EP1660588A1 - Formkörper und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Formkörper und verfahren zu ihrer herstellung

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EP1660588A1
EP1660588A1 EP04739956A EP04739956A EP1660588A1 EP 1660588 A1 EP1660588 A1 EP 1660588A1 EP 04739956 A EP04739956 A EP 04739956A EP 04739956 A EP04739956 A EP 04739956A EP 1660588 A1 EP1660588 A1 EP 1660588A1
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EP
European Patent Office
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kernel
flour
fibers
natural fibers
lignin
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Withdrawn
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EP04739956A
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Holger Wieland
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Individual
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08H8/00—Macromolecular compounds derived from lignocellulosic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L97/00—Compositions of lignin-containing materials
    • C08L97/02—Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse

Definitions

  • the present invention relates to moldings containing binders and natural fibers, for. B. coconut fibers, banana plant fibers, and / or plant fibers of plants with a one-year growth period, for. B. fiber nettle, ramie, oil flax, flax flax (long fiber), nipa, jute, hemp, kenaf, cotton, sisal, flax,. Tear cotton, sugar cane bagasse or grain straw, and a process for their production.
  • B. coconut fibers, banana plant fibers, and / or plant fibers of plants with a one-year growth period for. B. fiber nettle, ramie, oil flax, flax flax (long fiber), nipa, jute, hemp, kenaf, cotton, sisal, flax,. Tear cotton, sugar cane bagasse or grain straw, and a process for their production.
  • Moldings containing coconut fiber and binders are known.
  • coconut fiber panels are on the market that are used as screed insulation panels. Coconut fiber panels are also used as heat and sound-insulating wall and floor panels. As a binder z. B serve latex
  • Coconut fiber boards can also be used in the manufacture of furniture and materials for solid board materials. For this purpose, z. B Urea-formaldehyde resins and epoxy resins and binders containing phenol are used. There are also molded parts for the automotive industry
  • Coconut fibers are resistant to vermin, they do not rot and mold and are antiseptic.
  • the fibers are coconut shell flour, which is also referred to as kernel flour, and / or kernel flours of the kernels of edible fruits, e.g. B. olive kernel flour, peach kernel flour, apricot kernel flour is added and phenol oxidizing enzymes such as polyphenol oxidases, tyrosinases and / or peroxidases are added to the mixture as binders.
  • Kernel meal has so far not been able to establish itself in the production of moldings, since large amounts of binder are consumed by the core flour to bind the moldings, so that it is referred to as a real binder eater. This property results from the small-scale nature of the powdered meal, which generally has grain sizes from 50 ⁇ m to 300 ⁇ m and therefore has a large specific surface.
  • All phenol oxidizing enzymes can be used as an enzyme component, e.g. B. laccases or phenol oxidases with an enzyme activity of 200 nKat / ml to 3000 nKat / ml.
  • coconut shell flour (core flour) is obtained from the inner hard shell of the coconut. It is commercially available in various grain sizes
  • Grain sizes are below 200 microns, even down to below 50 microns.
  • the proportion of cellulose is around 41% - 44%, the proportion of lignin is around 27% - 30%.
  • Olive flour has a lignin content of approx. 35% and a pH of 6.
  • coconut fibers and / or plant fibers from annual plants can be used, e.g. B. chamois, ramie, oil flax, flax flax (long fiber), nipa, jute, hemp, kenaf, cotton, sisal, flax, cotton cane, sugar cane, bar alley and straw.
  • the plant fibers used generally have a diameter or a thickness of 0.1 m to 3.5 mm, the fiber lengths are between 0.5 cm and 35 cm for the coconut fiber and 0.5 cm up to 350 cm for other plant fibers.
  • Coconut fibers are obtained from the outer layer of the coconut.
  • auxiliaries can be added to the moldings according to the invention, such as, for example, mineral fibers, color pigments, dyes, shell components, fillers such as.
  • B. cork-like cells as they are contained in the fiber coat of the coconut fruit, which are also referred to as mulch, water repellents, chips, dusts, cellulose, starch, lignin, other kernel flours,> consist of fruit kernels or vegetable kernels.
  • lignin must be added.
  • the method for producing the shaped bodies can be carried out, for example, in such a way that a fleece, felt, ball or fabric is first formed from the plant fibers.
  • the incubation with phenol oxidizing enzymes can then be carried out by immersion, spraying or mixing.
  • B. a pasty mixture can be formed, lignin can also be added.
  • the pasty mixture can be mixed with the natural fibers and, if necessary, with auxiliary substances.
  • the core meal can also be mixed with the natural fibers, for example by sprinkling or mixing on the fleece, felt, ball or fabric. The mixture is then incubated with solutions of the phenol-oxidizing enzymes.
  • the range from 100 nKal / ml to 1500 nKat / ml are generally incubation times in the range of 30 min at room temperature. up to 10 hours are sufficient to establish a good bond.
  • the shaped bodies are then formed by shaping, pressing or extruding the mixture, the shaping conditions being selected such that the shaped bodies have densities of 0.2 to 1.5.
  • the molded parts according to the invention are suitable as materials or molded parts for the construction, furniture, packaging or vehicle, aerospace industry Manufacture of materials for parquet, for use as sheets for further processing 2: u Furniture, acoustic rooms, walls, panels, boats, shingles, cladding of walls and facades indoors and outdoors. As surface lamination on wood, plastics and mineral substrates and / or as a substructure for laminates, parquet, decorative materials for walls and furniture. For injection molded parts and construction materials.
  • Materials that contain less than 5% lignin or core meal, in particular less than 3% lignin or core meal, can tend to tear out the fibers during processing by sawing, milling, drilling and grinding, so that either the content of lignin and / or the kernel meal content should be higher, preferably between 3% and 50%.
  • the molding compound was pressed under a pressure of 11 kg / m 2 at 190 ° C. for 3 minutes to form a plate.
  • a plate with a thickness of 3.3 mm and a bulk density of 1.1 was obtained.
  • the transverse tensile strength was 0.20 N7 mm 2 and the swelling after 24 hours of immersion at 20 ° C. was 4% in weight gain.
  • the molding compound was pressed under pressure and a pressing temperature of 190 ° C.
  • the press time was 3 minutes with a material thickness of 2.0 mm. This resulted in a plate-like material with a bulk density of 1050, a transverse tensile strength of 0.23 N / mm 2 and a swelling in% of 4.0.

