DE4406638A1 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Formkörpern aus cellulosehaltigem, pflanzlichem Material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Formkörpern aus cellulosehaltigem, pflanzlichem Material nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung ist ferner auf den nach einem solchen Verfahren behandelten Formkörper und dessen Verwendung gerichtet.

Formkörper aus cellulosehaltigem, pflanzlichem Material, wie sie hier betroffen sind, sind beispielsweise aus der Gärtnereipraxis bekannt und werden gerne als Austausch für Kunststoffkörper in der Blumenbinderei, beispielsweise als Grundlage für Kränze und Gestecke aller Art wie auch als Körper zum direkten Einstecken von Blumen benutzt, wenn die Körper eine hierfür ausreichende Durchdringbarkeit aufweisen. Gerade in dem erwähnten Gebiet haben die Körper aus cellulosehaltigem, pflanzlichen Material den Vorteil, daß sie praktisch aus der gleichen Grundsubstanz bestehen wie die auf ihnen angeordneten Blumenteile selbst, so daß sie mit diesen zusammen der Abfallbeseitigung durch Kompostierung oder dergl. zugeführt werden können. Letzterer Gesichtspunkt ist insbesondere in jüngster Zeit aus Umweltbelastungsgründen in den Vordergrund getreten.

Aber auch in anderen Anwendungsgebieten für solche Formkörper, wie beispielsweise Formteile für Verpackungszwecke, Möbelteile und Platten für den Bausektor tritt der Gesichtspunkt der Recyclingfähigkeit bzw. Kompostierbarkeit von solchen Formkörpern immer mehr in den Vordergrund.

Dieser Gesichtspunkt läßt sich jedoch nicht immer in Einklang mit den für die jeweiligen Anwendungsgebiete unterschiedlichen Anforderungen bringen. So müssen beispielsweise Formkörper, welche als Grundlage für Kränze und Gestecke in der Blumenbinderei dienen, einen lockeren, nicht sehr dichten Grundkörper und eine wasserabweisende Oberfläche aufweisen, Formkörper für Verpackungszwecke müssen ebenso wie Formkörper für die Möbelindustrie und für den Bausektor zusätzlich eine harte, abriebfeste Oberfläche aufweisen, die für bestimmte Anwendungszwecke auch noch optisch veredelt sein muß. Werden Formkörper mit einem geringen Bindemittelanteil, geringer Faserverdichtung oder unter Verwendung langfasriger Rohstoffe hergestellt, wenn beispielsweise ein lockeres Gefüge erwünscht ist, so haben solche Formkörper oft nicht die erforderliche Oberflächenfestigkeit.

Die Anforderungen an die Oberflächenwiderstandsfähigkeit variieren in weiten Grenzen, je nach dem Verwendungszweck des Formkörpers. Beispielsweise weisen als Verpackungseinlagen zu verwendende Formkörper andere Anforderungen an die optische und physikalische Gestaltung der Oberfläche auf als Formkörper, welche als gesamte Verpackung verwendet werden sollen.

Die Oberflächeneigenschaften von Formkörpern aus cellulosehaltigem, pflanzlichem Material werden bei bekannten Verfahren durch Auftragen von Substanzen beeinflußt, die im allgemeinen nicht recyclingfähig bzw. kompostierbar sind, so daß der mit dieser Substanz behandelte Formkörper selbst nicht mehr der Abfallbeseitigung durch Kompostierung oder dergleichen zugeführt werden kann. Beispielsweise ist in der EP-B-246 588 zwar ein Verfahren zur Herstellung von umweltfreundlichen Formkörpern aus cellulosehaltigem, pflanzlichen Material beschrieben, der Vorteil der biologischen Abbaubarkeit wird jedoch dadurch wieder zunichte gemacht, daß diese Formkörper zur Beeinflussung ihrer Oberflächeneigenschaften beispielsweise mit einer dünnen Schicht eines Kunststoffes überzogen werden.

Es sind ferner aus der DE-B-10 60 179 Formkörper bekannt, deren biologische Abbaubarkeit durch die Zugabe von einem Bindemittel an sich schon als schlecht anzusehen ist, jedoch durch die Imprägnierung mit einem wasserabweisenden Stoff weiter verschlechtert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Formkörpern zur Verfügung zu stellen, welches eine biologische Abbaubarkeit von Formkörpern aus cellulosehaltigem Material nicht beeinträchtigt, so daß die mit dem Verfahren behandelten Formkörper vollständig biologisch abbaubar sind, mit dem die Eigenschaften der Formkörper gezielt an die unterschiedlichsten Anforderungen anpaßbar sind und welches kostengünstig ist.

