DE69900994T2

DE69900994T2 - Verfahren zur herstellung einer fasermatte

Info

Publication number: DE69900994T2
Application number: DE69900994T
Authority: DE
Inventors: Engberg Pallesen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-05-01
Filing date: 1999-04-29
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2019-04-30
Also published as: DK172928B1; CZ301723B6; PL343828A1; CZ20003801A3; NO322217B1; SK15432000A3; NO20005489D0; CA2328853A1; ATE214111T1; DK60998A; PL204973B1; EA002302B1; NO20005489L; BR9910150A; WO1999057353A1; DE69900994D1; CN1299422A; AU3516599A; CN1107132C; SK287030B6

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fasermatte unter Verwendung von Pflanzenfasern. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung von Flachsfasern und Hanffasern zur Herstellung von Fasermatten, die durch Verwendung von Fasern hergestellt werden, die gekürzt und getrennt werden und anschließend dazu verwendet werden, die Fasermatte herzustellen. Die Pflanzenfasern werden als Ersatz für Mineralwollfasern, Holzfasern, Holzzellulose, synthetische Fasern usw. verwendet.
Es ist bekannt, Pflanzenfasern beim Herstellen von Fasermatten zu verwenden. Solche werden durch Kardieren der Fasern ausgebildet. Danach wird Filzwolle hergestellt und schließlich wird eine Vernadelung ausgeführt, um die fertige Fasermatte herzustellen. Ein solches Verfahren ist mit mehreren Nachteilen verbunden. So war notwendig, über einen genauen Grad an Feuchtigkeit im Flachs ungeachtet der Biegbarkeit zum Ausführen des Vernadelungsprozesses zu verfügen. Jedoch führt der notwendige trockene Zustand zu einer Zersetzung von Flachsfasern und ruft dadurch Staubbildung und Bildung kurzer Fasern hervor, die sehr leicht aus der fertigen Fasermatte herausgezogen werden können. Es war somit ein teures Verfahren, und gleichzeitig bestand das Risiko der Stauberzeugung aus der fertigen Fasermatte.
Die Herstellung der bekannten kardierten Fasermatten bewirkt, dass die Fasern in separaten Stapeln liegen, so dass keine starken Bindungen zwischen den einzelnen Lagen der Fasermatte bestehen. Darüber hinaus werden relativ lange Fasern verwendet, typischerweise zwischen 100 und 150 mm lang, aber sie können bis zu 200 mm Länge aufweisen. Fasermatten aus Flachs und Hanfwerden traditionell aus Kabel hergestellt, das ein Nebenprodukt beim Herstellen langer Fasern zum Kardieren und Spinnen ist. Dies findet in Flachsschwingmaschinen statt. Das Verfahren ist teuer und schwierig und deshalb ist Kabel zusammen mit langen Textilfasern aus Pflanzenfasern, wie Flachs und Hanf, relativ teuer. Darüber hinaus weist die bekannte Technik hohe Anforderungen bezüglich der Qualität der Rohmaterialien, einschließlich des Verrottungsgrads der Rohmaterialien, auf.
Flachspflanzen können einen Stiel mit einer Länge zwischen 600 und 800 mm aufweisen. Der Stiel weist starke Faserbündel auf, die von der Wurzel zur Spitze laufen. Diese Faserbündel (Fasern) sind im Stiel ganz außen angeordnet, und im Zwischenraum zwischen den Faserbündeln befindet sich ein zentraler Halm, der aus Holzzellen besteht und nach Freilegung der Fasern die sogenannten "Schäben" ergibt.
Hanfpflanzen haben Stiele, die beträchlich länger sind als die Stiele der Flachspflanzen. Sie können Längen bis zu 2000 bis 3000 mm aufweisen. Im Prinzip ist der Hanfstiel auf die gleiche Art wie Flachs aufgebaut, wobei die Faserbündel ganz außen liegen. Ganz innen befinden sich die Holz enthaltenden Holzzellen (Schäben), die aus kurzen Fasern mit einer Länge von 0,5 bis 0,6 mm (elementare Faserlänge) bestehen.
Um die Flachsfasern von den Holzfasern im Stiel zu trennen, muß er einem Verrottungs- bzw. Rottungsprozess unterzogen werden, der einen mikrobiologischen Prozess darstellt. Traditionell findet dies auf dem Feld durch Taurottung statt. Durch das Verrottenlassen werden Hemicellulose und Pektin, die die Fasern und die Holzteile zusammenbinden, abgebaut. Der Grad der Verrottung ist für die Herstellung von Textilfasern zum Kardieren und Spinnen entscheidend. So ist die Grenze zwischen einer gut gerotteten und einer überrotteten Faser sehr eng. Der Prozeß ist schwer zu steuern, da es sich um einen biologischen Prozeß in der Natur handelt, der die Qualität bestimmt.
Gemäß der Erfindung besteht nicht dasselbe Erfordernis im Hinblick auf einen speziellen Grad an Verrottung. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, ein herkömmliches Rotten bzw. Verrotten oder ein geregeltes Verrotten, beispielsweise in Enzyme enthaltendem Wasser, einzusetzen. Es ist somit möglich, Fasern einer vollständig unverrotteten bis zu einer stark übermäßig verrotteten Qualität in Abhängigkeit vom Zweck der Verwendung freizulegen und zu verwenden. Es ist somit möglich, Stiele zu verwenden, die nicht verrottet sind, die auf dem Feld durch Tau verrottet sind oder die durch ein geregeltes Rotten verrottet sind. Nach dem Rotten und Trocknen wird der Flachs einer mechanischen Behandlung zum Trennen der Faserbindungen von den Schäben unterzogen. Die hergestellten Fasern können durch Schneiden gekürzt werden, um die gewünschte Faserlänge auszubilden.
