DE4406639A1 - Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus cellulosehaltigem, pflanzlichem Material und deren Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus cellulosehaltigem, pflanzlichem Material nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung ist ferner auf den nach einem solchen Verfahren hergestellten 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.

So beschreibt beispielsweise die DE-B-10 60 179 "Unterlagen für Ansteckblumen", die aus einer Masse aus Strohfaser oder Strohflor, einem Zusatz von Zellstoff und einem Bindemittel bestehen und an ihrer Oberfläche mit einem wasserabweisenden Stoff zur Verbesserung ihrer Haltbarkeit imprägniert sind.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung solcher Formkörper ist in der EP-B-246 588 beschrieben. Das dort erläuterte Verfahren will zur Verbesserung der biologischen Abbaubarkeit auch noch das Bindemittel vermeiden und die beanspruchten Formkörper sollen dementsprechend ausschließlich aus Strohhäcksel und einem defibrierten pflanzlichen Faserstoff hergestellt werden. Als Anwendungsgebiete für solche Formkörper aus cellulosehaltigem Material erwähnt diese Druckschrift außerdem Formteile für Verpackungszwecke, Möbelteile und Platten für den Bausektor. Die Verwendung von Formteilen aus cellulosehaltigem Material für solche Einsatzzwecke war nicht neu. In der EP-B-246 588 ist auf weitere ältere Patentliteratur verwiesen.

Den weiteren Ausführungen sollen einige Definitionen für die hier betroffenen Formkörper aus cellulosehaltigem Material vorangestellt werden. Pflanzliches, verholztes oder Stengelmaterial enthält bekanntlich längliche Cellulosefasern, die in der Pflanze durch Kittsubstanzen miteinander verbunden sind, welche man in chemischen Aufschlußverfahren herauslöst, um die reinen Zellstoffasern zu erhalten, welche die Eigenschaft haben, bei Trocknung aus wäßriger Umgebung heraus Wasserstoffbrücken zu bilden, die eine feste Verbindung miteinander eingehen, welche bei der Papierherstellung ausgenutzt wird. Solche aufgeschlossenen Materialien sind im Rahmen dieser Anmeldung in Anlehnung an die Gepflogenheit der Papierindustrie als Faserstoff bezeichnet, welcher die "Komponente b" der hier beschriebenen Formkörpermischung bildet.

Wegen der hohen Substanzverluste beim chemischen Aufschließen von pflanzlichem Material bemüht man sich seit langem, je nach verlangter Erzeugnisqualität, das Pflanzenmaterial in einem Umfang einzusetzen, welcher über die eigentlichen Cellulosefasern hinausgeht. So verwendet man für die hier betroffenen Formkörper als Grundsubstanz zerkleinertes pflanzliches Material, aus dem die Bindesubstanzen nicht herausgelöst sind, weswegen es im Rahmen dieser Anmeldung als lignocellulosehaltiges Material bezeichnet wird, mit Hinblick auf eine der wichtigsten Bindesubstanzen, das Lignin. Dies ist die "Komponente a" der hier betrachteten Formkörper. Die zerkleinerte, im wesentlichen noch in ihrem natürlichen Zustand befindliche pflanzliche Substanz hat nicht die Bindungseigenschaften freigelegter Cellulosefasern, so daß ein aus ihr gebildeter, getrockneter Formkörper wieder zerfallen würde. Um also Formkörper aus cellulosehaltigem Material herstellen zu können, die auch ohne einen zu hohen Anteil eines zugesetzten Fremdbindemittels zusammenhalten, ist neben der Grundkomponente a aus lignocellulose-haltigem Material ein Anteil an Fasermaterial als Komponente b erforderlich. Mit zusätzlich zugegebenem Bindemittel, "Komponente c", können die Eigenschaften des Formkörpers weiter beeinflußt werden. Nun sind aber, wie sich bereits auch aus EP-B-246 588 ergibt, Bindemittel, die die ansonsten vorteilhafte biologische Abbaubarkeit von Formkörpern aus cellulosehaltigem Material beeinträchtigen, unerwünscht.

