EP1668175B1 - Verfahren zur aufbereitung von naturfaserpflanzen - Google Patents
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Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01B—MECHANICAL TREATMENT OF NATURAL FIBROUS OR FILAMENTARY MATERIAL TO OBTAIN FIBRES OF FILAMENTS, e.g. FOR SPINNING
- D01B1/00—Mechanical separation of fibres from plant material, e.g. seeds, leaves, stalks
- D01B1/10—Separating vegetable fibres from stalks or leaves
- D01B1/14—Breaking or scutching, e.g. of flax; Decorticating
Definitions
- the present invention relates to a process for the treatment of natural fiber plants.
- the disadvantage is that the actual separation (ie the dissolution or Entholzen) of fibers and shives can take place only during further processing, or that alternatively the fiber plants are intensively pre-dissolved and abbreviated only after harvesting with field drying and possibly roasting. Due to the strong mechanical stress caused by hitting, kinking and squeezing, this downstream prerelease can be largely separated from fibers and shives.
- the disadvantage is that the known harvesting risk is completely retained.
- WO 00/20667 describes a method that can be harvested harvested fresh stalks.
- the stems are first broken up lengthwise and then divided into smaller segments. This is done by means of rollers. An immediate shredding by shredding is not disclosed.
- the process according to the invention is particularly advantageous if the process steps a) and b) are carried out immediately after the harvest without a longer intermediate storage time.
- process steps a) and b) are carried out in separate devices.
- the separated fibers to high-quality processing products, namely building materials, insulation materials, packaging materials, fiber composites or composites, further processed.
- the fibers suffer no loss of quality (in particular loss of strength) through the preservation.
- the separated fibers are dried prior to further processing.
- the separated fibers are subjected to further cleaning and fiber pulping prior to drying.
- the separated fibers are subjected to biological (e.g., enzymatic) and / or chemical treatment prior to drying and further processing.
- biological e.g., enzymatic
- chemical treatment e.g., chemical vapor deposition
- the residual fiber shives mixture Preserved with or without additives in silos, roasted, plasticized and stored until processing. It is particularly preferred that one carries out the defibration of the stored residual fiber shives mixture without a separate Plastactus processes by shear stress. It is particularly preferred that the fiberization is carried out by means of twin-screw extruders or disk mills with a grinding gap of preferably 0.3 mm.
- the processing of the digested residual fiber shives mixture to processing products, namely building materials, insulation materials or packaging materials, without prior drying in a wet process.
- the present invention thus solves the problem of separation of wet fibers from the freshly chopped material.
- a new overall method for fiber use was realized.
- the method according to the invention furthermore has the following advantageous differences in particular DE 198 13 397 A1 on, namely the material is shredded and disintegrated at harvest time from the freshly harvested stock (ie at a dry matter content of approx. 25 to 40% by mass) with a forage harvester by the working organs of the shredder so that the adhesive bond between fibers and wood components (shives) already largely destroyed here.
- the shredder length preset for the harvested crop at the shredder is 5 to 150 mm and thus significantly below the usual cutting lengths of at least 300 mm of the known fiber crop with field drying and possibly roasting; There is no field drying necessary whereby the harvesting risk is even significantly reduced even compared to the above-described pre-dissolution before the field drying.
- Suitable natural fiber plants are, for example, flax (linen), hemp, jute, sunn, kenaf, Urena, rosella and ramie.
- fresh harvesting is understood as meaning plant material which is present before completion of seed ripening and without prior drying.
- the transport then brings the chopped plant parts to a collection point at which the sieve or viewing device is permanently installed.
- the means of transport delivers the shredded material to the sieve or sighting device, natural fibers can also be readily made available by the corresponding sieving or visual process.
- a particular advantage of the method according to the invention is also that both for chopping and for separating the fibers from the shredded conventional, already used in agriculture or fiber industry devices can be used. Also, the implementation of the method for the farmer is not a particular difficulty.
- FIG. 1 a block diagram of the method according to the invention is shown. First, it is chopped up from the plant stock. The shredded material thus obtained is treated in such a way that separation of the defeced fibers from the harvest-fresh shredded material takes place. Thereafter, the components, namely the separated fibers and the Residual fiber shives mixture are processed in a conventional manner.