Im Sinne dieser Anmeldung sind dabei als Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Formkörpern solche Verfahren zu verstehen, die die Oberfläche von Formkörpern zusätzlich verfestigen, die Abriebfestigkeit erhöhen, die Oberflächen hydrophobieren oder imprägnieren, die Hitzebeständigkeit und Flammsicherheit verbessern oder die Oberflächen farblich verändern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem für die Oberflächenbehandlung bevorzugt eine Suspension auf der Basis von Papierfaserstoff und Stärke verwendet wird, die durch kurzes Aufkochen des Papierfaserstoffes mit Rohstärke in wäßriger Suspension erhalten wird. Als Papierfaserstoff wird bevorzugt trocken zerfasertes Altpapier eingesetzt, das zusammen mit der Stärke und Wasser aufgekocht wird. Vorzugsweise wird dabei eine unverkleisterte Getreide- oder Kartoffelstärke eingesetzt.

Eine solche Suspension kann im Spritz-, Streich- oder Tauchverfahren auf die Formkörper aufgetragen werden. Die Formkörper sollten sich hierfür in einem Zustand befinden, indem ihre Oberfläche noch nicht zu stark durch Trocknen verhornt oder verkrustet ist. Erfindungsgemäß wird daher bevorzugt der Trocknungsvorgang der Formkörper unterbrochen, um die Suspension auf den noch nicht voll durchgetrockneten Körper aufzutragen und diesen dann mit der Beschichtung fertig zu trocknen.

Eine Oberflächenbehandlung mit einer Suspension aus Papierfaserstoff und Stärke erhöht nicht nur die Abriebfestigkeit der Formkörper sondern auch deren Bruchfestigkeit. Das Verhältnis von Stärke zu Papierfaserstoff in der Suspension kann zwischen 10 : 1 und 10 : 10 betragen, bevorzugt liegt es zwischen 4 : 10 und 6 : 10.

Um die Formkörper gleichzeitig zu hydrophobieren, kann der Suspension ein Wachs zugesetzt werden, wobei vorzugsweise ein Mineralwachs verwendet wird. Das Verhältnis von Wachs zu Papierfaserstoff in der Suspension kann zwischen 5 : 10 und 10 : 10 liegen, bevorzugt wird ein Verhältnis von 9 : 10 bis 10 : 10 verwendet.

Je nach den von den Formkörpern zu erfüllenden Eigenschaften kann es auch sinnvoll sein, eine Oberflächenimprägnierung mit einem wasserlöslichen Silikat vorzunehmen. Hier kommen im wesentlichen Natronwasserglas und Kaliwasserglas in Frage, wobei Kaliwasserglas jedoch aus Umweltgründen vorzuziehen ist. Wird eine Imprägnierung ausschließlich mit einem solchen Silikat vorgenommen, müssen die handelsüblichen Produkte, wie Natronwasserglas 30/40 oder Kaliwasserglas 28/30 der Henkel KGaA vor dem Einsatz in Wasser verdünnt werden. Der Verdünnungsgrad hängt davon ab, welche Oberflächeneigenschaften erzielt werden sollen. Je nach Verdünnung dringt die Silikatlösung mehr oder weniger in den Formkörper ein oder bleibt stärker auf der Oberfläche stehen. So kann es zweckmäßig sein, die Verdünnung zwischen Verhältnissen von 1 : 9 bis 75 : 25 von Wasserglas zu Wasser zu variieren.

Zur Verbesserung der Abriebfestigkeit bei gleichzeitiger Beibehaltung der Elastizität der Oberfläche des Formkörpers hat sich Kaliwasserglas in einem Verdünnungsverhältnis von 1 : 3 mit Wasser bewährt, zur gleichzeitigen Verbesserung der Stoßfestigkeit und Verwindungsfestigkeit der Formkörper ist eher eine 50%ige Wasserglaslösung geeignet.

Es ist natürlich auch möglich, eine gewisse Wasserglasmenge in eine aus Papierfaserstoff und Stärke bestehende Suspension zu integrieren.

Schließlich kann es wünschenswert sein, die Farbe der Formkörper gezielt zu beeinflussen. Hier bietet es sich an, einen Farbstoff der Suspension zuzufügen, wobei bevorzugt natürliche Farbpigmente eingesetzt werden, wie etwa rein mineralische Silikatfarben und/oder Eisenoxidfarben.

