EP1349949A1

EP1349949A1 - Verfahren zur herstellung fester stoffe aus pflanzlichem material, nach diesem verfahren hergestellter werkstoff, verwendung des stoffes sowie anlage zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: EP1349949A1
Application number: EP02729412A
Authority: EP
Inventors: Christoph Affentranger
Original assignee: Innovation Wood (IWood)
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2003-10-08
Also published as: CA2434396A1; BR0206418A; RU2003122197A; US20040108042A1; WO2002055722A1

Abstract

Das Verfahren dient zur Herstellung fester Stoffe, insbesondere Baustoffe, wobei pflanzliches Ausgangsmaterial zerkleinert, fermentiert und wenigstens teilweise getrocknet wird. Das pflanzliche Ausgangsmaterial wird feinkörnig zerkleinert und durch Zugabe von Mikroorganismen, vorzugsweise Hefe, fermentiert und getrocknet. Nicht fermentierte Anteile des Pflanzlichen Ausgangsmaterials werden beim Trocknen durch Stoffe der Mikroorganismen verklebt, so dass ohne konventionelle Klebstoffe ein fester Stoff hergestellt werden kann, der ökologisch unbedenklich ist.

Description

Verfahren zur Herstellung fester Stoffe aus pflanzlichem

Material, nach diesem Verfahren hergestellter Werkstoff.

Verwendung des Stoffes sowie

Anlage zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Im Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren zur Herstellung eines festen Werkstoffes aus kleinteiligem pflanzlichen Ausgangsmaterial bekannt geworden. Ziel dieser Verfahren ist es jeweils, kleinteilige oder sonstwie minderwertige Ausgangsstoffe zu einem grösseren Gegenstand zu verbinden, einem sogenannten Verbundwerkstoff, der dann über bessere Eigenschaften verfügt, als es die blosse Summe der Ausgangsstoffe ohne zusätzliches Verbindungsmittel tut . Im Vordergrund stehen dabei verschiedenste Produkte, bei denen in der einen oder anderen Form Leime als Klebstoffe zugegeben werden (etwa Span- oder Faserplatten, aber auch Spritzgiessen von Mischungen von aushärtenden Kunststoffen und pflanzlichen Rohstoffen, um nur einige Beispiele zu nennen) . Leime haben aber den erheblichen Nachteil, dass sie über sehr lange Zeit unter Abgabe von Gasen (zum Beispiel Formaldehyde) nachtrocknen, wobei die Gase gesundheitsschädigend sind. Ein weiterer Nachteil ist es, dass solche auf Leim basierenden Werkstoffe, wie sie häufig für die Möbelindustrie verwendet werden, wegen des Leimes nach Ablauf der Nutzung nur unter sehr hohem Aufwand rezyklierbar sind und dass auch ihre Verbrennung wegen der aus dem Leim entstehenden giftigen Dämpfe grosse Probleme bereitet. Erschwerend kommt hinzu, das Leime teuer sind. Ein weiterer, sehr gewichtiger Nachteil dieser auf Leim basierenden Verfahren ist es, dass das Ausgangsmaterial für die grossindustrielle Produktion nicht beliebig klein sein kann, weil es mit zunehmender Kleinheit des Ausgangsmaterials immer schwieriger wird, kleine Teilchen in einem industriellen Prozess mit ausreichend Leim zu versehen, so dass es noch mit einem anderen Teilchen verklebt werden kann. Dies unter anderem auch deshalb, weil die Fasern oder Späne gewisse Eigenschaften etwa der Grosse, der Art oder der Oberflächen haben müssen, damit die technischen Werte der Endprodukte einigermassen konstant erreicht werden können und das Produkt schliesslich nicht nur aus Leim besteht. Deshalb wird gerade in der Herstellung von Platten aus Holz das Ausgangsmaterial in Form von Stämmen oder Ästen von Dritten angeliefert und nicht etwa, was vordergründig zu erwarten wäre, in Form von Spänen. Solche kleinteiligen Abfälle wie Späne fallen aber in der holzverarbeitenden Industrie in grossen Mengen an, können aber nicht oder nur selten zur Herstellung von Platten, Papier oder ähnlichem genutzt werden und müssen daher häufig verbrannt werden.

Die Entsorgung derartiger pflanzlichen Stoffe, die häufig im Zusammenhang mit anderen industriellen Prozessen als Restprodukte entstehen, stellt für verschiedene Industriezweige eine Herausforderung dar. Ebenfalls bekannt ist, dass einige pflanzliche Stoffe dank Harzen und Säften selbstklebende Eigenschaften haben, wenn sie entsprechend bearbeitet werden. Diese selbstklebenden Eigenschaften werden bei der Herstellung gewisser Faserplatten aus Holz und Gräsern genutzt. In der Fachwelt wird aber bezweifelt, dass mit dieser Methode die zur industriellen Verwendung ausreichend hohe Festigkeiten erzeugt werden können.