- the separated fibers can be processed directly into finished products. Preferably, however, a drying process may precede before the actual processing process. On the other hand, it is also possible that subjecting the separated fibers to further purification and possibly a fiber pulping. Which of the described process sequences according to the invention is the most favorable for the particular natural fiber can be easily ascertained by the person skilled in the art. The cheapest processing process also depends on the product to be produced.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Naturfaserpflanzen.
- Für die Fasergewinnung aus Naturpflanzen existieren aufwändige Aufbereitungsverfahren. Sie haben alle zum Ziel, die Fasern von den Schäben - den Holzbestandteilen und sonstigen Pflanzenbestandteilen - zu trennen, und beide Komponenten einzeln zu verwerten. Bei den gängigen Verfahren muss das Naturfaserstroh hierfür für die Aufbereitung auf lagerfähige Trockensubstanzgehalte heruntergetrocknet werden. Die Trocknung erfolgt im Allgemeinen auf dem Feld, wodurch die Qualität des Naturfaserstrohs stark von der Witterung abhängig ist.
- Ein Verfahren bei dem diese Witterungsabhängigkeit ausgeschlossen wird, ist in der
DE 197 560 46 A1 offenbart. Bei diesem Nassverfahren wird Hanf bei der Ernte als ganze Pflanze gehäckselt und anschließend konserviert. Das Trennen der Klebeverbindung zwischen Fasern und Schäben kann zum Beispiel in einer Scheibenmühle erfolgen, wobei bei diesem Verfahren die gesamte aufgefaserte Pflanzenmasse für die Herstellung von Produkten genutzt wird. Das Separieren hochwertiger Fasern vor der weiteren Verarbeitung wird jedoch nicht offenbart. - In
DE 198 13 397 A1 wird ein Verfahren beschrieben bei dem die Faserpflanzen bei der Ernte entweder nur wie in der gebräuchlichen Faserpflanzenernte mit Feldtrocknung und ggf. Röste eingekürzt und zur schnelleren Feldtrocknung durch Schlagen, Knicken und Quetschen voraufgelöst werden. Durch die hierdurch etwas beschleunigte Feldtrocknung kann das Ernterisiko reduziert werden. Das Vorauflösen muss jedoch behutsam und ohne Trennung der Fasern von den Holzbestandteilen erfolgen, um den Verlust der Schäben auf den Feld zu vermeiden. Darüber hinaus kann das Stroh hierbei nur auf Längen von mehr als 300 mm eingekürzt werden, das es sich sonst nur unter hohen Verlusten nach der Trocknung oder mit starker Verunreinigung bergen lässt. Anschließend muss dass getrocknete Stroh geborgen und weiterverarbeitet werden. Nachteilig ist, das erst bei der Weiterverarbeitung das eigentliche Trennen (d.h. das Auflösen bzw. Entholzen) von Fasern und Schäben erfolgen kann, oder dass alternativ die Faserpflanzen erst nach der Ernte mit Feldtrocknung und ggf. Röste intensiv voraufgelöst und abgekürzt werden. Bei dieser nachgelagerten Vorauflösung kann aufgrund der starken mechanischen Belastung durch Schlagen, Knicken und Quetschen eine weitgehende Trennung von Fasern und Schäben erfolgen. Nachteilig ist, dass das bekannte Ernterisiko hierbei vollständig bestehen bleibt. - Ferner sind aus der
DE 198 41 092 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbereiten von Fasernpflanzenmaterial bekannt, bei dem auch ein Teil der Fasern bereits unmittelbar nach dem Zerkleinern abgetrennt werden. Allerdings wird hierbei das Faserpflanzenmaterial gepresst und dabei aufgebrochen und dann in Abschnitte gewünschter Länge zerschnitten. Dabei kann auch ein Teil des Fasermaterials abgetrennt werden. Bei diesem Verfahren ist es aber erforderlich, das Pflanzenmaterial im trockenen Zustand in die Zerkleinerungsvorrichtung einzubringen. Feuchte, also erntefrische Pflanzenstängel würden zu einem Verkleben der Innenteile der Vorrichtung führen. Bei dieser Vorrichtung handelt es sich lediglich um einen herkömmlichen Tabakschneider. Diese Tabakschneider sind derart konstruiert, um bereits getrockneten und fermentierten Tabak zu zerkleinern. - In der
WO 00/20667 - Aus der
WO 97/45573 A1 - Bei den beiden eben beschriebenen Verfahren tritt der Nachteil auf, dass die Pflanzen in ihrer Gänze der Länge nach aufgebrochen werden müssen.