Durch die Verbindung solcher Farbstoffe mit der Oberfläche der Formkörper wird zusätzlich die Hitzebeständigkeit und die Flammsicherheit der Formkörper erreicht bzw. verbessert.

Am sinnvollsten ist es natürlich, Formkörper einer derartigen Oberflächenbehandlung zu unterziehen, die selbst vollständig biologisch abbaubar sind, so daß eine umweltgerechte Entsorgung der Formkörper, beispielsweise durch Kompostierung, möglich ist. Ein derartiger, vollständig biologisch abbaubarer Formkörper wird beispielsweise erzielt, indem dem cellulosehaltigen, pflanzlichen Material Stärke als Bindemittel zugegeben wird. Vorteilhafterweise wird dazu eine unverkleisterte Rohstärke aus Getreide oder Kartoffeln eingesetzt, die einerseits biologisch abbaubar ist und andererseits keiner zusätzlichen vorbehandelten Verfahrensmaßnahmen bedarf, welche die Produktionskosten oder den Einkaufspreis erhöhen und ihrerseits möglicherweise zur Umweltbelastung beitragen. Durch eine Aufheizung wird eine Verkleisterung und damit Bindewirkung der Stärke erzielt. Das cellulosehaltige Material besteht dabei vorteilhafterweise aus einem nicht­ fasermäßig aufgeschlossenen, zerkleinerten lignocellulohaltigen Material, insbesondere Strohzellstoff, und einem Fasermaterial, welches vorteilhafterweise aus Altpapier besteht. Durch eine Variation der Verhältnisse dieser beiden Komponenten, der Stärke und Wasser lassen sich zum einen Formkörper gezielt an beliebige Anforderungen anpassen, und zum anderen werden vollständig biologisch abbaubare Formkörper bereitgestellt.

Die Erfindung wird nun im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Bei den Formkörpern des Ausführungsbeispiels handelt es sich um Sicherungskragen für den Transport von Steingutgefäßen, die in einem Technikumversuch in der o.a. Weise hergestellt wurden. In

Fig. 1 ist ein Formkörper in einer Draufsicht dargestellt, und in

Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1 dargestellt.

Als lignocellulosehaltiges Material wurde Getreidestroh verwendet, welches trocken mittels einer Hammermühle auf eine Schnittlänge von 2 mm gehäckselt wurde. Als Fasermaterial wurde Altpapier verwendet, welches mit derselben Hammermühle mit einem Siebeinsatz von 5 mm Lochung auf eine Schüttdichte von 26 kg/m³ trocken zerfasert wurde.

Das zerkleinerte Stroh und das zerfaserte Papier wurden dann gemeinsam mit trockener, schüttfähiger Rohstärke und Wasser in einen doppelstufigen Permanent-Pflugscharmischer eingegeben und mit 1500 U/min vermischt. Dabei wurde ein Verhältnis von Stroh zu Papierfaser von 65 zu 35 Gewichtsprozent eingestellt, das Verhältnis von Wasser zu Feststoff betrug 12 zu 1, und Stärke wurde in einer Menge dazugegeben, daß nach Abnutschung des Wassers im Formteil eine Menge von 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht von Stroh und Papier, verblieb.

Die bei diesem Mischvorgang entstandene Suspension wurde anschließend mittels einer Schlammpumpe in einen mit einem Rührwerk bestückten Arbeitsplatzsilo transportiert. Aus diesem wurde durch eine Dosiereinrichtung jeweils eine vorbestimmte Menge der Suspension abgegriffen und in ein als Siebform ausgebildetes Formenunterteil eingefüllt. Während des Einfüllvorgangs wurde ein Vakuum an das Formenunterteil angelegt, um eine gleichmäßige Verteilung der Suspension in der Form zu bewirken und gleichzeitig den überwiegenden Teil des in der Suspension befindlichen Wassers abzunutschen. Unmittelbar nach Beendigung des Einfüllvorgangs wurde das Formenoberteil auf das Formenunterteil abgesenkt und mit Druck auf die Suspension aufgesetzt, wobei gleichzeitig das Vakuum des Formenunterteils abgeschaltet und am Formenoberteil angelegt wurde. Nach einer vorbestimmten Zeit wurde das Formenoberteil angehoben und an das Formenunterteil Druckluft angelegt, so daß das Formteil aus der unteren Formhälfte herausgehoben wurde. Der durch das Vakuum am Formenoberteil gehaltene Formkörper wurde dann auf die Zuführung zu einem Spiralband- Trockenofen transportiert und dort durch Abschalten des Vakuums abgelegt.