Bekannt, aber von der Industrie zur Herstellung von festen Werkstoffen speziell auch für die Bauindustrie und weitere nicht genutzt, sind Verfahren, bei denen der Leim auf natürliche Weise durch die bei einer Fermentation gewonnene Mikroorganismen im Material selbst entsteht . Bei diesen Verfahren dienen meist Abfälle etwa aus der Möbelindustrie oder sonstige Mischungen von verschiedenen kompostähnlichen Materialien wie Mais, Zweige, Gras und Hühnerfedern als Ausgangsmaterialien. Diese Bestandteile werden zerkleinert und gemischt . Das Gemisch wird fermentiert und zu einer Nachbehandlung mehrere Tage stehengelassen. Die so gewonnene Masse kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, etwa zur Herstellung von Paletts oder Formteilen, indem die Masse homogenisiert und unter Druck durch Spritzgiessen in Form gebracht wird. Durch Trocknen wird der so gewonnene Gegenstand gehärtet. Die nach diesem Verfahren hergestellten Gegenstände haben den Vorteil, dass sie sich, sofern die Ausgangsstoffe sich dazu eignen, zur Entsorgung problemlos und kostengünstig dem natürlichen Kreislauf zugeführt werden können. Nachteilig ist, dass die bislang bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Gegenstände mehrere Tage oder sogar Wochen und damit sehr lange dauern. Die Eigenschaften dermassen hergestellter Produkte sind kaum kontrollierbar, da die Ausgangsstoffe keine homogene Gruppe von Rohstoffen darstellen und zudem in zu geringen Mengen meist dezentral anfallen, um für eine industrielle Verwendung interessant zu sein. Es werden auch keine Angaben gemacht, wie denn ein industrieller Prozess zur Herstellung von Platten oder Formteilen aussehen müsste. Dementsprechend sind auch die die Fachwelt interessierenden Werte wie Festigkeit, Porosität oder Lebensdauer kaum oder gar nicht bekannt. Weit verbreitet ist das Verfahren, pflanzliche Rohstoffe zu zerkleinern (Mahlen) , zu fermentieren und anschliessend zu trocknen (Backen) , hingegen in der Lebensmittelindustrie, etwa zur Herstellung von Brot. Zwischen Lebensmittel und Werkstoff ist der Salzteig einzuordnen, wie er zum Formen von kunsthandwerklichen Gegenständen allerdings nur in geringen Mengen benutzt wird. Die Lebensmittelindustrie stellt allerdings keine Werkstoffe mit gezielt eingehaltenen Fe- stigkeitswerten her.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines bearbeitbaren Werkstoffes aus kleinteiligen pflanzlichen Ausgangsstoffen anzugeben, der die oben erwähnten Nachteile zu überwinden vermag. Das Verfahren sollte sich im Idealfall zur industriellen Produktion in einem Durchlaufverfahren eignen, ökologisch und ökonomisch sein und nicht auf den Einsatz von konventionellen Klebstoffen angewiesen sein. Zudem soll die Verwendung eines dermassen hergestellten Werkstoffes angegeben werden. Der Werkstoff soll ein vielseitig einsetzbarer Stoff sein, geeignet zum Beispiel für die Bau-, Verpackungs-, Möbel-, Flugzeug-, Automobil- und Schiffsbauindustrie, aber auch für den Handwerker und das Kleingewerbe. Der Werkstoff sollte im besten Fall einfach rezyklierbar, allenfalls kompostierbar sein und bei seiner Verbrennung der Umwelt nicht mehr Probleme bereiten, als es eine vergleichbare Menge Holz tun würde. Die technischen Eigenschaften des Werkstoffes sollten bekannt sein und sich beliebig reproduzieren lassen. Die Druckfestigkeit dieses Werkstoffes sollte mindestens 0.1 N/mm2 betragen (vorzugsweise mehr als 2.0 N/mm2) und dessen Querzugfestigkeit mindestens 0.01 N/mm2 (vorzugsweise mehr als 0.2 N/mm2) , wobei diese Werte für einen Feuchteanteil des Werkstoffes von unter 3% Gültigkeit haben sollen. Dieser Werkstoff sollte ähnlich wie Holz bearbeit- bar sein, sich also zersägen, verleimen, schleifen und bohren lassen. Zudem sollte mindestens ein Weg zur Herstellung einer stark porösen Variante dieses Werkstoffes (Porenvolumen im besten Fall über 15%) bekannt sein. Die Porosität des Werkstoffes sollte eine Möglichkeit der Eigenschaften des Werkstoffes bilden, jedoch nicht zwingend sein. Der Werkstoff soll als gekrümmte oder flache Platte herstellbar sein, als Formteil, als Rohr oder als Bogen, im besten Fall in grossen Formaten. Die Aufgabe ist mit dem Verfahren gemäss Anspruch 1 gelöst.