Andererseits lassen sich ausschließlich aus cellulosehaltigem, pflanzlichen Material in einer hier betrachteten Zusammensetzung und in kostengünstigem Verhältnis der Komponenten a und b nicht in jeder Hinsicht Formkörper herstellen, die speziellen Anforderungen, wie beispielsweise für Verpackungszwecke genügen. Dies insbesondere dann nicht, wenn die Formkörper nicht nur als Verpackungseinlagen, sondern eventuell sogar als gesamte Verpackungen verwendet werden sollen. An Formkörper für Blumengestecke dagegen werden diese höheren Anforderungen nicht gestellt.

Die Erfindung geht daher von einer Grundzusammensetzung aus, wie sie aus der DE-B-10 60 179 bekannt ist, bei der ein gewisser Anteil eines zusätzlichen Bindemittels eingesetzt wird. Die dort verwendeten Bindemittel, insbesondere solche auf Kunststoffbasis, sind jedoch für eine umweltgerechte Entsorgung der Formkörper durch biologischen Abbau und dergl. wenig geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern zur Verfügung zu stellen, welches die Ausbildung auch feinstrukturierter und verhältnismäßig widerstandsfähiger Formkörper ermöglicht, wie sie inbesondere für Verpackungszwecke gefordert werden müssen, wobei diese Formkörper darüber hinaus aber auch vollständig biologisch abbaubar sein sollen und das gesamte Herstellungsverfahren kostenmäßig mit Verpackungskörpern aus Kunststoffen, wie beispielsweise Polyurethanhartschaum, in einem günstigen Verhältnis stehen soll.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Wesentlich ist dabei erst einmal, daß als Bindemittel Stärke eingesetzt wird, und zwar bevorzugt eine unverkleisterte Rohstärke aus Getreide oder Kartoffeln, die einerseits biologisch abbaubar ist und andererseits keiner zusätzlichen, vorbehandelnden Verfahrensmaßnahmen bedarf, welche die Produktionskosten oder den Einkaufspreis erhöhen und ihrerseits möglicherweise zur Umweltbelastung beitragen. Verfahrenskostensenkend ist auch die Art der Aufbereitung des cellulosehaltigen Materials, indem nämlich beide Komponenten in im wesentlichen trockenem Zustand zerkleinert bzw. zerfasert werden, wodurch sich Ersparnisse in den Anlagekosten, aber auch eine Reduzierung der Abwasserprobleme ergibt. Wenn hier von in im wesentlichen trockenem Zustand gesprochen wird, so soll diese Ausdrucksweise berücksichtigen, daß jedes dieser natürlichen Materialien sich in seiner Feuchte auch im sog. trockenen Zustand auf die Umweltbedingungen einstellt und daher immer einen gewissen Restwassergehalt enthält.

Auch die Stärke als Bindemittel wird bevorzugt im trockenen, schüttfähigen Zustand zur Verfügung gestellt, so daß alle drei Feststoffkomponenten für die Mischung trocken dosiert und erst durch unmittelbare Wasserzugabe beim Mischen in eine Suspension überführt zu werden brauchen. Bei den bekannten Verfahren wird zumindest der Faserstoff allgemein in wäßriger Suspension für die Mischung zur Verfügung gestellt oder die anderen Komponenten werden in seine wäßrige Aufschlämmung eingemischt. Dies ist bei einigen bekannten Verfahren schon deshalb erforderlich, weil der Faserstoff selbst erst zuvor in wäßriger Umgebung aufgeschlossen wird.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht auch darin, daß erst die fertige wäßrige Mischung aller Komponenten oder sogar erst der ausgeformte Körper bis in etwa an den Siedepunkt des Wassers heran erhitzt wird, um in diesem Suspensionszustand erst eine gewisse Verkleisterung der Stärke zu erreichen. Das Erhitzen braucht nur verhältnismäßig kurzzeitig zu erfolgen, wobei das Gemisch vor oder nach der Ausformung zu Formkörpern erhitzt werden kann.