Durch leichtes Rotten bzw. Verrottenlassen und anschließende mechanische und gegebenenfalls chemische Behandlung ist es möglich, die Faserbündel abzubauen und einzelne Fasern zu erzeugen. Die einzelnen Fasern können zur Erzeugung luftigerer Produkte als im Fall der Herstellung von Produkten aus Faserbündeln eingesetzt werden. Jedoch wurde behauptet, dass die ausgebildeten einzelligen Fasern nicht für das Herstellen von Fasermatten durch die bekannten Nadelungs- bzw. Vernadelungsverfahren geeignet sind, da das Ablängen derselben sie für das Kardieren ungeeignet macht.
Die Erfindung ist insbesondere auf Flachsfasern und Hanffasern gerichtet, aber sie kann auch im Zusammenhang mit anderen Pflanzenfasern einer Struktur eingesetzt werden, die derjenigen entspricht, die von Flachs- und Hanffasern her bekannt ist.
Es besteht ein Wunsch nach einem neuen Verfahren, wodurch Pflanzenfasern, vorzugsweise Flachsfasern und Hanffasern, zum Herstellen von Fasermatten verwendet werden können, die die Nachteile bekannter kardierter oder genadelter Fasermatten nicht aufweisen und die auch industriell bei einer langen Produktserie verwendet werden können.
Ein Verfahren, bei dem das Kardieren und der Nadelungsprozeß weggelassen wurden, wurde bereits früher vorgeschlagen. Aus der WO 98/01611 ist daher ein Verfahren zum Herstellen eines Faserproduktes bekannt, bei dem die Fasern mit einer Kombination eines Verrottungsprozesses und eines mechanischen Abbaus vorbehandelt werden. Die erzeugten Fasern werden nachfolgend durch ein trockenes Formverfahren zum Endprodukt ausgebildet. Jedoch werden Unterprozesse zum Herstellen von Fasern mit den Eigenschaften, die im Endprodukt wünschenswert sind, nicht speziell angegeben. Darüber hinaus basiert das beschriebene Verfahren auf der Verwendung relativ langer Fasern, die eine Länge entsprechend der Fasern aus einem Kardierungsprozeß aufweisen können. Solche langen Fasern können Schwierigkeiten in den Prozeßstufen, die Teil des Verfahrens bilden, verursachen. Darüber hinaus gibt es keinen Hinweis zum Ernten der Fasern auf effektiver Art in einem geeigneten Prozeßschritt unter Berücksichtigung der nachfolgenden Behandlung.
In der WO-A-9633306 ist ein thermisches Isolationselement offenbart, das aus Pflanzenfasern hergestellt ist und aus einem Vlies mit statistischer dreidimensionaler Struktur besteht. Diese Druckschrift offenbart die Verwendung sehr langer Pflanzenfasern und thermoplastischer Fasern, die verwendet werden, um die Verbindung der Fasern im Vlies zu gewährleisten. Wie vorstehend erwähnt, können lange Fasern Schwierigkeiten beim Prozeßschritt des Legens des Faserelementes hervorrufen.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer neuen Art von Fasermatte anzugeben und Unterprozesse aufzuzeigen, die beim Erzeugen der Faser in einer für das Verfahren geeigneten Qualität vorteilhaft sind und die zu Endprodukten mit den gewünschten Eigenschaften führen. Es ist darüber hinaus eine Aufgabe, eine Fasermatte anzugeben, die durch das Verfahren erzeugt wird, und eine spezifische Verwendung einer solchen Fasermatte anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art gelöst, welches die folgenden Schritte umfaßt: Ernten der Pflanzen durch Schneiden und Dreschen, völliges oder teilweises Verrottenlassen der Pflanzenstiele, Trocknen dieser zum Bereitstellen eines gewünschten Wassergehalts, Kürzen und Trennen der Fasern, um eine Fasermasse, umfassend hauptsächlich Einzelfasern mit Längen innerhalb des gewünschten Intervalls zwischen 0,1 und 30 mm, zu erhalten und zum Erzeugen ihrer Fibrillierung, Formen der Matte durch ein trockenes Formverfahren, wobei die Fasern, statistisch orientiert sind und die Matte fixiert wird, da ohne den Bedarf eines Bindemittels zumindest teilweise Zwischenfaserbindungen zwischen den Einzelfasern, da diese mehr oder weniger fibrilliert sind, aufgebaut werden.
Mit diesem Verfahren wird so eine Vorbehandlung bereitgestellt, bei der die Fasern gekürzt und getrennt werden, um eine Fasermasse zu bilden, die hauptsächlich einzelne Fasern mit Längen innerhalb des gewünschten Intervalles enthält, wobei die Länge so kurz ist, dass sie nicht für das Kardieren geeignet sind. Eine Kürzung kann willkürlich mit geeigneter Ausrüstung erfolgen, da der folgende Prozeß kein Kardieren erfordert und deshalb keine bestimmte Länge der Fasern benötigt. Durch das Kürzen findet eine Fibrillierung statt, die bewirkt, dass die einzelnen Fasern bei dem folgenden trockenen Formgebungsverfahren eine Schicht bilden können, die ohne die Notwendigkeit eines Bindemittels zusammenhält, da die Faserbündel ineinander greifen. Somit werden Zwischenfaserverbindungen in Form von Verbindungen von Faser zu Faser zwischen den einzelnen Fasern geschaffen. Die erzeugte Matte muß nicht vernadelt werden, und das trockene Formverfahren findet ebenfalls ohne Verbindung der Fasern durch Dampf statt. Somit handelt es sich um ein sehr einfaches Verfahren zur Herstellung der Fasermatte. Die erzeugte Fasermatte ist luftig und voluminös und kann in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung bis zum gewünschten Grad kompaktiert (verdichtet) werden. Es ist auch möglich, ein Bindemittel in größerer oder geringerer Menge in Abhängigkeit von der gewünschten Verwendung des fertiggestellten Produktes hinzuzufügen.