Das Verfahren ist gemäss Weiterbildungen der Erfindung vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass

a) Pflanzenbestandteile wie zum Beispiel Holz oder Stroh, aber auch Maisstärke (sofern dies nicht bereits durch andere Prozesse geschehen ist) fein zerkleinert werden, vorzugsweise auf eine Korngrösse von weniger als 0.5 mm Durchmesser,

b) die so gewonnen Körner mit geeigneten Mikroorganismen (zum Beispiel Hefepilze oder Bakterien) in Berührung gebracht werden, was innerhalb oder ausserhalb eines Fermenter geschehen kann,

c) die Mikroorganismen sich in einem Fermenter, zum Beispiel einem Batchfermenter oder einem Röhrenreaktor, vermehren, indem sie die vorhandenen Pflanzenbestandteile teilweise oder vollständig zersetzten, was unter kontrollierten Temperatur-, Druck- und Feuchtigkeitsverhältnissen geschieht,

d) dass der so gewonnenen viskuosen Masse fakultativ ein oder mehrere Zuschlagstoffe beigefügt werden zur Beeinflussung verschiedener Eigenschaften des Endproduktes wie Druck- oder Zugfestigkeit, aber auch Resistenz gegenüber Schädlingen, die den fertigen Werkstoff befallen könnten,

e) dass der viskuosen Masse fakultativ zum Beispiel mechanisch und/oder chemisch Flüssigkeit entzogen wird,

f) dass die derart gewonnene viskuose Masse fakultativ zum Beispiel mechanisch und/oder chemisch aufgelockert wird,

g) dass die viskuose Masse in eine Form gegossen oder auf ein Material aufgetragen wird, h) dass die viskuose Masse in einem oder mehreren Schritten getrocknet wird zum Beispiel durch Erwärmen mit Mikrowellen oder Radiowellen,

i) dass die teilweise oder vollständig getrocknete Masse aus ihrer Form entnommen wird,

j) und dass die teilweise oder vollständig getrocknete Masse konfektioniert, also zugesägt und weitbearbeitet wird.

Der so hergestellte geformte biologische Bau- und Werkstoff eignet sich zum Möbelbau, zum Holzbau, zum Innenausbau von Gebäuden, Fahrzeugen, Flugzeugen und Schiffen, zum Wärme- und Schallisolieren von Gebäuden sowie als Verpackungsmaterial. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass hart gewordenes Brot sich im Prinzip als Bau- und Isolationsmaterial sowie für verschiedene Zwecke als Werkstoff eignen würde, einmal abgesehen von möglichen ethischen Bedenken gegenüber dem Einsatz eines Grundnahrungsmittels als Bau- und Werkstoff. Die poren- bis blasenförmi- ge, teilweise raumnetzartige Struktur von Brot machen es spezifisch leicht. Zudem ist hartes, getrocknetes Brot sehr stabil, und wenn es nicht feucht wird, auch sehr lange haltbar, wie das etwa Zwieback beweist . Eine weitere besondere Eigenschaften von hartem Brot ist seine Saugfähigkeit . Es lässt sich relativ leicht mit einer Flüssigkeit tränken, und nach deren Aus- trocknung wird das Brot erneut hart. Und schliesslich ist Brot problemlos biologisch abbaubar, die Entsorgung stellt also kein grosses Problem dar.