In diesem Trockenofen wurde das entformte Teil kurzzeitig mit einer Eingangstemperatur von 200°C bis zu einer Kerntemperatur von 95°C aufgeheizt. Durch diese Aufheizung erfolgte die Verkleisterung der im Formteil verbliebenen Stärke mit dem Restwasser um die Rohstoffe Stroh und Altpapier.

Durch den Transport auf dem Spiralband des Trockenofens erreichte das Formteil anschließend eine Lage, in der Kaltluft dem System zugeführt wurde, und wurde dort über eine Dauer von ca. 7 Stunden bei einer Trocknungstemperatur von ca. 118°C getrocknet. Anschließend wurden die Formteile einer Oberflächenbehandlung zur Einfärbung und Oberflächenversiegelung unterworfen. Dazu wurden sie über eine Umlenkeinrichtung kurzzeitig aus dem Ofensystem herausgeführt und es wurde eine in Kaliwasserglas gebundene Silikatfarbe aufgespritzt. Die Trocknung der Farbsuspension setzte, bedingt durch die Eigentemperatur des Formteiles, unmittelbar ein und es wurde in einem zweiten Arbeitsgang ein zuvor verflüssigtes Mineralwachs auf die angetrocknete Oberfläche des Formkörpers aufgespritzt.

Anschließend wurden die Formteile wieder über Umlenkeinrichtungen in das Trocknersystem eingefahren und in einer weiteren Trockenzeit von ca. 1 Stunde bei einer Trocknungstemperatur von ca. 118°C zu Ende getrocknet, wobei das Mineralwachs in den Farbauftrag des Formteils eindrang.

Insgesamt läßt sich somit auf die hier beschriebene Weise ein umweltfreundlicher, biologisch abbaubarer und an die unterschiedlichsten Anforderungen anpaßbarer Formkörper kostengünstig und einfach herstellen.

Claims (17)

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Formkörpern aus cellulosehaltigem, pflanzlichen Material, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Formkörper eine Papierfaserstoff und Stärke enthaltende wäßrige Suspension aufgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension während einer Unterbrechung des Trocknungsvorganges vor Verkrustung bzw. Verhornung der Oberflächen der Formkörper aufgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension erhalten wird, indem trocken zerfaserter Papierfaserstoff mit Wasser und der Stärke aufgekocht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Papierfaserstoff trocken zerfasertes Altpapier verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine unverkleisterte Getreide- oder Kartoffelstärke eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension mit einem Stärkeanteil im Verhältnis von 1 : 10 bis 10 : 10 Stärke zu Papierfaserstoff hergestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis von Stärke zu Papierfaserstoff von 4 : 10 bis 6 : 10 eingestellt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension verwendet wird, die zur Hydrophobierung der Formkörper zusätzlich ein Wachs, bevorzugt ein Mineralwachs enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Wachsmengen im Verhältnis von 5 : 10 bis 10 : 10 von Wachs zu Papierfaserstoff eingesetzt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Wachs im Verhältnis von 9 : 10 bis 10 : 10 von Wachs zu Papierfaserstoff eingesetzt wird.

11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper mit einem wasserlöslichen Silikat, insbesondere einem Wasserglas, imprägniert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Imprägnieren ein handelsübliches Natron- oder Kaliwasserglas in Verdünnung mit Wasser im Verhältnis 10 : 90 bis 75 : 25 Volumenteilen Wasserglas zu Wasser verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserglas in Verdünnung von 20 : 80 bis 60 : 40 Volumenteilen Wasserglas zu Wasser verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, zurückbezogen auf mindestens einen der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das lösliche Silikat in die Papierfaserstoff und Stärke enthaltende Suspension integriert wird.

15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension oder eine Silikatlösung verwendet wird, der natürliche Farbpigmente, insbesondere Silikatfarben und/oder Eisenoxidfarben zugesetzt sind.

16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß diese Suspension oder die Silikatlösung im Spritz-, Streich- oder Tauchverfahren aufgetragen wird.

17. Ausbildung und Verwendung von nach dem Verfahren irgendeines der Ansprüche 1 bis 16 behandelten Formkörpern als Verpackungseinlage oder Verpackung für Waren.