Traditionelles Ernten von Flachs und Hanf für Textilherstellung findet durch Raufen statt, das ein langsames und arbeitsaufwendiges Verfahren ist. Nach dem Raufen, wobei die gesamte Pflanze dem Raufen unterzogen worden ist, wird sie zum Verrotten beiseite gelegt. Nachfolgend werden die Stiele in Ballen gepreßt und zur Faserfabrik gefahren. Die Samenkörner werden in einer Schwingmaschine abgeschieden, und das Stroh wird verarbeitet, indem die Stiele parallel angeordnet werden und sie parallel durch Bearbeitungsgerät behandelt werden.
Im Unterschied zur vorstehend erwähnten traditionellen Ernte durch Raufen kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Vorbehandlung/Ernte von Flachs auf nicht herkömmliche Art erfolgen. Dies findet bei Flachs durch Abschneiden der Flachspflanze statt, beispielsweise indem sie in Schwaden abgelegt werden, worauf die Flachssamen gedroschen werden, vorzugsweise durch kombiniertes Ernten. Die Flachsstiele liegen über einen geeigneten Zeitraum nach der Ernte der Samen, wodurch sie bis zum gewünschten Grad verrotten. Somit wird, wenn unverrottete Flachsfasern gewünscht werden, das Flachsstroh unmittelbar nach dem Dreschen gesammelt. Die Stiele werden zum Pressen gesammelt oder durch kombiniertes Schneiden und Verpressen gesammelt.
Hanf wird durch Abschneiden geerntet, beispielsweise indem er in Schwaden in zwei oder mehreren Runden abgelegt wird. Somit kann das erste Abschneiden mit verbleibenden Stoppeln von etwa 1 m Höhe stattfinden, und anschließend werden Schwaden mit Stoppeln von etwa 0,2 m Höhe gelegt. Nach dem Abschneiden liegen die Hanfstiele über einen für die Verrottung geeigneten Zeitraum. Dann werden die Stiele in Ballen gepreßt und geschnitten und getrocknet, bevor die weitere Verarbeitung zum Ausbilden von Einzelfasern, wie vorstehend beschrieben, beispielsweise durch Kürzen und Häckseln bzw. Schwingen in einer Hammermühle/Schlagmühle, und anschließendes Abtrennen in einem Sieb, beispielsweise einem rotierenden Sieb, stattfindet.
Die Vorbehandlung der Stiele umfaßt das Kürzen und Trennen. In der Praxis scheint es, dass eine Hammermühle für das Kürzen und gleichzeitige Schwingen bzw. Häckseln der Stiele geeignet ist. Alternativ dazu können die Stiele vor der Hammermühle geschnitten werden, wie im Zusammenhang mit Ernteverfahren erwähnt. Es hat sich herausgestellt, dass es möglich ist, eine hohe Kapazität und eine einheitliche Qualität beizubehalten, ungeachtet dessen, wie die Stiele der Hammermühle zugeführt werden. Es besteht somit keine Notwendigkeit eines langsamen Zuführens der Stiele parallel zueinander, wie es bei traditionellen Flachsschwingmaschinen erforderlich ist.
Das Schwingen bzw. Häckseln, d. h. das Freisetzen der Holzteile aus den Faserbündeln/einzelnen Fasern, ist sehr effektiv, wenn die Mühle mit hoher Umdrehungszahl arbeitet. Bei diesem Verfahren werden die Stiele so gekürzt, dass der Hauptteil der hergestellten Fasern eine Länge zwischen 0,1 und 30 mm und vorzugsweise zwischen 4 und 15 mm aufweist. Dieses Schwingen oder Freilegen von Fasern ist völlig unterschiedlich gegenüber dem herkömmlichen Schwingen, wo sehr lange Pflanzenteile für das Kardieren und Spinnen erzeugt werden.
Das Reinigen der Schäben von den Fasern kann mit einem rotierenden Sieb oder dergleichen erfolgen. In der Praxis ist es schwierig, die Fasern vollständig von Schäben und Faserstaub zu reinigen. Jedoch ist es möglich, dass ein geringerer Teil in der Fasermasse verbleibt, ohne dass dies die Qualität der hergestellten Fasermatte verringert. Somit können bis zu einem gewissen Grad Schäben bei der nachfolgenden Herstellung der Fasermatte verwendet werden.
Für einige Fasermatten, bei denen ein Aufschluß der Pflanzenfasern erwünscht wird, beispielsweise für Faserabsörptionsmittel, wird eine weitere Vorbehandlung der Fasern vor dem Herstellen der Fasermatte ausgeführt. Das Aufschließen kann ausgeführt werden, wenn die Fasern in Wasser unter Druck gekocht oder in einem Extruder gekocht werden. Darüber hinaus können sie chemisch behandelt werden, beispielsweise durch Zugabe einer Base in das Wasser. Danach werden die hergestellten Fasern gewaschen und getrocknet, bevor sie anschließend für das trockene Formverfahren verwendet werden. Alternativ dazu kann auch eine Feuchtreinigung der Fasermasse in diesem Herstellungsschritt erfolgen. So können die Fasern, die durch ein Sieb gereinigt und aufgeschlossen werden, einem Hydrozyklon zugeführt werden, wobei es sich gezeigt hat, dass es möglich ist, durch Reinigen einen sehr großen Teil der Schäben in der fertigen weichen Masse zu entfernen. Es scheint somit möglich, eine weiche Masse herzustellen, die nur einen Gehalt von bis zu 0,1% Schäben aufweist. Da die Schäben entfernt werden, wird die Festigkeit der anschließend hergestellten Fasermatte erhöht, da die Fasermatte mehr Fasern für Faserbindungen enthält, da die Fasermatte mehr Fasern pro Flächeneinheit enthält, da das Gewicht einer Schäbe dem Gewicht einer großen Anzahl an Fasern entspricht. In der Praxis scheint es möglich, die Festigkeit des Endproduktes durch Abscheiden von Schäben in einem Hydrozyklon zu erhöhen. Da die Kapazität des Hydrozyklons niedrig ist, ist es vorteilhaft, so viele Schäben wie möglich durch das Trockenverfahren zu entfernen. Die anschließende Behandlung/das Reinigen in einem Hydrozyklon findet somit vorzugsweise zusammen mit Verfahren statt, bei denen die Vorbehandlung der Fasern ein Aufschließen umfaßt.