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Abstract

Formkörper, enthaltend Naturfasern und Bindemittel, enthalten 99 - 10 Gew.-Teile ligninhaltiger Naturfasern und 1 - 90 Gew.-Teile Kernmehle, die mit phenoloxidierenden Enzymen und dem durch diese aktiviertes Lignin verklebt worden sind, mit einer Dichte von 0,2 - 1,4. Bevorzugt wird Kokosfaser und Kokosnussschalenmehl (Kernmehl) eingesetzt.

Description

I
Formkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung ,
Die vorliegende Erfindung betrifft Formkörper, enthaltend Bindemittel und Naturfasern, z. B. Kokosfasern, Bananenpflanzenfasern, und / oder Pflanzenfasern von Pflanzen mit einjähriger Wuchsperiode, z. B. Fasernessel, Ramie, Öllein, Hechselflachs ( Langfaser), Nipa, Jute , Hanf, Kenaf, Baumwolle, Sisal, Flachs, . Reißbaumwolle, Zuckerrohr- Bagasse oder Getreidestroh, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Formkörper die Kokosfaser und Bindemittel enthalten, sind bekannt.
So sind beispielsweise Kokosfaserpiatten im Handel, die als Estrichdämmplatten eingesetzt werden. Kokosfaserpiatten werden auch als wärme- und schalldämmende Wand-und Bodenplatten eingesetzt. Als Bindemittel kann z. B Latex dienen
Nachteilig ist die geringe Formbeständigkeit solcher Formkörper
Kokosfaserpiatten können auch in der in der Möbel- und Werkstoffherstellung für feste Plattenwerkstoffe eingesetzt werden. Hierfür werden als Bindemittel z. B Harnstoff-Formaldehydharze und Epoxydharze und phenolhaltige Bindemittel eingesetzt. Es werden auch Form-Pressteile für die Automobil Industrie unter
Verwendung von Hanf und / oder Flachs und Polypropylen als Bindemittel gefertigt.
Kokosfasern sind beständig gegen Ungeziefer, sie faulen und schimmeln nicht und sind antiseptisch.
Es wurde gefunden das sich Formkörper mit guter Formbeständigkeit aus den oben genannten Naturfasern herstellen lassen, wenn den Fasern Kokosnuss- Schalenmehl, daß auch als Kernmehl bezeichnet wird, und / oder Kernmehle der Kerne von essbaren Früchten, z. B. Olivenkernmehl, Pfirsichkernmehl, Aprikosenkemmehl, hinzugegeben wird und dem Gemisch als Bindemittel phenoloxidierende Enzyme wie z.B. Polyphenoloxidasen, Tyrosinasen und / oder, Peroxidasen zugesetzt werden. Kernmehl hat sich bisher bei der Herstellung von Formkörpern nicht durchsetzen können, da zum Binden der Formkörper große Mengen Bindemittel durch das Kernmehl verbraucht werden, sodass es als regelrechter Bindemittelfresser bezeichnet wird. Diese Eigenschaft ergibt sich aus der Kleinteiligkeit des Kernmehlpulvers, das im allgemeinen Korngrößen von 50 μm bis 300 μm besitzt und dadurch eine große spezifische Oberfläche aufweist.
Überraschenderweise tritt dieser Effekt beim Einsatz der genannten Enzyme nicht auf.
Als Enzymbestandteil können alle phenoloxidierenden Enzyme eingesetzt werden, z. B. Laccasen oder Phenoloxidasen mit einer Enzymaktivität von 200 nKat / ml bis 3000 nKat / ml.
Kokosnuss-Schalenmehl ( Kernmehl ) wird aus der inneren harten Schale der Kokosnuss gewonnen. Es ist in verschiedener Körnung im Handel, gängige
Körngrößen liegen unterhalb 200 micron, sogar bis unterhalb 50 micron. Der Anteil an Cellulose liegt bei etwa 41% - 44%, der Ligninanteil bei etwa 27% - 30 %. Olivenkemmehl hat einen Ligninanteil von ca. 35 % und einen pH Wert von 6.
