HU223584B1

HU223584B1 - Eljárás idomdarabok előállítására utánanövő nyersanyagokból nyert rostanyagból és idomdarab

Info

Publication number: HU223584B1
Application number: HU0103010A
Authority: HU
Inventors: Oskar Meyer
Original assignee: Agrosys Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2000-07-24
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2004-09-28
Also published as: HU0103010D0; EP1175981A2; HUP0103010A2; EP1175981A3; DE10036193A1

Abstract

A találmány tárgya eljárás legalább 0,15 g/cm3–0,4 g/cm3 sűrűségűidomdarabok előállítására utánanövő nyersanya- gokból nyertrostanyagból felaprított nyersanyag alakjában, valamint tanninból mintkötőanyagból formaldehid nélkül. A találmánynak tárgya az eljárássalkészült idomdarab is. Az eljárás jellegzetessége, hogy a perforáltformában lévő keverék (1) kezelését előmelegített gázzal végzik. Azidomdarab jellemzője, hogy sűrűsége 0,15 g/cm3 és 0,4 g/cm3 közötti. ŕ

Description

A találmány tárgya eljárás legalább 0,15 g/cm³-0,4 g/cm³ sűrűségű idomdarabok előállítására utánanövő nyersanyagokból nyert rostanyagból felaprított nyersanyag alakjában, valamint tanninból mint kötőanyagból formaldehid nélkül. A találmánynak tárgya az eljárással készült idomdarab is.

A növényi, tehát utánanövő nyersanyagokból nyert alapanyagok, annak köszönhetően, hogy az ember és a környezet számára kedvezőbbek, egyre nagyobb jelentőségre tesznek szert. Ezek között a cellulóz azon polimerek egyike, amelyek a természetben leggyakrabban előfordulnak, és a legolcsóbban rendelkezésre állnak. Ahhoz, hogy a cellulózból idomdarabokat készíthessünk, a cellulózhoz kötőanyagot kell hozzáadni. A kötőanyag arról gondoskodik, hogy az egyes rostok alaktartóan kötődjenek össze. De a kötőanyag kiválasztásánál is figyelembe kell venni, hogy az mennyire környezetbarát.

Hagyományosan, mint például a DE 197 04 525 Al szerint, lemezek gyártásánál cellulózhoz, mint például faforgácshoz tannin-formaldehid-gyantát adnak hozzá. Itt a tulajdonképpeni kötőanyag a tannin, míg a formaldehid hálóképzőként szolgál a tannin kötőképességének fokozására és egyúttal a kötés meggyorsítására. Azonban az ilyen módon gyártott lemezek a formaldehidot elgázosítják, ami károsan befolyásolhatja az egészséget.

A DE 43 17 692 Al leírás egy eljárást ismertet idomdarabok előállítására rostanyagok keverékéből vízzel megöntözött faforgácsból és természetes burgonya-, kukorica- vagy búzakeményítőből mint biológiai úton lebontható kötőanyagból. Az idomdarabok kiképzése úgy történik, hogy a keveréket egy fűthető présbe helyezik és abban 250 °C fokig terjedő hőmérsékleten lemezzé préselik. A nedvesség arra szolgál, hogy a keményítőszemcsék könnyebben feloldódjanak ragacsos, gélszerű tömeggé, amely összeköti a rostanyagokat. A 10-500 bar nyomás mellett lejátszódó présfolyamat 20 perces ciklusidővel rendelkezik, és ezért idomdarabok iparszerű előállítására nem nagyon alkalmas. Ezenkívül a víz ellenőrizhetetlen elpárolgása miatt a vastag idomdaraboknál a keményítő egyenetlen feloldása fordulhat elő, miáltal csökken a kötőhatás. Ez, a használt formázótömeg korlátozott folyékonysága mellett, arra vezethet, hogy a melegpréselési eljárást eddig csak viszonylag vékony, például 10 mm vastag lemezek előállítására javasolták. Végezetül prés alkalmazása szükségszerűen az idomdarabok nyerssűrűségének például 0,5 g/cm³-ig való növeléséhez vezet.

A DE 44 06 825 Al leírás eljárást ismertet alapanyagok cellulózbázison való gyártására, amelynél kötőanyagként formaldehidmentes tannint használnak egy edzőkatalizátorral együtt, amely gyengén savanyú, például szilícium-dioxid vagy bórsav. A kötőanyagot és a cellulózt egymással összekeverik és 150 és 210 °C hőmérséklet, valamint 10-400 bar nyomás mellett préselik. Ezzel az eljárással lényegesen rövidebb préselési időket érnek el, általában 7,5 percet. Mindenesetre itt is a legnagyobb vastagság kb. 12 mm.