Die hergestellten Fasern werden dann zum Ausbilden der Fasermatte durch ein trockenes Formverfahren verwendet, das im wesentlichen dem trockenen Formverfahren entspricht, das beim trockenen Ausformen von Papier eingesetzt wird.
Die hergestellten einzelnen Fasern werden mehr oder weniger fibrilliert, was die Tendenz der Fasern, sich verbinden und ineinander verwickeln zu können, verstärkt. Somit werden automatisch Zwischenfaserbindungen in der Fasermatte erzielt. Für einige Anwendungsgebiete ist es deshalb nicht notwendig, Bindemittel hinzuzufügen. Jedoch ist es auch möglich, Bindemittel hinzuzufügen, um Zwischenfaserbindungen zwischen den einzelnen Fasern auszubilden. Die entstehende Fasermatte hat somit eine homogene zusammenhängende Struktur durch die gesamte Dicke hindurch.
Die Bindemittel, die verwendet werden können, können organische Bindemittel, synthetische organische Bindemittel oder natürliche Bindemittel sein. Als Bindemittel können Polymere, beispielsweise Thermoplaste verwendet werden. Insbesondere beim Ausbilden von Verbundprodukten und hochfesten Produkten, wo die ausgebildete Faserschicht als Faserverstärkung angesehen werden kann, die sich in einer Matrix aus Polymeren befindet, können relativ große Mengen der Bindemittel eingesetzt werden. In solchen Produkten werden somit bis zu 50% an Bindemittel in Bezug auf das fertige Produkt verwendet.
Die Bindemittel können auch in Form synthetischer Fasern bereitgestellt werden, beispielsweise als Zweikomponentenfasern, die aus Polypropylen und Polyethylen, Polyester, Vinyl etc. bestehen. In einer solchen Situation findet die Befestigung der Schicht durch Erwärmen bis zur Schmelztemperatur des Kunststoffes statt, wodurch Zwischenfaserbindungen erzeugt werden. Als Beispiele natürlicher Bindemittel können Stärke und Milchsäure erwähnt werden. Solche Bindemittel können in einem Anteil von bis zu 5-15% zugefügt werden.
Die Menge und Art der zugefügten Bindemittel hängt somit von der beabsichtigten Verwendung der hergestellten Fasermatte ab. Eine Fasermatte, die für Isoliermatten gedacht ist, enthält somit sehr wenig oder kein Bindemittel. Im Gegensatz dazu enthält beispielsweise eine Verbundschicht, die Eigenschaften aufweist, die denjenigen entsprechen, die von Faserplatten und Graupappen (Spanplatten) bekannt sind, eine größere Menge an Bindemittel (10 bis 50%), und Bindemittel und Fasermatte werden gleichzeitig mit dem Ausbilden der Zwischenfaserbindungen einer Kompression unterzogen. Hierdurch wird eine kompakte und starke Schicht ausgebildet.
Darüber hinaus ist es möglich, die Eigenschaften des fertigen Produktes dadurch zu variieren, dass die Länge der Fasern im Produkt verändert wird. So ist es für bestimmte Produkte vorteilhaft, dass ein Teil, beispielsweise 10% oder mehr, der Schäben aus dem Trennprozeß dem trockenen Formverfahren zugeführt wird, so dass eine kompaktere und stärkere Fasermatte ausgebildet wird.
Wenn luftige und weiche Fasermatten gewünscht werden, werden keine Schäben hinzugefügt, und gleichzeitig wird kein wahrnehmbares Kompaktieren der trocken ausgebildeten Schicht ausgeführt. Darüber hinaus werden für solche luftigen Produkte Pflanzenfasern, vorzugsweise Flachsfasern, verwendet, die geeignet verrottet sind, so dass sie nach dem Kürzen und Abtrennen, viele Fibrillen enthalten, die dazu beitragen, eine zusammenhängende Fasermatte zu erhalten, die gleichzeitig luftig ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die Fasermatten beträchtlich preiswerter als kardierte/genadelte Fasermatten erzeugt werden. Die Fasern können im Vergleich zum Herstellen entsprechender Fasermatten, die aus Holzfasern hergestellt sind, unter Zugabe von sehr wenig Bindemittel zu einer Fasermatte ausgebildet werden, und zwar aufgrund der größeren Faserlänge der gekürzten Pflanzenfasern. So weisen Holzfasern typischerweise eine Länge zwischen 1 und 3 mm auf, was beträchtlich von der typischen Länge von Pflanzenfasern abweicht, die insbesondere zwischen 4 und 15 mm liegt, wie vorstehend erwähnt.
Wie bereits erwähnt, kann die Fasermatte ohne die Verwendung eines Bindemittels oder mit einer sehr geringen Bindemittelmenge hergestellt werden. Beim Herstellen von Fasermatten für Isolationszwecke ist die Zugabe eines Bindemittels in einem Anteil von 0 bis 15%, vorzugsweise 2 bis 3%, ausreichend, um eine zusammenhängende Fasermatte aus Flachs- und Hanffasern zu erzeugen, die leicht zu handhaben sind. Im Vergleich dazu enthält eine entsprechende Isolationsplatte aus Holzfasern normalerweise 15 bis 20% Bindemittel, was den Preis des Produktes erhöht.
Wie erwähnt, können die Fasermatten durch Verwendung verrotteter Fasern luftig und weich gemacht werden, was durch das Kürzen/Trennen zu vielen Fibrillen führt. Wenn die Pflanzenfasern nur leicht verrottet oder nicht verrottet sind, hängen viele der Pflanzenfasern noch in Faserbündeln zusammen. Dies ergibt eine härtere und rauhere Fasermatte, da die ausgebildete Fasermasse einen relativ größeren Anteil an Faserbündeln als an Einzelfasern aufweist.