- Die vorgenannten Verfahren des Standes der Technik weisen somit erhebliche Nachteile auf.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein wirtschaftliches Verfahren bereit zu stellen, um bereits aus erntefrischen Naturfaserpflanzen die wertvollen Fasern zu gewinnen.
- Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist also ein Verfahren zur Aufbereitung von Naturfaserpflanzen, wobei man
- a) die erntefrischen Pflanzen häckselt und
- b) das Häckselgut anschließend im erntefrischen Zustand einem Sieb- und/oder Sichtverfahren unterzieht und dadurch Fasern von den anderen Pflanzenbestandteilen abtrennt und
- c) die abgetrennten Fasern und das verbleibende Restfaser-Schäben-Gemisch getrennt weiterverarbeitet.
- Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn man die Verfahrensschritte a) und b) ohne längere Zwischenlagerzeit unmittelbar nach der Ernte ausführt.
- Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, dass man die Verfahrensschritte a) und b) in getrennten Vorrichtungen ausführt.
- Vorteilhaft ist es ferner, dass man die abgetrennten Fasern zu hochwertigen Verarbeitungsprodukten, nämlich Baustoffen, Dämmstoffen, Verpackungsmaterialien, Faserverbundstoffen oder Kompositen, weiter verarbeitet.
- Vorteilhaft ist darüber hinaus, dass die Fasern keine Qualitätseinbußen (insbesondere Festigkeitseinbußen) durch die Konservierung erleiden.
- Besonders bevorzugt ist es dabei, dass man die abgetrennten Fasern vor dem Weiterverarbeiten trocknet.
- Bevorzugt ist es außerdem, dass man die abgetrennten Fasern vor dem Trocknen einer weiteren Reinigung und einem Faseraufschluss unterzieht.
- Erfindungsgemäß bevorzugt ist es ferner, dass man die abgetrennten Fasern vor der Trocknung und Weiterverarbeitung einer biologischen (z.B. einer enzymatischen) und/oder chemischen Behandlung unterzieht. Hierdurch wird die Faserqualität insbesondere die Faserfeinheit gesteigert
- In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass man das Restfaser-Schäben-Gemisch mit oder ohne Zusätze in Silos konserviert, röstet, plastifiziert und bis zur Verarbeitung lagert. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass man die Zerfaserung des gelagerten Restfaser-Schäben-Gemisches ohne einen gesonderten Plastifizierungsprozess durch Scherbeanspruchung durchführt. Ganz besonders ist dabei bevorzugt, dass man die Zerfaserung mittels Doppelschneckenextrudern oder Scheibenmühlen mit vorzugsweise 0,3 mm Mahlspalt durchführt.
- Bevorzugt ist auch, dass man die Verarbeitung des aufgeschlossenen Restfaser-Schäben-Gemisches zu Verarbeitungsprodukte, nämlich Baustoffen, Dämmstoffen oder Verpackungsmaterialien, ohne vorherige Trocknung im Nassverfahren durchführt.
- Bevorzugt ist auch ein Verfahren, bei dem man die Verarbeitung des aufgeschlossenen Restfaser-Schäben-Gemisches zu Verarbeitungsprodukten, nämlich Baustoffen, Dämmstoffen, Verpackungsmaterialien, Faserverbundstoffen oder Kompositen, nach vorheriger Trocknung im Trockenverfahren durchführt.
- Mit der hier vorliegenden Erfindung wird somit das Problem der Trennung von feuchten Fasern aus dem frisch gehäckselten Gut gelöst. Damit wurde ein neues Gesamtverfahren zur Faserverwendung realisiert.
- Überraschenderweise wurde auch festgestellt, dass im Gegensatz zur
DE 197 56 046 A1 , welches noch auf die Bearbeitung von Hanf allein beschränkt war, das erfindungsgemäße Verfahren auch für viele andere Naturfaserpflanzen weitgehend unabhängig von der Witterung in der Erntezeit angewendet werden kann. - Wesentliche erfindungsgemäße Unterschiede sind somit:
- Der Häckselvorgang wird so eingestellt, das eine weitgehende Auflösung der Klebeverbindung zwischen Fasern und Schäben erfolgt.
- Durch das Separieren der hochwertigen Fasern vor der Weiterverarbeitung zum Endprodukt lässt sich eine breitere Palette von Produkten mit höherwertigen Gebrauchseigenschaften herstellen. In diesen Produkten können die spezifischen Stoffeigenschaften der Fasern wie z.B. ihre hohe Festigkeit gezielt ausgenutzt werden. Hierdurch wird eine deutlich höhere Wertschöpfung erzielt.