Die Technik des Backens lässt sich überraschend auf einen Teig ausweiten, der grundsätzlich Stoffe enthält, die nicht essbar sind, wie etwa fein zerkleinertes Holz in Form von Sägemehl, feine Holzschnitzel oder andere pflanzliche Bestandteile wie zum Beispiel Stroh oder gar ein Gemisch aus verschiedenen Pflanzen. Vorzugsweise aber handelt es sich um artenreine Pflanzenbestandteile, also etwa nur Holz der Tanne oder nur Holz der Buche. Die Verwendung dieser Stoffe ist aber im Bau oder als Werkstoff durchaus möglich und sinnvoll . Die verschiedenen in der Bäckereibranche bekannten Techniken der Teigbearbeitung und Teiglok- kerung lassen sich ohne weiteres auf einen solchen Holzmehl-Teig übertragen, wie das ausgedehnte Versuche zeigten. Dabei werden die guten Eigenschaften von Brot, namentlich seine feine Raummatrix, im wesentlichen auf ein solchermassen zusammengesetztes Erzeugnis übertragen (vgl. mit den Figuren 2 und 3). Die Erfindung besteht also darin, biologische, chemische und mechanische Prozesse wie sie üblicherweise bei der Herstellung von Brot eingesetzt werden zur Erzeugung einer poren- bis blasenförmigen, teilweise raumnetzartigen Struktur eines biologischen Bau- und Werkstoffes einzusetzen und damit den gewünschten Bau- und Werkstoff zu schaffen. Der Teig aus biologischem Material wird hierzu in Formen gebracht und darin getrocknet, sodass feste Erzeugnisse in Form von Platten, Kugeln, Stäben oder beliebigen anderen Formteilen entstehen. Ebensogut kann der Teig auch auf ein geeignetes Material aufgetragen werden und zusammen mit diesem gebacken werden, sodass er anschliessend an diesem Material anhaftet und dieses Material zum fertigen Endprodukt gehört und in diesem Fall ein Entformen entfällt. Durch die geeignete Modifikation des Teiges, namentlich durch seine Bestandteile und deren Beschaffenheit sowie durch die mittels spezifischer Bearbeitung erzielte Konsistenz des Teiges lassen sich die Eigenschaften des am Ende gebackenen Produktes über weite Bereiche steuern. Das lässt eine sehr grosse Zahl von Kombinationen verschiedener Möglichkeiten zu.

Die einfachste Variante besteht darin, fein zerkleinertes Holz in Form feiner Holzspäne oder Sägemehl zu einem feinkörnigen Holzmehl zu zerreiben. Diesem Holzmehl wird sodann Wasser und eine Hefe oder Gärbakterien, zum Beispiel Milchsäure oder Essigsäurebildner, zugegeben und die Masse wird zu einem homogenen Teig vermischt. Bei dieser Vermischung kann auch ein mechanischer Lufteintrag, genau wie beim Zubereiten eines Brotteiges. Der fertige Holzmehlteig wird dann einer Gärung überlassen. Der Gärprozess der Hefepilze oder Gärbakterien setzt Gase im Teig frei, welche den Teig lockern und luftig machen, sodass er eine poröse Struktur erhält. Dieser Prozess kann chemisch unterstützt werden, indem dem Teig zusätzlich Backpulver zugegeben wird. Es kann aber auch mechanisch durch Druck Luft oder ein Gas in den Teig gepresst werden, wie dies in der Lebensmittelindustrie häufig geschieht. Nun wird der Teig in eine gewünschte Form gegossen oder auf ein geeignetes Material aufgetragen und gebacken, das heisst unter Erwärmen ausgehärtet. Ein spezifisches Beaufschlagen der Giessmasse mit Druck ist nicht nötig, wenngleich auch für bestimmte Anwendungen sinnvoll, wenn zum Beispiel sichergestellt werden soll, dass Giessformen mit nicht leicht zugänglichen Stellen vom Teig zuverlässig erreicht und satt ausgefüllt werden sollen oder wenn sich die Eigenschaften des schliesslich erzeugten Werkstoffes durch eine Behandlung des Teiges mit Druck verbessern lassen. Der ausgehärtete gebackene Holzmehl-Rohling kann hernach entformt werden oder mitsamt dem Trägermaterial verwendet und gegebenenfalls weiter bearbeitet werden .