Eine Fasermatte, die Faserbündel enthält, ist weniger weich und dicht. Jedoch ist die Faserstärke in einer solchen Fasermatte größer. Diese macht sie geeignet für die Herstellung von Platten, wozu eine größere Festigkeit erforderlich ist. Durch Regulieren der Vorbehandlung in Form des Verrottungsgrades, möglicherweise kombiniert mit chemischer und/oder enzymatischer Behandlung, ist es somit auch möglich, die Eigenschaften der hergestellten Fasermatte zu beeinflussen.
Die Eigenschaften in den Fasern können daher, abhängig väm Anwendungsgebiet, kombiniert werden.
Die Faserbündel umfassen wenige Einzelfasern oder bis zu maximal 10 bis 30 Einzelfasern.
Die Fasermatten werden in der Regel aus Fasern hergestellt, die hydrophob sind, da Fasern aus Flachs und Hanf in größerem oder geringerem Grad hydrophob sind. Eine hydrophobe Fasermatte wird daher durch Verwendung von Fasern gebildet, die nur mechanisch (nicht chemisch) behandelt sind. D. h. man läßt die Stiele in einer kürzeren oder längeren Zeitspanne rotten bzw. verrotten und trocknet auf einen Wassergehalt zwischen 8 und 18%, vorzugsweise zwischen 10 und 16%. Der Grad an Hydrophobizität hängt von der Rohmaterialqualität ab. Je stärker das Verrotten, je geringer der Hydrophobizitätsgrad. Die Fasern können Feuchtigkeit von der Umgebung absorbieren, geben die Feuchtigkeit wieder ab und sind gegenüber Fäulnis und Angriffen von Schimmelpilzen bei normaler Umgebungsfeuchtigkeit resistent.
Alternativ ist es ebenfalls möglich, Fasermatten herzustellen, worin die Fasern hydrophil gemacht wurden. Es ist daher möglich, die Fasern über ein Aufschließen oder eine enzymatische Behandlung, ein Waschen und ein Trocknen vorzubehandeln, um die Fasern zu Cellulose weiterzuverarbeiten. Dies kann durch Kochen in Wasser unter Druck oder Kochen in Extrudern erfolgen. Eine derartige Vorbehandlung kann mit oder ohne Zugabe von Aufschlußchemikalien, wie beispielsweise Natriumhydroxid, durchgeführt werden.
Eine nach einem derartigen Verfahren hergestellte Fasermatte kann z. B. eingesetzt werden, wo die Notwendigkeit für einen Absorptionseffekt besteht, wie beispielsweise in Hygienetüchern, Monatsbinden, Papiertaschentüchern etc.
Das Trockenformungsverfahren ermöglicht es, die Fasermatten mit größerer oder weniger größerem Verdichtungsgrad und mit größerer oder geringerer Dicke herzustellen. Es ist daher möglich, die Fasermatten mit Dicken von 2 bis 5 mm und bis zu Dicken von 2 bis 300 mm oder sogar dicker herzustellen. Die gebildeten Fasermatten können durch Verdichten mit Grammgewichten von 30 g/m² bis Grammgewichten von 3000 g/m² oder mehr hergestellt werden. Beispielsweise können Matten zum Gebrauch in geformten Verbundelementen mit Grammgewichten bis zu 8000 g/m² hergestellt werden.
Weiterhin ist es durch die Herstellung der Fasermatte möglich, Papierwolle, Bindemittel (synthetische Fasern oder organische Bindemittel), Schäben von Flachs oder Hanf, Holzfasern zuzumischen oder flammhemmende Mittel zuzumischen, um Isoliermatten mit feuerfesten Eigenschaften herzustellen. Den gebildeten Fasermatten können daher feuerfeste Materialien zugegeben werden, wie zum Beispiel Salze, wie Borax und Borsäure, Aluminiumhydroxid, Ammoniumphosphat, Ammoniumsulfat oder andere, beispielsweise in Mengen von 0 bis 15% des Gesamtgewichts der Matte.
Durch Herstellung von Fasermatten in einer luftigen Form können diese somit als Isoliermatten eingesetzt werden, um aus Mineralwolle und Glaswolle hergestellte Isoliermatten zu ersetzen. Die gebildeten Faserplatten können weiterhin durch Zugabe von Schäben, Bindemitteln und durch Ausübung eines Drucks auf die gebildete Fasermatte als Bauplatten, als Ersatz für Fasertafeln und Graupappen (Spanplatten) eingesetzt werden.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren gebildete Fasermatte enthält bis zu 100% Flachsfasern oder Hanffasern oder eine Kombination dieser Fasern. Weiterhin können die Fasermatten, gemischt mit anderen Fasern, die organisch oder anorganisch sein können, hergestellt werden. Obwohl es aus ökonomischen Gründen bevorzugt ist, die Fasermatten aus durch das erfindungsgemäße Verfahren gebildete Pflanzenfasern herzustellen, ist es ebenfalls möglich, die als lange Fasern ausgebildeten Pflanzenfasern, sogenannten Kabel (Tows) einzusetzen.
Es ist somit möglich, Kabel aus der Textilindustrie, stammend von Flachs genauso wie Hanf, einzusetzen, und wo das Kabel beispielsweise in Hammermühlen auf die gewünschten Faserlängen vor Ausbilden der Fasermatte im Trockenformungsverfahren gekürzt wird.
Die Fasern, die durch das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden können, können verschiedene Zusammensetzungen aufweisen:
- gekürzte Fasern, verrottet oder nicht, bestehend aus gereinigten Flachs- und/oder Hanffasern, gemischt mit bis zu 10% Schäben,
- gekürzte Fasern, verrottet oder nicht, hauptsächlich als Einzelfasern, bestehend aus Flachs- und/oder Hanffasern, gemischt mit Schäben von Flachs und/oder Hanf mit bis zu 90% Schäben,
- kurze Fasern, verrottet oder nicht, hauptsächlich als Faserbündel und -schäben aus Flachs und/oder Hanf,
- Schäben, abgetrennt durch Reinigen von Flachs und/oder Hanf oder
- eine Staubfraktion, abgetrennt durch Reinigen, bestehend aus sehr kurzen Fasern zusammen mit Schäben.