- Durch das Separieren der Fasern, die üblicherweise Längen von 20 bis 250 mm aufweisen, lässt sich dass verbliebene Restfaser-Schäben-Gemisch störungsfrei und unter reduzierten Energieeinsatz zerfasern.
- Durch das Separieren der Fasern können diese gesondert und aufgrund der günstigeren faserspezifischen Trocknungseigenschaften unter geringerem Energieeinsatz getrocknet werden. Der Energiebedarf für die Trocknung der separierten Fasern liegt bei weniger als 30 % der Kosten für die Trocknung des gesamten Häckselguts.
- Das erfindungsgemäße Verfahren weist insbesondere weiterhin folgende vorteilhafte Unterschiede zur
DE 198 13 397 A1 auf, nämlich
das Material wird sofort bei der Ernte aus dem erntefrischen Bestand (d.h. bei einem Trockensubstanzgehalt von ca. 25 bis 40 Masse-%) mit einem Feldhäcksler durch die Arbeitsorgane des Häckslers so stark zerkleinert und aufgelöst, dass die Klebeverbindung zwischen Fasern und Holzbestandteilen (Schäben) bereits hier weitgehend zerstört wird. Zum anschließenden Separieren der Fasern ist keine weitere Auflösung bzw. Entholzung notwendig, was von herausragendem Vorteil gegenüber allen bisher bekannten Verfahren ist;
die am Häcksler voreingestellte Häcksellänge für das erntefrische Gut liegt bei 5 bis 150 mm und damit deutlich unter den üblichen Schnittlängen von mindestens 300 mm der bekannten Faserpflanzenernte mit Feldtrocknung und ggf. Röste;
es ist keine Feldtrocknung notwendig wodurch das Ernterisiko selbst im Vergleich zum oben beschriebenen Vorauflösen vor der Feldtrocknung noch einmal erheblich gesenkt wird. - Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es also möglich, erntefrische Pflanzen, welche Naturfasern enthalten, zu verarbeiten und die wertvollen Naturfasern bereits in diesem Stadium zu gewinnen.
- Geeignete Naturfaserpflanzen sind beispielsweise Flachs (Leinen), Hanf, Jute, Sunn, Kenaf, Urena, Rosella und Ramie.
- Unter erntefrisch wird im Sinne der vorliegenden Erfindung Pflanzenmaterial verstanden, welches vor Abschluss der Samenreifung und ohne vorherige Trocknung vorliegt.
- Überraschenderweise wurde auch gefunden, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn zunächst das Häckselgut erzeugt wird und die Abtrennung der Fasern, also das anschließende Sieb- oder Sichtverfahren in einem gewissen zeitlichen Abstand vom eigentlichen Häckseln erfolgt. Es wurde gefunden, dass wenn die Weiterverarbeitung des Häckselguts nach zu großer zeitlicher Verzögerung (z.B. 24 h) erfolgt, Verderbprozesse einsetzen, die Faserausbeute und Qualität reduzieren.
- Dies macht es möglich, die Naturfaserpflanzenernte in herkömmlicher Weise zu gestalten. Dies bedeutet, dass mit einem entsprechenden Häcksler und einem Transportmittel der erste Schritt des Verfahrens in herkömmlicher Weise durchgeführt werden kann. Das Transportmittel bringt dann die gehäckselten Pflanzenteile zu einem Sammelpunkt, an welchem das Sieb- bzw. Sichtvorrichtung fest installiert ist. In dem Augenblick, wo das Transportmittel das Häckselgut an die Sieb- bzw. Sichtvorrichtung anliefert, können auch sogleich durch den entsprechenden Sieb- oder Sichtprozess Naturfasern bereit gestellt werden.
- Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht auch noch darin, dass sowohl für das Häckseln als auch für das Abtrennen der Fasern aus dem Häckselgut herkömmliche, in der Landwirtschaft bzw. Faserindustrie bereits vorhandene Vorrichtungen benutzt werden können. Auch stellt die Durchführung des Verfahrens für den Landwirt keine besondere Schwierigkeit dar.