Ilyen háttér mellett a találmány feladata, hogy olyan eljárást bocsásson rendelkezésre, amelynek segítségével az egészségre ártalmatlan és környezetbarát idomdarabok előállíthatok 0,15 g/cm³-0,4 g/cm³ sűrűséggel, természetes rostanyagokból, amelyek tetszőleges falvastagsággal és lehetőleg rövid ciklusidővel gyárthatók.

A kitűzött célnak megfelelően az eljárás idomdarabok előállítására 0,15 g/cm³-től 0,4 g/cm³-ig terjedő sűrűséggel legalább utánanövő nyersanyagokból nyert rostanyagból, utánanövő, felaprított rostanyagból és tanninból, mint kötőanyagból formaldehid nélkül, amelynek során legalább a rostanyagot és a tannint összekeveqük, a kapott keveréket perforált formában összekeveijük, a perforált formában lévő keverék kezelését pedig előmelegített gázzal végezzük. Az eljárás különböző foganatosítási módjainak jellemzőit aligénypontokba foglaltuk.

A találmány szerinti idomdarab utánanövő nyersanyagból a fenti eljárással megvalósítva, oly módon van előállítva, hogy sűrűsége 0,15 g/cm³ és 0,4 g/cm³közötti.

Az eljárás jellemzője lehet, hogy először az utánanövő, felaprított nyersanyagot és a tannint egymással összekeverjük. Ehhez például a tannin vizes oldatát ráöntjük a rostanyagra, vagy pedig a tannint por alakban rászórjuk az előzőleg már megnedvesített rostanyagra. Az egészet jól össze kell keverni, amíg a tannin egyenletesen tapad a rostanyagra, és összességében permetezhető keveréket képez. Tanninként használhatjuk a kereskedelemben „Phenotan AP” név alatt vagy a „Fintan” név alatt kapható tanninterméket.

Ezt követően a keveréket egy perforált formába töltjük, és ott besűrítjük. Adott esetben maga a keverés a formában is történhet. A perforált forma alakja kvázi tetszőleges lehet. Célszerű, hogy legalább egy mozgatható fallal rendelkezzék, hogy a forma belső térfogatának csökkentésével biztosítsuk a rostanyag-tannin keverék besűrítését. Egészen csekély besűrítések például 1,05:1-hez nagyságrendben már rázással is elérhetők.

A perforált formában lévő keveréket a termoreakció beindításához előmelegített gázzal kezeljük. Ekkor a tannin feltárul, és a rostokat összeköti egymással. Előmelegített gáz használata a termoreakció beindításához azzal a nagy előnnyel jár, hogy 1-2 perces rövid ciklusidőket érünk el, és olyan idomdarabok állíthatók elő, amelyek falvastagsága messze meghaladja az eddig szokásos

10-12 mm-t. Az előmelegített gáz, amely a formában a perforáción keresztül a rostanyagból és tanninból álló keverékbe behatol, átjárja a teljes rostmennyiséget, és ott gyorsan leadja a kötési reakcióhoz szükséges hőt.

A találmány szerinti eljárással készült idomdarabok sűrűsége nagyon csekély a hagyományos eljárással készült idomdarabokéval összehasonlítva, mivel ezekkel ellentétben nem préselik, hanem csak besűrítik az alapanyagot. Noha a találmány szerinti eljárással készült idomdarabok súlya csak tört része a hagyományos eljárással készült idomdarabok súlyának, mégis azonos termikus tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezáltal a találmány szerinti eljárással készült idomdarabok lényegesen jobbak, mint a hagyományos úton készült idomdarabok.

A találmány szerinti eljárással utánanövő nyersanyagokból nyert rostanyagból készült idomdarabok további

HU 223 584 Β1 előnye azok környezetbarát volta. Könnyen újrahasznosíthatok, mivel önrothadó természetűek. Ezenkívül nem tartalmaznak semmilyen egészségre ártalmas adalékot, mint például formaldehidot.

A keverék besűrítését és előmelegített gázzal való kezelését tartalmazó eljárási lépések időben egymás után végezhetők el. Előnyösebb azonban mindkét lépést legalább részben egyidejűleg elvégezni. Ennek nemcsak az az előnye, hogy több művelet egyidejű elvégzésével időt takarítunk meg. Minél kisebb a cellulózból és tanninból álló keverék sűrűsége, annál jobban hatja át az előmelegített gáz a keverék teljes volumenét. Ezzel azt érjük el, hogy a termoreakció a teljes mennyiségben egyenletesen játszódik le.