Als Naturfasern lassen sich Kokosfasern und /oder Pflanzenfasern von einjährigen Pflanzen verwenden,, z. B. Fasemessel, Ramie, Öllein, Hechselflachs ( Langfaser), Nipa, Jute , Hanf, Kenaf, Baumwolle, Sisal, Flachs, Reißbaumwolle Zuckerrohr Bargasse und Getreidestroh.
Die eingesetzten Pflanzenfasern haben im allgemeinen einen Durchmesser oder eine Dicke von 0,1 m bis 3,5 mm, die Faserlängen betragen bei der Kokosfaser zwischen 0.5 cm und 35 cm und bei anderen Pflanzenfasern 0,5 cm bis zu 350 cm.
Kokosfasern werden aus der äußeren Schicht der Kokosnuss gewonnen.
Sie werden vielfältig verwendet, z.B. zur Herstellung von Seilen, Matten, Bürsten Besen, Teppichböden, Flechtmatten, Formkörpern, wie beispielsweise Sitzschalen für Möbel und Fahrzeuge, Sonnenblenden und Polster für die Fahrzeug- und Möbelindustrie. Den erfindungsgemäßen Formkörpern können weitere Hilfsstoffe zugesetzt werden, wie beispielsweise, mineralische Fasern, Farbpigmente, Farbstoffe, Schalenbestandteile, Füllstoffe, wie z. B. korkartige Zellen,wie sie in dem Fasermantel der Kokosfrucht enthalten sind, die auch als Mulch bezeichnet werden, Hydrophobierungsmittel, Späne, Stäube, Cellulose, Stärke, Lignin, andere Kernmehle,> bestehenC aus Fruchtkernen oder pflanzlichen Kernen. Beim Einsatz von Fasern, die kein Lignin enthalten, ist ein Zusatz von Lignin erforderlich.
Das Verfahren zur Herstellung der Formkörper lässt sich beispielsweise so durchführen, dass aus den Pflanzenfasern zunächst ein Vlies, Filz, Knäuel oder Gewebe gebildet wird. Die Inkubation mit phenoloxidierenden Enzymen kann dann durch Tauchverfahren, Besprühen oder Vermischen erfolgen. Aus Kernmehl und Enzymiosung kann z. B. eine pastöse Mischung gebildet werden, wobei auch Lignin hinzugegeben werden kann. Die pastöse Mischung kann mit den Naturfasern und bei Bedarf auch mit Hilfsstoffen vermischt werden.
Das Kernmehl kann auch mit den Naturfasern vermischt werden, indem es beispielsweise auf das Vlies, Filz, Kneuel oder Gewebe, aufgestreut oder untergemischt wird. Die Inkubation mit Lösungen der phenoloxidierenden Enzyme erfolgt dann mit der Mischung.
Bei Verwendung von Laccase als phenöloxidierendes Enzym mileiner Aktivität im
Bereich von 100 nKal / ml bis 1500 nKat / ml sind im allgemeinen bei Zimmertemperatur Inkubationszeiten im Bereich von 30 min. bis 10 h ausreichen, um eine gute Bindung zu erziehlen.
Die Formkörper werden dann durch Verformung, Verpressung oder Extrusion der Mischung gebildet, wobei die Verformungsbedingungen so gewählt werden, das die Formkörper Dichten von 0,2 bis 1 ,5 aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Formteile eignen sich als Werkstoffe oder Formteile für die Bau-, "Möbel- VerpacXungs- oder Fahrzeug- Luft- und Raumfahrtindustrie, zur Fertigung von Werks.toffen für Parkett, zur Anwendung als Plattenware zur Weiterverarbeitung 2:u Möbeln, Akustikräumen, Wänden, Paneelen, Booten, Schindeln, Verkleidungen von Wänden und Fassaden im Innen- und Außenbereich. Als Oberflächenkaschierung auf Holz, Kunststoffe und mineralische Untergründe und /oder als Unterkonstruktion für Laminate, Parkett, Decormaterialien für Wände und Möbel. Für Spritzgussteile und Konstruktionswerkstoffe.
Des weiteren für Verpackungsmaterialien und Verpackungen für diverse Güter inkl. Lebensmittel.
Werkstoffe, die weniger als 5% Lignin oder Kernmehl, insbesondere weniger als 3 % Lignin oder Kernmehl enthalten, können dazu neigen, dass bei der Verarbeitung durch Sägen, Fräsen, Bohren und Schleifen die Fasern ausreißen, sodass entweder der Gehalt an Lignin und / oder der Gehalt an Kernmehl höher liegen sollte, möglichst zwischen 3% und 50 %.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beispiele näher erläutert.