Dem Teig lassen sich zahlreiche weitere feste, flüssige oder gasförmige Stoffe, einzeln oder in Kombination, beifügen, um die Eigenschaften des zu backenden Endproduktes und somit des Bau- und Werkstoffes oder die Eigenschaften des Teiges selbst zu verändern. Beigefügt werden können zum Beispiel Salze zur Erhöhung der Feuerfestigkeit. Besonders geeignet als Flammschutzmittel sind auch Borax, Zinkborat oder Silikatstaub, die dem Teig bei- gemengt werden können. Weiter können verschiedenste Chemikalien als Schutz vor dem Befall des ausgehärteten Produktes mit Pilzen und Insekten zugeschlagen werden. Hierzu eignen sich organische Säuren, vorzugsweise niedrigmolekulare organische Säuren wie Essigsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Ameisensäure, Milchsäure, Propionsäure, Benzoesäure, Sorbinsäure und Salicylsäure oder andere, wobei sich jedoch die Essigsäure besonders gut eignet. Diese Säuren oder andere Flüssigkeiten werden dem Teig vor dem Giessformen zugeschlagen und mit ihm homogen vermischt oder dem Teig nur oberflächlich beigefügt, etwa durch Besprühen. Oder es werden Späne und Fasern aus Pflanzen oder Klebstoffe zur Verbesserung der Eigenschaften des Produktes gegen Bruch beigemengt, etwa um die Zugbelastbarkeit und somit der Bruchfestigkeit zu erhöhen. Das kann zum Beispiel mit der Zugabe von textilen Faserstoffen, Hartfaserstoffen wie Flachse, Bananenfasern, Kokos, Sisal, Baumfasern, Stroh, aber auch Papiere, Karton und Textilien usw. erreicht werden. Metalle in unterschiedlicher Form können beigemengt werden, um das Produkt magnetisch oder elektrisch leitfähig zu machen. Fette, Harze und Öle als Zuschlagstoffe eignen sich als Weichmacher des Produktes. Allerlei Kunststoffe in verschiedenen Formen können ebenfalls beigemengt werden. Kohlenhydrate in Form etwa von Zucker und Stärke, Enzyme, Katalysatoren sowie Alkohole als Zuschlagstoffe ermöglichen die Steuerung und Optimierung des Gärungsprozesses, also des Wachstums der Mikroorganismen. Grundsätzlich eignet sich jedes biologische Material als Zuschlagsstoff zur Modifikation der Werkstoffeigenschaften. Erwähnt seien etwa Blätter, Zweige, Nadeln, Wurzeln, Früchte, Stengel, Schalen, Schoten, Knollen, Blüten, Rinde, Gräser, Stroh, Getreide, Unkraut, Fasern aller Art. Aber nicht nur pflanzliches Material ist ja biologisch. Ebenso können sich auch tierische Stoffe als Zuschlagsstoffe eignen, so etwa Federn, Hörn, Felle, Leder, Tierepithelien, Nematoden usw. Schliesslich können dem Teig bei Bedarf durchaus auch mineralische Bindemit- tel wie Gips oder Lehm beigemengt werden, um die Eigenschaften des fertigen Produktes in günstiger Weise zu beeinflussen. Der Varianten für die Beimengung von Hilfsstoffen sind viele und die hier erwähnten beispielsweisen Zuschlagsstoffe bilden keine ab- schliessende Aufzählung. Die Zuschlagsstoffe können dabei einen erheblichen Masseanteil am fertigen Produkt ausmachen. Das biologische Ausgangsmaterial wirkt jedoch zusammen der Hefe oder den Gärbakterien durchwegs als Auslöser für die Gärung.

Es ist möglich, unterschiedlich zusammengesetzte Teige schichtweise oder sonstwie räumlich versetzt auf- oder nebeneinander liegend gemeinsam zu backen und in dieser Weise mehrschichtige oder partiell separierte Werkstoffe mit je nach Schicht oder Ort unterschiedlichen Eigenschaften zu erhalten. Der Teig kann oder die Teige können ausserdem vor, während oder nach dem Erwärmen mit verschiedenen Flüssigkeiten behandelt oder gar getränkt werden, um den Backprozess oder die Eigenschaften des Endproduktes günstig zu beeinflussen. Der Teig kann zum Backen entweder in Formen eingebracht werden oder kann auch auf ein Trägermaterial aufgebracht werden, mit welchem er sich von selbst verbindet oder mit welchem er durch Leimen verbunden wird, sodass das Trägermaterial Bestandteil des Fertigproduktes wird. Das Trägermaterial des Teiges kann zum Beispiel eine Holzfaserplatte sein. Weiter sind auch sandwichartige Aufbauten denkbar, deren Zwischenräume mit Holzteig ausgegossen werden und dann als Ganzes erhitzt werden, wodurch der Holzteig in den Zwischenräumen gebacken wird. Die fertig gebackenen Produkte gleich welcher Form können mit bekannten Techniken nachbearbeitet werden, namentlich auch mit Flüssigkeiten getränkt werden. Es ist klar, dass sich in dieser Weise hergestellte Platten auch mittels Verleimen oder mechanischen Verbindungen zu mehrschichtigen, sandwichartigen Platten aufbauen lassen. Ferner stehen alle mechanischen Bearbeitungsmöglichkeiten offen wie Bohren, Fräsen, Sägen, Schleifen etc. Enthält der Teig und somit der fertig gebackene Bau- und Werkstoff nicht brennbare Stoffe, die im Innern des Bau- und Werkstoffes eine räumliche Struktur bilden, so kann nachträglich das biologische Material gezielt verbrannt werden, sodass nur mehr diese räumliche Struktur aus nicht brennbarem Material übrigbleibt. Selbstverständlich können die Bau- und Werkstoffe auch mehrere Bearbeitungsschritte durchlaufen. Nach dem Aushärten kann der Bau- und Werkstoff zum Beispiel mit einer zusätzlichen Schicht eines gleichen oder anderen Teiges bestrichen werden und dann nochmals gebacken werden. Die in dieser Weise hergestellten Bau- und Werkstoffe lassen sich ohne weiteres wie Holzplatten mit verschiedensten Materialien beschichten oder furnieren. Eine furnierte Platte, hergestellt nach diesem Verfahren und aus Holzmehl und Hefe bestehend, weist ähnliche Stabilitätseigenschaften wie eine Spanplatte auf, ist jedoch bloss etwa halb so schwer und in der Herstellung wesentlich kostengünstiger, nicht zuletzt deshalb, weil als Ausgangsmaterial im Falle von Sägemehl und Holzschnitzeln ein Holzabfall verarbeitet wird, dessen Entsorgung zunehmend Kopf erbrechen bereitet, wenn geeignete Verbrennungsanlagen, etwa Holzschnitzelfeuerungen, nicht zur Verfügung stehen oder nicht sinnvoll sind.