A besűrítést célszerűen a perforált forma belső térfogatának csökkentésével végezzük el. Összességében arra kell ügyelni, hogy a 4:1 arányú besűrítést ne lépjük túl. Ez ugyanis különösen vastagabb falú idomdaraboknál okozhat problémát, nevezetesen azt, hogy a cellulózkeveréket az előmelegített gáz már nem tudja egyenletesen áthatni, és ennek következtében a cellulózrostok kötését biztosító reakció sem zajlik le mindenütt egyformán. Ez károsan befolyásolhatja a mechanikai tulajdonságokat, például az idomdarabok szilárdságát.

Előnyösen az előmelegített gáz hőmérséklete ne haladja meg a 140 °C fokot. Különösen preferálandók a 115 és 125 °C fok közötti hőmérsékletek.

Előmelegített gázként célszerűen vízgőzt, száraz levegőt vagy szén-dioxidot használunk. Vízgőz esetén a hőátadás kitűnő. Száraz levegő és száraz szén-dioxid esetén a hőátadás nem egészen olyan jó. Ezzel szemben viszont száraz levegő vagy száraz szén-dioxid alkalmazása esetén a formában lévő rostkeverék már a gázzal való kezelés alatt elkezdhet száradni. Mind a három gázfajtával hasonlóan rövid ciklusidőket érhetünk el. Vízgőz használata esetén arra kell ügyelni, hogy a telítési gőznyomás 4 bar alatt maradjon.

Az egyik preferált kiviteli példában a perforált formában lévő keveréket a gázzal való kezelés után úgy szárítjuk előmelegített gázzal, hogy a keveréket vákuumnak tesszük ki. Előnyösnek a 0,4 bar és 0,8 bar közötti nyomás bizonyult. A vákuumot a perforált forma egy vagy több vákuumnyílásán keresztül hozhatjuk létre. A vákuum alatti szárítással a szárítási idő lényegesen lerövidíthető. Ennek elsősorban vízgőz használata esetén van különösebb jelentősége, mivel a vízgőzzel többletnedvességet viszünk be. Előnyösebb, ha a vákuumszárítást közvetlenül a gázzal való kezelés után végezzük el, mivel az ilyenkor még forró forma elősegíti a szárítást.

A legjobb eredményeket akkor értük el, amikor rostanyagként szecskázott gabonaszalmát, kender- vagy lenpozdorját, szizált, kenáfot, kokót vagy ramiet használtunk. A pozdoijarészecskék hossza 5 és 30 mm között lehet. Az elkészítendő idomdarab méretétől és formájának komplexitásától, valamint a kívánt mechanikai tulajdonságoktól függően rövidebbre vagy hosszabbra választjuk a pozdoijarészek hosszát. Előnyös, ha a rostanyag sűrűsége 0,1 és 0,39 g/cm³ között van.

A találmány szerinti eljárás egyik preferált kiviteli példájában a kötőanyaghoz, vagy a rostanyagból és kötőanyagból álló keverékhez legalább egy adalékot adnak hozzá. Az adalék anyagoknál is ügyelni kell arra, hogy azok környezetbarátok legyenek. A szóba jövő adalékanyagok reakciógyorsítók, mint például szilikátok (vízüveg). A termoreakció gyorsításához és a tannin kötőképességének fokozásához hálóképző, mint például hexametilén-tetraamin adható a keverékhez. Egyes esetekben előnyösnek mutatkozott a rostanyag némi előzetes lágyítása. Erre célszerűen lágyítók használhatók, mint például cukorszeszek.

Különösen preferálandó a vizes tanninoldat pHértékének beállítása nátronlúggal. Előnyben részesítendő a 8-nál nagyobb pH-érték, különösen a 9,2 és 9,7 közötti pH-érték. A bázikus közegben lehetővé válik a tannin feltárása. Ez viszont növeli a tannin kötőképességét.

Egy további preferált adalékanyag a keményítő, melynek segítségével beállítható a végtermék vízben való oldhatósága. Itt különösen előnyben részesítjük a természetes keményítőket, mint a burgonya-, kukoricavagy búzakeményítőt. A vízben való oldhatósággal beállíthatjuk, hogy a rostanyagból készült idomdarab milyen gyorsan rothadjon el. Fontos tényező itt az idomdarab tervezett alkalmazása. Ha az idomdarab időnként nedvesség befolyásának lehet kitéve, a vízben való oldhatóság valamivel kisebb legyen, mint a száraz környezetben. Hogy az idomdarab lehetőleg gyors újrahasznosíthatóságát biztosítsuk, a vízben való oldhatóságot nagyobbra kell beállítani, mivel akkor az idomdarab gyorsabban rothad el. Az idomdarabok újrahasznosítása történhet a rostanyag visszanyerése céljából újabb idomdarabok gyártásához. Az idomdarab teljes elrothadás esetén komposztadalékként szolgálhat. Ha adalékként keményítőt használunk, előmelegített gázként ajánlatos vízgőz használata, hogy ezzel biztosítsuk a keményítő felbontásához szükséges nedvességet.