Die Faserqualität hängt von den gewünschten Eigenschaften vom geformten Endprodukt ab. Durch ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von Fasermatten, die als Isoliermatten geeignet sind, werden die Pflanzenstiele auf einen Wassergehalt zwischen 10 und 16% getrocknet. Dann werden die Stiele in einer Hammermühle gehäckselt bzw. geschwungen und gekürzt, so daß der Hauptteil der Fasern vorzugsweise eine Länge zwischen 3 und 20 mm aufweist, wobei die Fasern eine durchschnittliche Länge zwischen 4 und 15 mm aufweisen. Dies findet vorteilhafterweise unter Verwendung eines rotierenden Siebs statt. Dann werden die Fasern trockengeformt, was vorzugsweise unter Verwendung eines Formungskopfteils, angebracht oberhalb einer Vakuumbox, erfolgt. Dazwischen ist ein Formungsgeflecht angeordnet, auf dem die Fasern abgeschieden und durch ein Vakuum gehalten werden. Das Abbinden findet durch Verdichten zusammen mit der Zugabe von 0 bis 5% Bindemittel statt. Alternativ kann noch bis zu 50% Bindemittel eingesetzt werden, wenn ein besonders großer Anspruch an die Handlichkeit der gebildeten Fasermatte besteht.
Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildete Fasermatte muß keine ebene Platte oder Schicht darstellen. Somit ist es möglich, eine endgültige Behandlung gleichzeitig mit dem Absetzen oder in unmittelbarem Anschluß an das Abbinden der Zwischenfaserbindungen durchzuführen.
Daher ist es möglich, der Fasermatte eine Raumform zu verleihen, beispielsweise eine Wellenform, wodurch diese als Verstärkungsfasern in einer Verbundplatte geeignet wird, beispielsweise einer hochfesten Verbundplatte oder einer bearbeitbaren Verbundplatte. Alternativ kann die Fasermatte geformt werden, um die Form einer gewünschten Verpackung zu erhalten, beispielsweise die Form einer Box oder einer Schale. Somit könnte eine Fasermatte, die eine stabile Form aufweist und fest ist, zur Herstellung von Verpackungsprodukten oder Pflanzentöpfen eingesetzt werden. Die Verpackung/der Pflanzentopf kann durch einen Preßvorgang in unmittelbarem Anschluß an den Abbindeschritt ausgebildet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die nachfolgenden Beispiele näher beschrieben.

Beispiel 1

Dieses Beispiel veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung einer Fasermatte aus Flachs zur Verwendung als Isoliermatte als Ersatz für Mineralwolle. Stroh aus Flachs sowohl Öl- und Spinnflachs als auch Hanf können eingesetzt werden. Die besten Fasern werden aus Spinnflachs erhalten, den man gut verrotten läßt und möglichweise Hanf, wenn dieser ausreichend verrottet ist. Hier wird ein Beispiel für die Herstellung von Fasermatten zur Isolierung auf Basis von Spinnflachs angegeben:
Die Flachsstiele werden in Schwaden gelegt und nach etwa 10 Tagen auf dem Feld wird die Saat mit einem üblichen Mähdrescher kombiniert geerntet. Danach liegt das Stroh in einer Strohlage/Schwade auf dem Feld und verrottet. Der Verrottungsprozeß kann überwacht werden, indem man einen Farbwechsel beim Stroh feststellt. Der gewünschte Verrottungsgrad wurde erreicht, wenn die Farbe des Strohs/der Fasern zu hellgrau wechselt. Es kann notwendig sein, die Schwade zu wenden, um ein gleichförmiges Verrotten sicherzustellen.
Der Verrottungsprozeß wird genau überwacht und täglich werden Proben genommen, um sicherzustellen, wie weit der Verrottungsprozeß im handgehäckselten bzw. geschwungenen Stroh fortgeschritten ist.
Wenn der gewünschte Farbwechsel aufgetreten ist, wird das Stroh durch Pressen in Ballen, vorzugsweise runde Ballen, gesammelt, wobei dies normalerweise bei einem Trockengehalt von etwa 85% im Stroh (15% Wasser) stattfindet.
Die Ballen werden zur Fabrik transportiert, wo sie auf 12% Wassergehalt getrocknet werden. Nach dem Trocknen wird der Ballen entrollt/aufgeschnitten, das Flachsstroh wird der Hammermühle zugeführt, wo das Häckseln/Schwingen stattfindet. Von der Mühle wird die Fasermasse, die nun aus Fasern genauso wie aus Holzteilen/Schäben besteht, über ein Zyklon in ein rotierendes Sieb befördert, wo die Schäben zusammen mit dem Staub abgetrennt werden. Die nun wollene Fasermasse hat eine durchschnittliche Länge von etwa 4 bis 15 mm. Einige Fasern sind jedoch länger. Die Länge der Fasern kann bis zu einem bestimmten Grad durch Regulierung des Siebs auf der Hammermühle und durch Regulierung der Einstellung des Siebs bei der nachfolgenden Sortierung auf dem rotierenden Sieb eingestellt werden. Normalerweise werden Fasern auf einen Gehalt von 5% Schäben gereinigt. Durch eine weitere Reinigung wird ein vergleichsweise großer Verlust an Fasern erhalten.
Die gereinigte Fasermasse wird über Leitungen zur Mattenanlage transportiert, wo ein Trockenausformen stattfindet. Dies erfolgt beispielsweise durch Verwendung eines Formungskopfes, angebracht oberhalb einer Vakuumbox, wo dazwischen ein Formungsgeflecht angebracht ist, auf dem die Fasern abgeschieden und durch ein Vakuum gehalten werden. Die Mattenanlage ist eingestellt, um Fasermatten/Matten in der gewünschten Größe zu bilden. Dies wird durch die Geschwindigkeit reguliert, mit der der Faserzuführer (Ballenaufbrecher) über einen Transportbläser zum Formungskopf dosiert wird. Gleichzeitig wird die Fördergeschwindigkeit auf dem Geflecht reguliert.