Die vorteilhafte Wirkung der Erfindung besteht im Erzeugen eines Werkstoffes mit den nachfolgend geschilderten besonderen Eigenschaften und einem Verfahren, das sich durch seine Einfachheit und Wirtschaftlichkeit von den bisherigen bekannten Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes aus kleinteiligen pflanzlichen Produkten etwa durch Verleimen unterscheidet . Die Eigenschaften dermassen hergestellten Werkstoffe unterscheiden sich von den auf dem Markt gängigen Produkten insbesondere durch den Verzicht auf Leime, was zur Folge hat, dass sie bis auf allfällige nicht natürliche Zuschlagsstoffe bedeutend besser entsorgbar sind, entweder durch Kompostieren, durch Rezyklieren oder Verbrennen. Im weiteren kann zur Herstellung auf kleinteilige Pflanzenbestandteile zurückgegriffen werden, die bislang nur schwer zur Herstellung von festen Werkstoffen verwendet werden konnten. Damit löst die Erfindung ein Reststoffproblem vorab der Holzindustrie, aber auch von anderen Industriezweigen, die über grosse Reststoffmengen aus Pflanzen verfügen. Die nach dem neuartigen Verfahren hergestellten Werkstoffe besitzen in Abhängigkeit der Rezepturen (mit oder ohne beigefügten Stoffe) , der Gärungsdauer und der verwendeten Mikroorganismen zudem Eigenschaften, die sich mit den Eigenschaften gängiger Produkte wie Faserplatten, Spanplatten usw. vergleichen lassen. Dies ist vor allem die Druckfestigkeit dieses Werkstoffes von mindestens 0.1 N/mm2 (vorzugsweise mehr als 2.0 N/mm2) und dessen Querzugfestigkeit von mindestens 0.01 N/mm2 (vorzugsweise mehr als 0.2 N/mm2) und eine Wärmefähigkeit von weniger als 0.9 W/mK (bei einer Porosität von mindestens 30% oder mehr) , wobei diese Werte für einen Feuchteanteil des Werkstoffes von unter 3% Gültigkeit haben. Der Werkstoff ist ähnlich wie Holz bearbeitbar, lässt sich also zersägen, verleimen, schleifen und bohren. Zudem lässt sich eine Porosität von bis zu 50% und mehr erzeugen. Die Porosität des Werkstoffes lässt sich durch geeignete Massnahmen (etwa durch pressen vor dem Trocknen) aber auch unterdrücken. Der Werkstoff kann als gekrümmte oder flache Platte, als Formteil, als Rohr oder als Bogen hergestellt werden. Ausserdem besteht die Möglichkeit, durch Beifügen unterschiedlichster weiterer Materialien und Kombinationen davon in sogar bestimmten räumlichen Anordnungen die Qualität der hergestellten Bau- und Werkstoffe in weiten Bereichen gezielt zu beeinflussen.

Die Festigkeit des schliesslich ausgehärteten Werkstoffes beruht voraussichtlich auf der Organisation der MikroStruktur von Makromolekülen, dispersen Teilchen und grösseren Feststoffen durch die von der Hefe oder Bakterien erzeugten Gasen und/oder auf der durch die Hefe oder Bakterien erzeugten Stoffwechselprodukten (vor allem Polysachariden) und/oder auf der durch die Hefe oder Bakterien aufgebauten Zellstoffen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 schematisch in einem Diagramm die einzelnen Verfahrensschritte und

Figur 2 eine räumliche schematische Darstellung eines geschnittenen Abschnittes eines erfindungsgemässen Werkstoffes .