Die in den Beispielen enthaltenen Angaben dienen der Erläuterung, sie sollen die
Erfindung nicht beschränken.
Beispiel I
85 Gew.-Teile gereinigte Kokosfasern wurden zu einem Vlies geformt und mit 30 Gew.- Teilen Kernmehl der Körnung 75 μm bestreut. Die Faserfeuchte betrug 12 %. Die Mischung wurde dann mit einer Laccase- Lösung besprüht, die 800 nKat / ml und einem pH Wert von 5,5 enthielt. Die Laccase- Aktivität wurde nach dem ABTS Test bestimmt und mit einer Pufferlösung .bestehend aus 0,1M Citronensäure und 0,2 M Dinatrium - Hydrogenphosfat ( Naz H PCM ),dem Mc - llvaine Puffer, gemischt. Nach einer Inkubationszeit von 4 Stunden bei Zimmertemperatur ( ca. 22°C ) wurde die überschüssige Feuchtigkeit mechanisch abgepresst.
Die Formmasse wurde unter einem Druck 11 Kg / m2 bei 190 ° C 3 min lang zu einer Platte verpresst. Man erhielt eine Platte von 3,3 mm Stärke, mit einer Rohdichte von 1 ,1 Die Querzugfestigkeit betrug 0,20 N7 mm2, die Quellung nach 24 Stunden Tauchzeit bei 20°C betrug 4% in Gewichtszunahme.
Beispiel II.
Es wurden 70 % gereinigter Kokosfasern die zu einem Vlies geformt waren, mit 30 % Kernmehl der Körnung 75 μm aus dem Kokoskern bestreut. Die Faserfeuchte beterug 12 %. Die Mischung wurde dann mit einer Phenoloxidase-Enzymlösung besprüht.die aus Laccase von 800 nKat /ml bestand. Bei einer Umgebungstemperatur von 22 °C und nach einer Inkubationszeit von vier Stunden, wurde die überschüssige Feuchtigkeit mechanisch abgepresst. Die Forrmmasse wurde unter Druck und einer Presstemperatur von190°C verpresst. Die Presszeit betrug betrug 3 Minuten bei einer Matreialstärke von 3,3 mm. Das ergab einen plattenföimigen Werkstoff mit einer Rohdichte von 1100, einer Querzugsfestigkeit von 0,20 N / mm2 und einer Quellung in % von 4,0. Beispiel III.
Es wurden 90 % gereinigter Kokosfasern, die zu einem Vlies geformt waren.mit 10 % Kernmβhl der Körnung 75 μm aus dem Kokoskern bestreut. Die Faserfeuchte beterug 12 %. Die Mischung wurde dann mit einer Phenoloxidase-Enzymlösung besprühtdie aus Laccase von 800 nKat / ml bestand. Bei einer Umgebungstemperatur von 22 °C und nach einer Inkubationszeit von vier Stunden, wurde die überschüssige Feuchtigkeit mechanisch abgepresst. Die Forrmmasse wurde unter Druck und einer Presstemperatur von190°C verpresst. Die Presszeit betrug betrug 2 Minuten bei einer Matreialstärke von 2,5 mm. Das ergab einen plattenfόrmigen Werkstoff mit einer Rohdichte von 984, einer Querzugsfestigkeit von 0,25 N / mm2 und einer Quellung in % von 3,1.
Beispiel IV.
Es wurden 70 % gereinigter Kokosfasern , die zu einem Vlies geformt waren.mit 30 % Olivenkemmehl der Körnung 32 μm bestreut. Die Faserfeuchte beterug 12 %. Die Mischung wurde dann mit einer Phenoloxidase-Enzymlösung besprüht.die aus Laccase von 800 nKat /ml bestand. Bei einer Umgebungstemperatur von 22 °C und nach einer Inkubationszeit von zwei Stunden wurde die überschüssige Feuchtigkeit mechanisch abgepresst.
Die Forrmmasse wurde unter Druck und einer Presstemperatur von190°C verpresst. Die Prβsszeit betruςi betrug 3 Minuten bei einer Matreialstärke von 2,0 mm. Das ergab einen plattenförmigen Werkstoff mit einer Rohdichte von 1050, einer Querzugsfestigkeit von 0,23 N / mm2 und einer Quellung in % von 4,0.