Wenn eine Matte zum Einsatz als Isolierung von Decken und Wänden etc. hergestellt werden soll, wird die Größe der Fasermatte reguliert auf beispielsweise 200 mm mit einem gewünschten Grammgewicht von beispielsweise 3000 g/m². Für bestimmte Isolationszwecke ist eine so leicht wie mögliche Fasermatte erwünscht und unter diesen Voraussetzungen wird die Fasermatte nicht verdichtet.
Wenn die Herstellung einer Fasermatte erwünscht ist, die kompakter und möglicherweise von geringerer Größe ist, erfolgt dies durch Regulierung des Verdichtunggrads (Kompaktierungsgrads) der Fasermatte vor, nach oder während eines möglichen Abbindens, das vorzugsweise in einem Ofen durchgeführt wird.
Während des Verfahrens, wobei die Fasern von vorherigen Geflechten herausfallen und weiterbefördert werden, wird 2 bis 3% Bindemittel, beispielsweise in Form einer Nebenkomponente, bestehend aus Polyethylen und Polypropylen, zugegeben. Das Abbinden der Fasermatte kann durch Wärmebehandlung in einem Ofen bei etwa 145ºC oder einer anderen Temperatur, abhängig vom Bindemitteltyp, stattfinden, d. h. die Fasermatte wird über ein Formungsgeflecht durch einen Ofen mit gewünschter Temperatur geführt.
Während des Verfahren (vor dem Abbinden im Ofen) können mögliche feuerfeste Gewebe zugegeben werden, wie beispielsweise Salze, wie Borax (0 bis 15%), Borsäure (0 bis 15%), Aluminiumhydroxid (0 bis 15%) oder andere. Die Salze können in die Fasern hineinfallen oder auf die Fasern aufgesprüht werden.
Nach Abbinden der Fasermatte wird diese über eine Walze aufgerollt und verpackt oder in Formen geschnitten. Während dieses Verfahrens kann die Fasermatte fest zusammengerollt werden. Beim Entrollen erreicht die Fasermatte dieselbe Größe und dasselbe Volumen wie vor dem Aufrollen, da sich die Fasermatte expandiert.
Die fertiggestellte Fasermatte ist weich und biegsam. Abhängig vom Verrottungsgrad ist die Farbe gelblich/hellgrau bis dunkelgrau. Die Fasermatte konnte zu einem billigeren Preis hergestellt werden, als die üblichen (ver-)genadelten kardierten Fasermatten. Die Fasermatte hat eine Wärmeisolation entsprechend einem Lambdawert von -0.40. Die Fasermatte ist aufgrund der hydrophoben Eigenschaften unmittelbar feuchtigkeitsabweisend, aber die Fasermatte ist nach wie vor befähigt, Feuchtigkeit aus der Umgebung aufzunehmen und abzugeben.

Beispiel 2

Dieses Beispiel veranschaulicht das Verfahren zur Herstellung einer Fasermatte auf Basis von Flachscellulose für den Einsatz in der Textilgewebeindustrie, wie beispielsweise absorbierendes Papier oder als Hüllstoff/Verpackungsmaterial.
Die Fasern werden wie oben im Beispiel 1 vor dem Ausformen der Matten beschrieben hergestellt. Der Verrottungsgrad kann von ganz unverrotteten bis stark verrotteten Fasern gehen. Die nun gereinigten wollenen Fasern werden einem Aufschluß unterzogen. Dies kann durch Kochen in Wasser unter Druck oder durch Kochen in einem Extruder erfolgen. Die Vorbehandlung wird mit oder ohne Zugabe von Aufschlußchemikalien, wie beispielsweise kaustischem Soda (Natriumhydroxid), durchgeführt. Die Behandlung im Extruder kann bei einem relativ hohen Gehalt an Trockenmasse, etwa 10%, aber auch bei einem niedrigen Prozentsatz der Trockenmasse ablaufen.
Wenn eine Extrusionsbehandlung eingesetzt wird, findet gleichzeitig mit dem Aufschneiden der Fasermasse eine Imprägnierung der Fasern statt. Nach der Extrusionsbehandlung wird die Fasermasse in einen Behälter befördert und bei 100ºC etwa eine Stunde gekocht. Nachfolgend wird die Pulpe von verbliebenem Zucker und Lignin gereinigt. Die Fasermasse besteht nun aus einer homogenen Verteilung an Fasern in einer Aufschlämmung, enthaltend 0 bis 5% Verunreinigungen, die in erster Linie von den Schäben stammen. Diese können durch Zentralreinigung in einem Hydrozyklon herausgereinigt werden. Die Pulpe kann möglicherweise vor dem Reinigen in einem Hxdrozyklon in einem Refiner raffiniert werden, wenn eine Fibrillierung der Fasern gewünscht ist. Beispielsweise ist es ein Plattenrefiner, ein "Weitwinkel"-Refiner oder beispielsweise eine Schneidmühle.
Nach dem Aufschluß besteht der Flachsaufschluß aus fast reiner Cellulose mit einem Gehalt von 80 bis 95% Cellulose. Die Trockenmasseausbeute liegt zwischen 75 und 90%. Die Verteilung der Faserlänge wurde mit Bayer McNett-Index gemessen zwischen 200 und 300, vorzugsweise zwischen 240 und 280. Die Festigkeit in der Flachscellulose wurde gemessen in Nm/m²/cm² mit 100 bis 160 oder mehr.
Wenn gebleichte Pulpe gewünscht wird, kann 2% Peroxid zugegeben werden und es wird eine Bleichung von etwa 75 erreicht.
Die schließlich erhaltene Pulpe wird getrocknet und in einer Schlagmühle/Hammermühle zerfasert, wenn gewünscht ist, daß die Fasern vor dem Formen in eine Fasermatte vollständig zerfasert werden sollen. Das Ausformen findet wie in Beispiel 1 beschrieben statt, aber, abhängig von der Anwendung, wird eine dünnere Matte als beispielsweise für den Einsatz als absorbierendes Papier, für den Einsatz in Hygienetüchern und dergleichen hergestellt (etwa 70 bis etwa 200 g/m²). Eine sehr dünne Matte (20 g/m²) kann eingesetzt werden als Hüllstoff durch Zumischen von etwa 15% oder weniger hydrophobe Bindemittel.