Az adalékanyagok egy további preferálandó csoportját, amelyeket azonban nem célszerű a keményítővel együtt használni, a szilikátok, különösen a vízüveg alkotja. Ezek reakciógyorsítóként szolgálnak.

Az alábbiakban közelebbről ismertetjük a találmányt az

1-3. ábrák alapján, amelyek sematikusan ábrázolják az eljárás egyes lépéseit.

Az ismertetés példaként szolgál, és semmi esetre sem tekinthető korlátozó jellegűnek.

Az 1. ábra a rostanyag formázására szolgáló forma 2 alsó részét mutatja. A forma 2 alsó része üreggel van ellátva, amely a 6a gőzkamrát alkotja. Az 1 rostanyag keveréket a 2 alsó résztől 4a perforált lemez választja el. Ezenkívül a 2 alsó részen a gőz bevezetésére szolgáló 7a nyílás és a kivezetésére szolgáló 8a nyílás található.

A 2 alsó részt a rostanyag 1 keverékkel töltöttük fel, amely 10 és 20 mm közötti hosszúságú kenderpozdorjából és tanninból áll. A keverék teljesen kitölti a forma 2 alsó részét, és térfogata 500 χ 1000x85 mm. A tannint vizes oldat formájában vittük rá a kenderpozdorjára. Tanninként a kereskedelemben „Phenotan” néven

HU 223 584 Bl kapható tannint alkalmazzuk. Ugyanolyan alkalmas a kereskedelemben „Fintan” név alatt kapható tannin is.

A tannin feltárásának javítása céljából a vizes oldatot nátronlúggal 9,5 pH-értékre állítottuk be. A kenderpozdorját és a tannint addig kevertük össze egymással, amíg a tanninoldat nem oszlott el egyenletesen a pozdorján. Ezenkívül az 1 keverékhez burgonyakeményítőt adtunk hozzá, hogy a kész idomdarab vízben való oldhatóságát fokozzuk.

A 2. ábrán megfigyelhetjük, hogy az 1 keveréket a forma 2 alsó részébe töltöttük be, a forma 3 felső részét pedig a 2 alsó részre helyeztük. A forma 3 felső része is rendelkezik a 6b gőzkamrával, a 7b gőzbeeresztő és a 8b gőzkivezető nyílással. A forma 3 felső részének az a felülete, amely az 1 keverékkel érintkezik, 4b perforált lemezből áll. Azáltal, hogy a teljes 4a és 4b lemez perforálva van, eléljük, hogy az 5 vízgőz a 6a, 6b gőzkamrákból a 3. ábrán bemutatott módon egyenletesen behatolhat az 1 keverékbe.

A 2. ábrán ábrázolt besűrítésnél a forma 3 felső részének a 2 alsó részre való felhelyezésével az 1 keverék által elfoglalható térfogat 40%-ra csökken. Ez 2,5:1 arányú sűrítést ad. Jelen esetben 0,12 g/cm³ ömlesztett súlyú kenderpozdorját használtunk. A kapott idomdarab sűrűsége 0,31 g/cm³.

Sűrítés után a gőzbeeresztő 7a, 7b nyílásokon keresztül a 2 alsó rész és a 3 felső rész 6a, 6b gőzkamrákba 15 másodpercen keresztül 130 °C fok hőmérsékletű gőzt vezetünk be. A 130 °C fok hőmérséklet 4 bar alatti telítési gőznyomásnak felel meg. A leírt példában nemcsak a jó hőátadás miatt alkalmaztunk vízgőzt. A vízgőz további nedvességet is visz az 1 keverékbe, hogy a keményítő felbontható legyen. Ezzel a keményítő jobban kötődhet a rostokhoz, és a kész idomdarab vízben való oldhatóságát is befolyásolhatja.

