvergrößerung des Papierbreis eine weitgehend
ungehinderte Bestrahlung mit Mikrowellen möglich ist und
gleichzeitig der Wasserdampf ungehemmt aus der Form abströmen
kann.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von geschäumtem Material aus
Altpapier und dgl. mit beliebiger Form, wobei aus den
genannten Rohstoffen in vorbereitenden Verfahrensschritten
ein mit Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, versetzter Brei
hergestellt wird, der mit Zusätzen zur Erzielung gewünschter
Eigenschaften des Endproduktes versehen werden kann, dadurch
gekennzeichnet, daß das Aufschäumen und Verfestigen des Breis
unter Einwirkung von Mikrowellenstrahlung erfolgt.
2. Verfahren zur Herstellung von geschäumtem Material nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
flüssigkeitshaltige Brei, nachfolgend als Papierbrei
bezeichnet, in der erforderlichen Menge in eine beliebige
Form eingebracht und anschließend der Mikrowellenstrahlung
ausgesetzt wird, wobei die Form im Bereich der Bestrahlung
aus mikrowellendurchlässigem Material, das nicht an die
Strahlung ankoppelt, gefertigt ist, und wobei die Ausdehnung
des Papierbreis und das Verdampfen der Flüssigkeit durch die
Form nicht wesentlich behindert wird.
3. Verfahren zur Herstellung von geschäumtem Material nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der infolge
Energieeintrag entstehende Flüssigkeitsdampf abgesaugt, einem
Kondensationsprozeß unterzogen und erneut für die
Aufbereitung des Papierbreis benutzt wird.
4. Verfahren zur Herstellung von geschäumtem Material nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeß der
Aufschäumung und der Formgebung des Papierbreis je nach
Gestaltung der Form kontinuierlich oder diskontinuierlich
betrieben wird.
5. Verfahren zur Herstellung von geschäumtem Material nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aufschäumungs-
und Formgebungsprozeß eine oder mehrere Nachbehandlungsstufen
innerhalb oder außerhalb der Form folgen, die bevorzugt die
Funktionen der Nachhärtung, Resttrocknung,
Oberflächenbehandlung oder Konfektionierung haben.
6. Verfahren zur Herstellung von geschäumtem Material nach
den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in
den Magnetronen entstehende Wärme für mit thermischer Energie
verbundene Nachbehandlungsverfahren genutzt wird.
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