Die Zugabe an Stärke kann in einer Menge erfolgen, daß etwa zwischen 2 und 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des lufttrocken pflanzlichen Materials, nach Abnutschung des Wassers im Formteil verbleiben. Ein bevorzugter Stärkeanteil liegt zwischen 8 und 12%. Durch die Stärkemenge läßt sich die Struktur und Festigkeit des zu erzeugenden Formkörpers beeinflussen. Wie weiter unten noch erläutert werden wird, kann durch eine spezielle Oberflächenbehandlung der Formteile später im Verfahren Stärke als Bindemittel in die Oberflächenschichten des Formkörpers gebracht werden. Wird gleichzeitig der Stärkeanteil im Grundkörper reduziert, lassen sich Formkörper erzeugen, die in ihrem Inneren und an ihrer Oberfläche unterschiedliche Härte- bzw. Weichheit aufweisen, was für gewisse Anwendungszwecke im Verpackungsgebiet von erheblichem Vorteil sein kann.

Zur weiteren Reduzierung der Abwasserprobleme kann das mit der unverkleisterten Stärke angereicherte, abgenutschte Brauchwasser einer Aufbereitungsanlage zugeführt werden, in der es von unerwünschten Fremdstoffen gereinigt und der im Wasser verbliebene Stärkeanteil gemessen wird, und Stärke zur Einstellung des benötigten Eingangsstärkeanteils beigegeben wird. Anschließend kann das derart aufbereitete Wasser wieder dem Mischvorgang zugeführt werden, so daß ein geschlossener Wasserkreislauf entsteht.

Als lignocellulosehaltiges Material kann zerkleinertes pflanzliches Material unterschiedlichster Art eingesetzt werden. So können beispielsweise zerkleinerte Holzabfälle, auch in Sägemehlform verwendet werden, die nicht unbedingt eine Faserstruktur haben müssen, wie es für den sog. Holzschliff bei der Papierherstellung erforderlich ist, aber auch gröbere Holzteilchen mit länglicher Struktur, die noch gewisse Faserbündel darstellen. Bevorzugt wird jedoch zerkleinertes Stengelmaterial von Einjahrespflanzen eingesetzt, insbesondere Getreidestroh. Je nach Anforderung an die zu erzeugenden Formkörper können Teile davon sogar als Staub mit etwa 0,01 mm Korngröße, als Mehl mit etwa 0, 1 mm Korngröße aber auch in Längen bis zu etwa 200 mm vorliegen, wobei Teilchen dieser Größe natürlich eine länglich schlanke Struktur und eine ausreichende Flexibilität aufweisen müssen, um in die Formkörper eingebunden zu werden. Bei Getreidestroh als Rohstoff werden bevorzugt Teilchenzusammensetzungen eingesetzt, deren größte Komponente bei Längen im Bereich von etwa 1 bis 8 mm liegen. Praktisch sich ergebende Zusammensetzungen sind etwa derart, daß 80% des Materials dicht bei der angestrebten Hauptlänge liegen und um höchstens 5% davon abweichen, 15% als Staub- und Mehlanteile darunter und etwa 5% als längere Fasern darüber. Die Teilchenlängenverteilung ist von erheblichem Einfluß auf die physikalische Struktur des späteren Körpers.

Der Zerfaserungsgrad des Altpapieres kann grob durch die Schüttdichte charakterisiert werden, welche die erzeugten Faserflocken ohne Zusammendrücken einnehmen. Die Schüttdichte kann zwischen 20 kg/m³ und 30 kg/m³ liegen, bevorzugt wird das Altpapier aber so zerfasert, daß die unverdichtete Schüttdichte der Flocken bei ungefähr 26 kg/m³ liegt.