A forma 2 alsó részét és 3 felső részét célszerűen előmelegítjük, hogy az 5 vízgőz hőjét ténylegesen nagyobb részben le tudja adni az 1 keveréknek. A bevitt hő kiváltja a tannin és a rostanyag közötti termoreakciót, amely azt eredményezi, hogy a rostok a tanninon keresztül alaktartóan kötődnek össze. Az 5 vízgőz hatásidejének letelte után kinyitjuk a gőzkieresztő 8a, 8b nyílásokat, úgyhogy a gáz eltávozhat. Azután a forma 3 felső részét leemeljük a 2 alsó részről, és az utóbbiból kivesszük az idomdarabot. A most még nedves 30 mm vastagságú idomdarabot előmelegített szárítótérben néhány percen át szárítjuk.

Gyorsabb száradás érhető el akkor, ha az 5 gőzzel való kezelés és a gőz távozása után az idomdarabot a forma 3 felső vagy 2 alsó részén lévő vákuumnyílásokon keresztül 0,4 és 0,8 bar közötti vákuumnak tesszük ki. Ezt közvetlenül a gázkezelés után kell elvégezni, hogy a szárítást az akkor még forró forma is elősegítse. Ezzel a szárítási időt néhány másodpercre lerövidíthetjük.

A fenti példákban a találmány szerinti eljárással előállított idomdarab sűrűsége 0,15 g/cm³-től 0,4 g/cm³ közötti, a 2. ábra ismertetése során bemutatott eljárásnál 0,31 g/cm³. A találmány szerinti idomdarab sűrűségét befolyásolja a rostok nedvességfelvétele és a kötőanyag átmenete vizes oldatból szilárd halmazállapotba.

A példákban az idomdarab lemez alakú, vastagsága pedig 30 mm. Ezt az egyszerű formát azért választottuk példánknál, mert a lemez elkészítésére való forma könnyebben ábrázolható grafikusan. Magától értetődik, hogy a találmány szerinti eljárás a lemeznél komplexebb formák előállítására is alkalmazható.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás idomdarabok előállítására 0,15 g/cm³-től 0,4 g/cm³-ig terjedő sűrűséggel legalább utánanövő nyersanyagokból nyert rostanyagból, utánanövő, felaprított rostanyagból és tanninból mint kötőanyagból formaldehid nélkül, amelynek során legalább a rostanyagot és a tannint összekeverjük, a kapott keveréket perforált formában összekeverjük, azzal jellemezve, hogy a perforált formában lévő keverék (1) kezelését előmelegített gázzal végezzük.
2. Eljárás az 1. igénypont szerint, azzal jellemezve, hogy a besűrítés és az előmelegített gázzal való kezelés lépéseit legalább részben egyidejűleg végezzük.
3. Eljárás az 1. vagy 2. igénypont szerint, azzal jellemezve, hogy a besűrítést a perforált forma belső térfogatának csökkentésével hajtjuk végre.
4. Eljárás az 1-3. igénypontok bármelyike szerint, azzal jellemezve, hogy legfeljebb 140 °C fokra felmelegített gázt használunk.
5. Eljárás az 1-4. igénypontok bármelyike szerint, azzal jellemezve, hogy gázként vízgőzt (5), száraz levegőt vagy szén-dioxidot használunk.
6. Eljárás az 1-5. igénypontok bármelyike szerint, azzal jellemezve, hogy az előmelegített gázzal történt kezelés után a keveréket (1) a perforált formában úgy szárítjuk meg, hogy vákuumnak tesszük ki, különösen vízgőz (5) használata esetén.
7. Eljárás az 1-6. igénypontok bármelyike szerint, azzal jellemezve, hogy rostanyagként szecskázott gabonaszalmát, kender- vagy lenpozdorját, szizált, kenáfot, kokót vagy ramit alkalmazunk.
8. Eljárás az 1-7. igénypontok bármelyike szerint, azzal jellemezve, hogy 0,1-0,39 g/cm ömlesztett súlyú rostanyagot használunk.
9. Eljárás az 1-8. igénypontok bármelyike szerint, azzal jellemezve, hogy a rostanyagból és tanninból álló keverékhez (1) vagy a kötőanyaghoz legalább egy adalékot adunk hozzá.
10. Eljárás a 9. igénypont szerint, azzal jellemezve, hogy adalékanyagként nátronlúgot használunk.
11. Eljárás a 9. vagy 10. igénypont szerint, azzal jellemezve, hogy adalékanyagként keményítőt, különösen természetes keményítőt adunk hozzá.
12. Eljárás a 9. vagy 10. igénypont szerint, azzal jellemezve, hogy adalékanyagként szilikátot, különösen vízüveget adunk hozzá.
13. Idomdarab utánanövő nyersanyagból az 1. igénypont szerinti eljárással előállítva, azzal jellemezve, hogy sűrűsége 0,15 g/cm³ és 0,4 g/cm³ közötti.