Während bisher die Zusammensetzung des Bau- und Werkstoffes bloss qualitativ angegeben wurde, sei beispielhaft eine Rezeptur angegeben:

Man löst 10 bis 30kg Maisstärke in 60 bis 100kg Wasser. Dazu kommen 4 bis 10kg Trockenhefe als weitere biologische Komponente. Diese Mischung lässt man während einer Stunde auf 10 bis 40°C gären, vorzugsweise etwa bei 22°C bis 28°C. 30 bis 50kg feinster Holzstaub wird dann zusammen mit 20 bis 35kg Wasser zugegeben und hernach wird gut umgerührt . Schliesslich fügt man noch 5 bis 20kg Backpulver bei. Die nach gutem Umrühren erhaltene homogene, fliessfähige Teigmasse kann dann in eine Form gegossen werden, worauf sie auf einer Temperatur von 40 bis 700°C, vorzugsweise zwischen 100°C und 220°C bis zur vollen Aushärtung gebacken wird. Dies kann in einem Umluftbackofen geschehen, ein Mikrowellenbackofen aber eignet sich besser.

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, 10 Kilogramm Tannenholz mit einer Korngrösse von weniger als 0.5 mm Durchmesser in einem Fermenter mit 20 Kilogramm Wasser zu vermischen, Hefe beizufügen und dieses Gemisch bei einer Temperatur von ca. 10 bis 40°C, vorzugsweise etwa bei 22°C bis 28°C während 2 bis 72 Stunden, vorzugsweise etwa 20 bis 28 Stunden unter ständigem Kneten gären zu lassen. Die nach gutem Umrühren erhaltene homogene, fliessfä- hige Teigmasse kann dann in eine Form gegossen werden, worauf sie auf einer Temperatur von 40 bis 700°C, vorzugsweise zwischen 100°C und 220°C bis zur vollen Aushärtung gebacken wird. Dies kann in einem Umluftbackofen geschehen, ein Mikrowellenbackofen aber eignet sich besser.

Besonders interessant ist das Verfahren zum Herstellen von plastisch geformten biologischen Bau- und Werkstoffen, wenn es kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich ablaufen kann, was bedeutet, dass wenigstens zwei oder mehrere Verfahrensschritte aneinander gehängt kontinuierlich ablaufen können. In den in Figur 1 schematisch dargestellten Anlage weist zur Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung 1 zur Zerkleinerung des pflanzlichen Ausgangsmaterials, eine Vorrichtung 2 zur Fermentation, eine Vorrichtung 3 zur Nachbearbeitung, eine Trocknungsvorrichtung 4 sowie eine Vorrichtung 5 zur Nachbearbeitung auf. Die Anlage schliesst vorzugsweise einen Extruder ein, dem ein Behälter mit Rührwerk, im wesentlichen in Form einer konventionellen Teigmaschine vorgeschaltet ist, sowie ein heizbares Hohlprofil, das dem Extruder nachgeschaltet ist. Im Behälter wird zunächst das fein zerkleinerte Holz mit Wasser und Hefepilzen oder Gärbakterien zu einem homogenen Teig vermischt wonach dieser Teig der Gärung überlassen wird. Hernach kommt der Teig in den Extruder, in welchem er in einem Strangengussverfahren in ein Hohlprofil gedrückt wird. Diese kann zum Beispiel so geformt sein, dass es einen flachen rechteckigen Innenquerschnitt aufweist, sodass darin eine Platte 6 gemäss Fig. 2 formbar ist. Die Platte 6 kann mit einem Fournier 7 versehen und beispielsweise für Möbel und Innenverkleidungen verwendet werden. Das Hohlprofil kann jedoch auch ganz andere Querschnitte aufweisen, etwa einen kreisrunden Innenquerschnitt zur Herstellung von Stäben, oder einen winkel-, H- oder T-förmigen Innenquerschnitt zur Herstellung von entsprechenden Profilen, oder aber auch einen halbkreisförmigen zum Herstellen von Känneln usw. Der Teig wird in dieses Profil gedrückt und darin unter Wärmezufuhr gebacken und langsam im Profil vorgeschoben. Sobald die Formstabilität des gebackenen Bau- und Werkstückes im Hohlprofil gewährleistet ist, erreicht es durch das Vorschieben eine Zone des Hohlprofiles, wo das Hohlprofil zunächst mit wenigen kleinen Löchern versehen ist, wobei diese Zone kontinuierlich in eine Perforation mit immer grösseren Löchern übergeht . In dieser perforierten Zone des Hohlprofils wird der eben gebackene Bau- und Werkstoff einer Mikrowellenstrahlung ausgesetzt, sodass der restliche Wassergehalt durch die Perforation verdampft, während der Bau- und Werkstoff immer noch formstabil im perforierten Hohlprofil vorgeschoben wird, bis er schliesslich ausgehärtet und ausgetrocknet aus der Mündung des Hohlprofils austritt und in beliebige Längen zugeschnitten werden kann.