Als Faserstoff mit Bindewirkung können an sich alle solche Faserstoffe verwendet werden, die auch in der Papierindustrie Einsatz finden, beispielsweise Zellstoffe und Halbzellstoffe. Im Rahmen der Erfindung wird aus Kosten- und Recyclinggründen bevorzugt Altpapier eingesetzt, wobei dieser Rohstoff im Prinzip kein anderer Rohstoff ist, da er schließlich aus Papierherstellungsfasern besteht. Altpapier enthält natürlich allgemein auch einen Anteil an Holzschliff, der nicht die hohen Bindungswirkungen wie reine Zellstoffasern hat, weswegen bei Verwendung von Altpapier der Einsatz an Faserstoff im allgemeinen etwas höher liegen muß als bei der Verwendung von reinem Zellstoff.

Strohstoff als Komponente a und Altpapier als Komponente b können im Verhältnis von 90 Gew.-% zu 10 Gew.-% bis zu einem Verhältnis von 40 Gew.-% zu 60 Gew.-% für die Mischung eingesetzt werden. Bevorzugt liegt das Mischungsverhältnis zwischen 70 Gew.-% Komponente a zu 30 Gew.-% Komponente b und 60 Gew.-% Komponente a zu 40 Gew.-% Komponente b.

Wichtig ist auch das Verhältnis von Feststoffen zu Wasser in der Suspensionsmischung. Es kann im Bereich von 1 : 9 bis 1 : 15 liegen. Bevorzugt wird ein Verhältnis von Feststoffen zu Wasser im Bereich von 1 : 11 bis 1 : 13 eingestellt. Eine Verdünnung in diesem Bereich garantiert einerseits, daß bei bevorzugter Verteilung der Feststoffteilchengrößen auch feine Formstrukturen noch ausreichend ausgefüllt werden, andererseits aber auch nicht zu viel überschüssiges Wasser in der Suspension zugegen ist, welches unmittelbar wieder durch die Siebformen ablaufen würde.

Um die Eigenschaften der erzeugten Formkörper in weiteren Grenzen variieren zu können, sieht die Erfindung die Möglichkeit vor, die Formkörper zusätzlich mit einer Oberflächenimprägnierung zu versehen. Eine solche Oberflächenimprägnierung kann unterschiedlichen Zwecken dienen. In erster Linie geht es darum, die Oberflächen der Formkörper zusätzlich zu verfestigen, andererseits kann es aber auch erforderlich sein, die Oberflächen zu hydrophobieren, so daß die Formkörper längere Zeit einer feuchten Umgebung widerstehen können.

Die verwendete Oberflächenimprägnierung soll andererseits aus Stoffen bestehen, die, wie der eigentliche Formkörper selbst, umweltfreundlich und biologisch abbaubar sind.

Eine Oberflächenverfestigung kann dann erforderlich sein, wenn die Formkörper selbst mit einem geringen Bindemittelanteil, geringer Faserverdichtung oder unter Verwendung langfasriger Rohstoffe hergestellt werden, die im allgemeinen ein lockeres Gefüge ergeben. Solche Körper können eine unzureichende Abriebfestigkeit der Oberfläche aufweisen, die durch die zusätzliche Oberflächenimprägnierung auch für einen aus anderen Gründen vielleicht erwünschten lockeren oder nicht sehr dichten Körper verbessert werden kann.

Erfindungsgemäß wird für die Oberflächenimprägnierung bevorzugt eine Imprägnierungssuspension auf der Basis von Papierfaserstoff und Stärke verwendet, 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.

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

Eine Oberflächenbehandlung mit einer Imprägnierungssuspension aus Papierfaserstoff und Stärke erhöht nicht nur die Abriebfestigkeit der Formkörper sondern auch deren Bruchfestigkeit. Das Verhältnis von Stärke zu Papierfaserstoff in der Imprägnierungssuspension 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 Imprägnierungssuspension ein Wachs zugesetzt werden, wobei vorzugsweise ein Mineralwachs verwendet wird. Das Verhältnis von Wachs zu Papierfaserstoff in der Imprägnierungssuspension 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 mit 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 Imprägnierungssuspension zu integrieren.