Selbst ohne Bleichen der Pulpe sind die Produkte sehr hell von hellgrau bis weißlich.

Beispiel 3

Dieses Beispiel veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung geformter Verbunde auf Basis der Fasermatte aus Hanf oder Flachs.
Als Basis zum Erhalt einer Faserplatte mit hoher Festigkeit, ist es möglich vergleichsweise nicht verrottete Fasern, möglichweise gemischt mit Schäben, einzusetzen. Die Faserfestigkeit in nicht verrottet bis leicht verrotteten Fasern ist höher als bei stark verrotteten Fasern. Flachs genauso wie Hanf ist als Rohmaterial aufgrund der hohen Festigkeit der Fasern geeignet. Die herausgereinigten Holzteile, Schäben, können für Verbunde entsprechend zu Graupappen (Spanplatten) eingesetzt werden.
Die Fasermatte wird wie oben in Beispiel 1 vor dem Formen einer Matte beschrieben hergestellt. Es wird eine Fasermatte gewünschter Größe und Grammgewichts, beispielsweise 300 g/m², hergestellt. Durch Einsatz verhältnismäßig unverrotteten Flachs oder Hanfs ist die Fasermatte sehr steif und hart. Der Schäbengehalt kann je nach Wunsch eingestellt werden. Je höher der Gehalt, je steifer die Matte vor dem Formen.
Während der Mattenherstellung wird ein sogenannter Pflanzenfaserkompatibilisierer aufgesprüht, d. h. eine chemische Modifikation, wie beispielsweise mit Isocyanat (etwa 1 bis 2%), um sicherzustellen, daß die hydrophoben Fasern eine Oberfläche erhalten, die mit herkömmlichen Bindemitteln, wie Formaldehyd etc., das als Bindemittel in Faserplatten eingesetzt wird, kompatibel ist. Anstatt Formaldehyd zuzugeben, können EVA (Ethylenvinylacetat) oder natürliche Bindemittel eine Möglichkeit sein.
Auch werden die Fasern vorher, während oder unmittelbar nach der Mattenherstellung oder unmittelbar nach Pressen mit Hitze, Vakuum oder Autoklaven/Formen, wie bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Faserplatten oder Graupappen (Spanplatten), verklebt.
Die geformten Verbunde, basierend auf Hanf- oder Flachsfasern, haben eine Festigkeit im Bereich von hartem Masonit.
Wenn es gewünscht wird, einen hoch verstärkten Verbund herzustellen, wird ein großer Anteil an organischen Bindemitteln als synthetische Polymere, umfassend Thermoplaste und Duroplaste, beispielsweise Polypropylen, Polyacetat und Polyester, eingesetzt. Etwa 50% Bindemittel wird zugegeben. Das zusätzliche Bindemittel wird während der Mattenherstellung zugegeben und die Fasermatte wird nachfolgend mit hohem Druck in die gewünschten Formen gepreßt. Die Formungsverfahren erfolgt wie bei Beispiel 1 beschrieben.
Die hoch verstärkten Verbunde weisen eine Festigkeit im Bereich von Glasfasern auf und sind gebräuchlich als Ersatz für Kunststoffverbunde und Glasfaserverbunde.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Fasermatte unter Verwendung von Pflanzenfasern, umfassend die Schritte: Ernten der Pflanzen durch Schneiden und Dreschen, Verrottenlassen der Pflanzenstiele im ganzen oder teilweise, Trocknen dieser zum Bereitstellen eines gewünschten Wassergehalts, Kürzen und Trennen der Fasern, um eine Fasermasse, umfassend hauptsächlich Einzelfasern mit Längen innerhalb des gewünschten Intervalls zwischen 0,1 und 30 mm zu erhalten und zum Erzeugen ihrer Fibrillierung, Formen der Matte durch ein trockenes Formverfahren, wobei die Fasern statistisch orientiert sind und die Matte fixiert wird, da ohne den Bedarf eines Bindemittels zumindest teilweise Zwischenfaserbindungen zwischen den Einzelfasern, da diese mehr oder weniger fibrilliert sind, aufgebaut werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern auf eine Länge zwischen 3 und 20 mm und insbesondere zwischen 4 und 15 mm gekürzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasern teilweise auf dem Feld verroten läßt und daß sie danach, vor dem Verkürzen, einem weiteren kontrollierten Verrotten in Enzyme enthaltendem Wasser unterzogen werden.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß organische Bindemittel, synthetische organische Bindemittel oder natürliche Bindemittel zugegeben werden können.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Flachs und Hanf ausgewählt werden.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stiele in einer Hammermühle gehäckselt und auf eine gewünschte Länge gekürzt werden, daß die Fasern in einem gewünschten Längenintervall durch Verwendung eines rotierenden Siebs abgetrennt werden, daß die Faserfraktion trocken in eine Matte geformt wird, wenn die Fasern in ein über einem Formungsgeflecht angebrachtes Formungskopfteil geblasen werden.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 0 und 50% Bindemittel zugegeben werden können.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte zwischen 0 und 10% Pflanzenreste enthalten kann.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kürzen und Abtrennen der Fasern unter trockenen Bedingungen durchgeführt wird, und daß das Verfahren weiterhin das Aufschließen der Fasern umfaßt, wenn die Fasern in reinem Wasser unter Druck gekocht werden oder in einem Extruder gekocht werden, daß sie chemisch z. B. durch Zugabe von Base behandelt werden, daß sie gewaschen werden, und daß sie, bevor die geformten Fasern trocken geformt werden, getrocknet werden.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Non-woven-Matte mit einer Dicke zwischen 2 und 300 mm und mit Grammgewichten zwischen 30 und 8000 g/m² im Formungsschritt hergestellt werden.