Claims

Patentansprüche
1. Formkörper, enthaltend Naturfasern und Bindemittel, gekennzeichnet durch einen Gehalt von
99 - 10 Gew.- Teilen ligninhaltiger Naturfasern und
1 - 90 Gew.- Teilen ligninhaltiger Kernmehle, die mit phenoloxidierenden Enzymen und dem durch dieses aktivierte Lignin verklebt worden sind, mit einer Dichte von 0,2 - 1 ,5
2. Formkörper nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen Gehalt von 90 - 30 Gew.- Teilen Naturfasern und
10 - 70 Gew.- Teilen Kernmehlen.
3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass seine Querzugsfestigkeit 0,1 N / mm2 - 1 ,05 N / mm2 beträgt.
4. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass seine Quellung 1 % - 20 % beträgt.
5. Formkörper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er als Naturfasern Kokosfasern und /oder Pflanzenfasern von einjährigen Pflanzen z. B. Fasernessel, Ramie, Öllein, Hechselflachs ( Langfaser), Nipa, Jute , Hanf, Kenaf, Baumwolle, Sisal, Flachs, Reißbaumwolle Zuckerrohr Bargasse und / oder Getreidestroh enthält.
6. Fopmkorper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er als Kernmehl Kokosnuss-Schalenmehl, und / oder Kernmehle der Kerne von essbaren Früchten, z. B. Olivenkemmehl, Pfirsichkernmehl, Aprikosenkernmehl, Pflaumenkernmehl, Kirschkernmehl enthält.
7. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern nach den Ansprüchen 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasern und die Kernmehle entweder getrennt oder in Mischung mit phenoloxidierendem Enzym inkubiert werden und nach einer Inkubationszeit von 5 sec bis 24 h durch Pressen oder Extrudieren, unter
5 Einwirkung von Wärme oder Hochfrequenz Wellen zu Formkörpern verformt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass den Naturfasern bzw. dem Kernmehl wie Olivenkernmehl, Pfirsichkernmehl, Aprikosenkernmehl
IO Zusätze, wie andere organische oder anorganische Fasern, Schalenbestandteile,
Hydrophobierungsmittel, Oleophobierungsmittel, Späne, Stäube, Farbpigmente, Farbstoffe, Cellulose, Stärke, Lignin, oder Füllstoffe zugemischt werden.
I 5
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