- Hierin liegt ein besonderer Vorteil, da keine aufwändigen und teuren Vorrichtungen, wie beispielsweise Tabakschneider, angeschafft werden müssen. Herkömmliche Häckselvorrichtungen und gebräuchliche Sieb- und Sichtanlagen können verwendet werden.
- Besonders bevorzugt zur Faserabtrennung ist eine Kammschüttel (Schüttelmaschine), die in der Faserindustrie gebräuchlich ist. Aber auch andere Vorrichtungen, welche nach dem Prinzip der Kammschüttel wirken, sind besonders geeignet.
- In der
Figur 1 ist ein Blockbild des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Zunächst wird aus dem Pflanzenbestand gehäckselt. Das so erhaltene Häckselgut wird derart behandelt, dass ein Separieren der entholzten Fasern aus dem erntefrischen Häckselgut erfolgt. Danach können die Bestandteile, nämlich die abgetrennten Fasern und das Restfaser-Schäben-Gemisch in herkömmlicher Weise weiter verarbeitet werden. - Die abgetrennten Fasern können direkt zu Endprodukten verarbeitet werden. Vorzugsweise kann aber vor dem eigentlichen Verarbeitungsprozess ein Trockenprozess vorangehen. Andererseits ist es auch möglich, dass man die abgetrennten Fasern einer weiteren Reinigung und ggf. einem Faseraufschluss unterwirft. Welche der beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrensabfolgen für die jeweilige Naturfaser am günstigsten ist, kann der Fachmann leicht feststellen. Der günstigste Verarbeitungsprozess hängt aber auch von dem herzustellenden Produkt ab.
- Entsprechendes gilt für das Weiterverarbeiten des Restfaser-Schäben-Gemisches. Hier können übliche Verfahren angewendet werden. Beispielsweise werden diese Restfaser-Schäben-Gemische in Silos eingelagert, konserviert, dabei geröstet und plastifiziert. Die anschließende Weiterverarbeitung des Restfaser-Schäben-Gemisches ist an sich bekannt. So kann eine weitere Aufarbeitung durch Plastifizierungsprozesse und Weiterverarbeitung sowohl im Nassverfahren ohne vorherige Trocknung oder nach vorheriger Trocknung in Trockenverfahren durchgeführt werden. Derartige Maßnahmen sind dem Fachmann an sich bekannt.
Claims (11)
- Verfahren zur Aufbereitung von Naturfaserpflanzen, wobei mana) die erntefrischen Pflanzen häckselt undb) das Häckselgut anschließend im erntefrischen Zustand einem Sieb- und/oder Sichtverfahren unterzieht und dadurch Fasern von den anderen Pflanzenbestandteilen abtrennt undc) die abgetrennten Fasern und das verbleibende Restfaser-Schäben-Gemisch getrennt weiterverarbeitet.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Verfahrensschritte a) und b) in getrennten Vorrichtungen ausführt.
- Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die abgetrennten Fasern zu Verarbeitungsprodukten, nämlich Baustoffen, Dämmstoffen, Verpackungsmaterialien, Faserverbundstoffen oder Kompositen, weiter verarbeitet.
- Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die abgetrennten Fasern vor dem Weiterverarbeiten trocknet.
- Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die abgetrennten Fasern vor dem Trocknen einer weiteren Reinigung und/oder einem Faseraufschluss unterzieht.
- Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Fasern vor der Trocknung und Weiterverarbeitung einer biologischen und/oder chemischen Behandlung unterzieht.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das Restfaser-Schäben-Gemisch mit oder ohne Zusätze in Silos konserviert, röstet, plastifiziert und bis zur Verarbeitung lagert.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zerfaserung des gelagerten Restfaser-Schäben-Gemisches ohne einen gesonderten Plastifizierungsprozess durch Scherbeanspruchung durchführt.
- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zerfaserung mittels Doppelschneckenextrudern oder Scheibenmühlen mit vorzugsweise 0,3 mm Mahlspalt durchführt.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Verarbeitung des aufgeschlossenen Restfaser-Schäben-Gemisches zu Verarbeitungsprodukte, nämlich Baustoffen, Dämmstoffen, Verpackungsmaterialien, ohne vorherige Trocknung im Nassverfahren durchführt.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Verarbeitung des aufgeschlossenen Restfaser-Schäben-Gemisches zu Verarbeitungsprodukten, nämlich Baustoffen, Dämmstoffen, Verpackungsmaterialien, Faserverbundstoffen oder Kompositen, nach vorheriger Trocknung im Trockenverfahren durchführt.
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