Schließlich kann es wünschenswert sein, die Farbe der Formkörper gezielt zu beeinflussen. Hier bietet es sich an, einen Farbstoff der Imprägnierungssuspension 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.

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 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. 8 Stunden bei einer Trocknungstemperatur von ca. 118°C ausgetrocknet.

Einige Formteile wurden einer zusätzlichen Oberflächenveredelung in Form einer Einfärbung und Oberflächenversiegelung unterzogen. Dazu wurden sie nach einer Trockenzeit von ca. 7 Stunden 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.

Von diesen Formteilen wurden dann Sammelproben gemäß der DIN 50 014 entnommen und behandelt, um die Druckfestigkeit und Biegezugfestigkeit zu bestimmen. Dabei erfolgte die Bestimmung der Druckfestigkeit nach den Richtlinien der DIN 53 421, Seite 1 und die Bestimmung der Biegezugfestigkeit erfolgte nach den Richtlinien der DIN 53 423, Seite 1. Die Werte zur Druckfestigkeit und Biegezugfestigkeit wurden auf der Prüfmaschine CSRG-5502 nach der DIN 51 223 ermittelt. Die so ermittelten Werte sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt und den Werten gegenübergestellt, die bei Proben von Formkörpern ohne Bindemittel, aber sonst gleicher Zusammensetzung und Herstellung ermittelt wurden. Zum Vergleich sind in dieser Tabelle zusätzlich noch die Werte von gleichen Proben aus Styropor EPS 20 enthalten.

Tabelle

Es zeigt sich hier deutlich, daß sich sowohl die Biegezugfestigkeit als auch die Druckfestigkeit durch die Verwendung von Stärke, welche durch die Erhitzung verkleistert, erheblich verbessern läßt.

Die Biegezugfestigkeit und die Druckfestigkeit sind abhängig von der Menge der eingesetzten Stärke. Damit bestimmt sich die Menge der einzusetzenden Stärke nach den Anforderungen an die physikalischen Eigenschaften des zu fertigenden Formkörpers.

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 (38)

1. Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus cellulosehaltigem, pflanzlichen Material, bei dem eine wäßrige Mischung aus

• a) einem zerkleinerten, chemisch nicht aufgeschlossenen, im wesentlichen in seinem Rohzustand befindlichen lignocellulosehaltigen Material,
• b) einem chemisch und/oder mechanisch bereits aufgeschlossenen, pflanzlichen Fasermaterial und
• c) einem Bindemittel

zu Formkörpern ausgeformt und entwässert bzw. getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das lignocellulosehaltige Material (Komponente a) in im wesentlichen trockenen Zustand zerkleinert, das Fasermaterial (Komponente b) in im wesentlichen trockenen Zustand zerfasert, diese im wesentlichen trockenen Komponenten a und b und Rohstärke als Bindemittel (Komponente c) unter Wasserzugabe gemischt werden und diese Mischung erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch vor der Ausformung zu Formkörpern bis etwa an den Siedepunkt des Wassers erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch nach seinem Erhitzen und vor der Ausformung zu Formkörpern bis auf eine Temperatur von 50 bis 40°C abkühlen gelassen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch nach der Ausformung zu Formkörpern erhitzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgeformten Formkörper kurzzeitig bis auf eine Kerntemperatur von etwa 95°C aufgeheizt werden.

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

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Mischung Wassermengen im Verhältnis Feststoffe:Wasser von 1 : 9 bis 1 : 15 eingesetzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis Feststoffe:Wasser von 1 : 11 bis 1 : 13 eingestellt wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von lignocellulosehaltigem Material (Komponente a) zu Faserstoff (Komponente b) zwischen 90 : 10 Gew.-% und 40 : 60 Gew.-% gewählt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Komponente a zu Komponente b zwischen 70 : 30 Gew.-% und 60 : 40 Gew.-% gewählt wird.

11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als lignocellulosehaltiges Material (Komponente a) Stengelmaterial von Einjahrespflanzen (insbesondere Getreidestroh) verwendet wird.