Dieser Bau- und Werkstoff eignet sich für verschiedenste Verwendungen. Eine der naheliegendsten Verwendungen, wenn er in einer porösen Variante hergestellt wurde, ist im Bauwesen zu sehen, wo grosse Mengen von Isolationsmaterial in Plattenform benötigt werden. Als Isolationsmaterial eignet sich der Baustoff wegen seiner blasenartigen Struktur vortrefflich. Er ist leicht, dauerhaft haltbar, kostengünstig und hat einen sehr guten U-Wert . In der Möbelindustrie kann der Bau- und Werkstoff, wenn er zum Beispiel furniert wird, als Ersatz für die herkömmlichen Spanplatten dienen. Im Vergleich zu diesen ist er etwa um 50% leichter, und in der Herstellung kostengünstiger. Gute Dienste leistet dieser Werkstoff aber auch als Verpackungsmaterial, etwa im Maschinen- und Apparatebau. Er kann in geeigneten Formen bereit- gestellt werden, sodass etwa sensible Apparate gut und unverrückbar in Kartonschachteln oder in Kisten verpackt werden können, indem die Formen sich an die Apparateformen anschmiegen. Die Kisten können in diesem Fall auch gleich aus dem neuen Werkstoff hergestellt sein. Als Verpackungsmaterial besticht der Werkstoff wegen seiner Leichtigkeit, Stabilität sowie wegen seiner völlig problemlosen Entsorgung. Im Fahrzeug-, Schiffs- und Flugzeugbau kann er wegen seines geringen Gewichtes namentlich für den Innenausbau zum Einsatz kommen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung fester Stoffe, insbesondere Baustoffe, wobei pflanzliches Ausgangsmaterial zerkleinert, fermentiert und wenigstens teilweise getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das pflanzliche Ausgangsmaterial feinkörnig zerkleinert und durch Zugabe von Mikroorganismen fermentiert und getrocknet wird, wobei nicht fermentierte Anteile des pflanzlichen Ausgangsmaterials durch Stoffe der Mikroorganismen verklebt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das pflanzliche Ausgangsmaterial Holz oder Stroh oder eine Mischung davon ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit geeigneten Pilzen, vorzugsweise Hefe oder Bakterien Hefe fermentiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hefe durch Zugabe von Wachstumsfördernden Stoffen, insbesondere Stärke oder Holzzucker auf feinkörnig zerkleinertem Holz gezüchtet und das Holz mit dieser gezüchteten Hefe fermentiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das pflanzliche Ausgangsmaterial auf eine durchschnittliche Teilchengrösse kleiner als 1mm vorzugsweise kleiner als 0,5mm zerkleinert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit Mikro- oder Radiowellen von 1MHz bis 3,75x 10¹⁴ Hz, vorzugsweise in den Bereichen von 5 bis 20 MH₂ und 2000 bis 2800 MH₂ getrocknet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausgangsmaterial ein Zuschlagsstoff beigefügt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlagsstoff faserförmig ist .

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlagsstoff ein Flammschutzmittel ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gärzeit weniger als 72, vorzugsweise weniger als 24 Stunden beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gärzeit so gewählt wird, dass ein im wesentlichen verformbarer Werkstoff entsteht.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das fermentierte Ausgangsmaterial in einer Form getrocknet und verfestigt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erwärmen durch bei der Fermentation entstehenden Gase oder mit chemischen Stoffen oder durch Einbringen, insbesondere Einpressen, von Gas Poren gebildet werden.

14. Werkstoff hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeit des schliesslich ausgehärteten Werkstoffes auf der Organisation der MikroStruktur von Makromoleküle, dispersen Teil- chen und grösseren Feststoffen durch die von der Hefe oder Bakterien erzeugten Gasen und/oder auf der durch die Hefe oder Bakterien erzeugten Stoffwechselprodukten (vor allem Polysachariden) und/oder auf der durch die Hefe oder Bakterien aufgebauten Zellstoffen beruht.

15. Werkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass er porös ist, wobei das Porenvolumen grösser als 3%, vorzugsweise grösser als 10% ist.

16. Werkstoff nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass er mehrschichtig, insbesondere sandwichartig aufgebaut ist.

17. Verwendung des Stoffes gemäss einem der Ansprüche 13 bis 17 zur Herstellung von Isolationsmaterial für das Bauwesen.

18. Verwendung des Stoffes gemäss einem der Ansprüche 13 bis 17 zur Herstellung von Verpackungsmaterial oder von Möbeln.

19. Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Vorrichtung (1) zum Zerkleinern von pflanzlichem Ausgangsmaterial, eine Vorrichtung (2) zum Fermentieren des zerkleinerten Ausgangsmaterials sowie eine Vorrichtung (4) zum Trocknen des fermentierten Ausgangsmaterials aufweist .