12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das lignocellulosehaltige Material auf Teilchenlängen zwischen 0, 1 mm und 10 mm zerkleinert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerung des lignocellulosehaltigen Materials im wesentlichen auf Längen von 1 mm bis 8 mm, insbesondere 2 mm bis 5 mm erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das lignocellulosehaltige Material auf etwa folgende Teilchenlängen- Zusammensetzung zerkleinert wird: < 2 mm: 15 Gew.-%
2 bis 5 mm: 80 Gew.-%
< 5 mm: 5 Gew.-%.

15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Faserstoff (Komponente b) Altpapier verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Altpapier in im wesentlichen trockenen Zustand zu Flocken zerfasert wird, die im unverdichteten Zustand eine Schüttdichte von 20 kg/m³ bis 30 kg/m³ aufweisen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Altpapier bis zu einer Schüttdichte von 26 kg/m³ zerfasert wird.

18. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß Stärke als Bindemittel (Komponente c) in einer nach Abnutschung des Wassers im Formteil verbleibenden Menge von 2 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Komponenten a + b eingesetzt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß Stärke in einer nach Abnutschung des Wassers im Formteil verbleibenden Menge von 8 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Komponenten a + b eingesetzt wird.

20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgeformten Formkörper bei einer Temperatur zwischen 80°C und 115°C getrocknet werden.

21. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper einer ihre Oberflächen verfestigenden Zusatzbehandlung unterworfen werden.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächenverfestigende Zusatzbehandlung während einer Unterbrechung des Trocknungsvorganges vor Verkrustung bzw. Verhornung der Oberflächen der Formkörper vorgenommen wird.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Formteile eine Papierfaserstoff und Stärke enthaltende wäßrige Imprägnierungssuspension aufgetragen wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierungssuspension erhalten wird, indem trocken zerfaserter Papierfaserstoff mit Wasser und der Stärke aufgekocht wird.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierungssuspension mit einem Stärkeanteil im Verhältnis von 1 : 10 bis 10 : 10 Stärke:Papierfaserstoff hergestellt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis von Stärke:Papierfaserstoff von 4 : 10 bis 6 : 10 eingestellt wird.

27. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß als Papierfaserstoff trocken zerfasertes Altpapier verwendet wird.

28. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine Imprägnierungssuspension verwendet wird, die zur Hydrophobierung der Formkörper zusätzlich ein Wachs, bevorzugt ein Mineralwachs enthält.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß Wachsmengen im Verhältnis von 5 : 10 bis 10 : 10 von Wachs: Papierfaserstoff eingesetzt werden.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß Wachs im Verhältnis von 9 : 10 bis 10 : 10 von Wachs:Papierfaserstoff eingesetzt wird.

31. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper mit einem wasserlöslichen Silikat, insbesondere einem Wasserglas imprägniert werden.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß zum Imprägnieren ein handelsübliches Natron- oder Kaliwasserglas in Verdünnung mit Wasser im Verhältnis 10 : 90 bis 75 : 25 Volumenteilen Wasserglas:Wasser verwendet wird.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserglas in Verdünnung von 20 : 80 bis 60 : 40 Volumenteilen Wasserglas:Wasser verwendet wird.

34. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, zurückbezogen auf mindestens einen der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das lösliche Silikat in die Papierfaserstoff und Stärke enthaltende Imprägnierungssuspension integriert wird.

35. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß eine Imprägnierungssuspension oder eine Silikatlösung verwendet wird, der natürliche Farbpigmente, insbesondere Silikatfarben und/oder Eisenoxidfarben zugesetzt sind.

36. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß diese Imprägnierungssuspension oder die Silikatlösung im Spritz-, Streich- oder Tauchverfahren aufgetragen wird.

37. Ausbildung und Verwendung von nach dem Verfahren irgendeines der Ansprüche 1 bis 36 hergestellten Formkörpers als Verpackungseinlage oder Verpackung für Waren.