WO1990014935A1 - Verfahren zur herstellung von neuen formkörpern, insbesondere für strukturelemente, isolierungen und/oder verpackung, vorrichtung zur durchführung des verfahrens sowie insbesondere danach bzw. damit erhaltener formkörper - Google Patents

Verfahren zur herstellung von neuen formkörpern, insbesondere für strukturelemente, isolierungen und/oder verpackung, vorrichtung zur durchführung des verfahrens sowie insbesondere danach bzw. damit erhaltener formkörper Download PDF

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WO1990014935A1
WO1990014935A1 PCT/AT1990/000054 AT9000054W WO9014935A1 WO 1990014935 A1 WO1990014935 A1 WO 1990014935A1 AT 9000054 W AT9000054 W AT 9000054W WO 9014935 A1 WO9014935 A1 WO 9014935A1
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extrusion
strand
expansion
matrix
starch
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Markus Rettenbacher
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M. Kaindl Holzindustrie
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing new ones
  • Shaped bodies in particular for structural elements, insulation and / or
  • Packaging preferably of chip and / or fiber profiles and / or
  • machined raw material is first brought to the desired moisture level in the drying mixer and then mixed in at least one glue mixer and only after having carried out its own wetting step with a binder - there are specifically glues - with continuous "
  • Ten chipboard is its high density, which leads to high weight and unwieldiness, for example, even with small furniture, furthermore they are for heat insulation purposes, for example floor, wall and ceiling panels, roof * floor extensions and the like. not very suitable.
  • Another large area is the production of insulating plates - primarily low density - of the foam plastics, which can be varied widely in their properties, the porosity of which is achieved by means of gas-splitting primary components or additives.
  • Disadvantages are their mechanical strength, which drops sharply at lower densities, ease of melting and flammability, insufficient chemical resistance and, last but not least, their unfavorable degradation properties after disposal.
  • environmental problems can also occur in the case of the fiberboard described above, during production, due to the chemicals used, and even during their intended use.
  • the invention has now set itself the task of avoiding the disadvantages of previously known methods and products in this sector using generally conventional extrusion systems without a step of prior gluing of the chip or fibrous materials to create a method that generates the like at the beginning described products essentially allowed in one operation using environmentally friendly raw materials.
  • Products are to be obtained which are characterized by higher isotropy and thus more uniform physical properties than the previously known plates and furthermore by lower densities and high mechanical stiffness at the same time.
  • the new products are obtained in a particularly advantageous manner, as indicated in the characterizing part of claim 1.
  • the training of a real one is particularly important
  • the preferably starchy or other melt-forming binder materials which also include starch itself, in a solid, lumpy form, such as whole grains of rice, optionally also with the shells, these as a fiber material portion, just mixed evenly with the remaining biogenic chip or fiber material, for example wood chips, straw, cardboard, paper or the like.
  • the biogenic high-molecular materials should also contain fibrous molecules, such as rubber or the like. be counted.
  • the product is created by integrating the biogenic materials used, e.g. Wood chips, smoothed in this highly viscous phase, the process is easy to master and delivers products with a pleasant surface, low density and high strength.
  • the formation of this gel-like consistency can also be supported by additives which do not have this property themselves, but which are added to one of the other components, e.g. in the wood chips, during intensive processing in the extruder, e.g. Cellulose swelling or solvent.
  • the new products produced according to the invention have the particular advantage that their specific mass can be controlled by changing the degree of expansion, which can be influenced over a wide range by means of pressure and temperature, and in this way one essential in weight lighter wood fiber board can be produced, in which only a slight loss in strength can be observed
  • the gel in particular starch gel
  • the gel begins with simultaneous internal expansion of the tensioned vapor of the moisture inherent in the base mass as a result of cooling with its transition into a Kind of glass condition.
  • these two competing processes can be precisely coordinated to obtain excellent end products.
  • the base material e.g. the wood chips and / or the strength, inherent moisture
  • the invention can also be particularly advantageous for production of packaging fillers and disposable heat insulation containers, for example for hot snacks or the like.
  • the products obtained in this way are distinguished by a consumer-friendly appearance and high shock-absorbing and elastic properties, which is particularly important in the case of packaging fillers, for example in the form of spheres or chips, but also in the case of wrapping elements or foils.
  • Another advantage is their "crispy" consistency, which considerably simplifies their comminution, for example when they are disposed of, and thus also their near-natural rotting.
  • a particularly precise control of the expansion and an even smoother chip or fiber product can be achieved.
  • the partial pressure relief within the extruder can also be achieved, for example, by appropriate expansion of the screw thread height following a compression zone or by reducing the number of screw threads.
  • the moisture can be given in a favorable way the internal energy which enables a controlled expansion with competing solidification of the mass to the desired density. If the pressure conditions within the meaning of claim 4 are adhered to, targeted expansion can advantageously be achieved particularly easily.
  • a separate device for heating the mass in the extruder is dispensed with, moreover, as a result of an edge, corner and tip rounding effect which occurs in the lumpy fibrous material, as before.
  • a particular advantage of the preferred procedure according to claim 7 is that comminution and also any other preparation of the binder component can be saved if it is present, for example, as cereals, that is to say as a cereal, such as, for example, all types of cereals. Furthermore, roots, tubers, such as tapioca and other tropical roots and tubers, potatoes, etc., strains or other starch- or binding- plant parts containing or delivering tel are used after appropriate, merely relatively coarse comminution. It is remarkable that they can be used in their native state.
  • starches of any kind dextrins, pectins, and others.
  • Collagens, proteins, caseins and the like called if they are only suitable for the essential formation of melt gels here under extrusion conditions.
  • the biopolymer binder in the preferred quantity ranges specified in claim 8, with a wide range of variation with regard to the usable chip or fiber-containing materials, the necessary processability of the base material and always sufficient mechanical property values of the light structure elements finally obtained can be achieved become.
  • the substances mentioned there can additionally be used to support the expanding effect of the moisture of the base material.
  • the fibrous biogenic macromolecular materials mentioned in claim 10 which substantially support the structure of the new shaped bodies, are used.
  • moldings such as plates and profiles with water-repellent and therefore microbial attack-suppressing modifiers according to claim 11 are produced in a preferred manner, a long service life and nonetheless later unproblematic disposal can be achieved.
  • moldings of lower density with a soft, but dimensionally stable and even elastic consistency can be obtained.
  • the favorable procedure according to claim 12 in which, due to the direct incorporation of the modifiers in the binder molecule structure itself, an increase in the service life, but preferably also a modification of the appearance of the new moldings, can be achieved.
  • molded bodies with, for example, more resilient, elastic or different types of "bark", “skin” or surface layer can be obtained compared to the base body.
  • an adhesive such as, for example, hot crosslinking resins or the like
  • a coating to be carried out after the extrusion as is known from particleboard and structural board production.
  • surface coatings for example for decorative purposes.
  • Another essential and preferred subject matter of the invention is a device for producing the shaped bodies described, with devices for comminution and / or conditioning and / or premixing of the preferably lumpy or small-part starting components and devices for their, preferably in the solid state dosed feed to an extrusion device, in particular a multi-screw extruder, with possibly changing pitch and / or conical design, screws and at least one shaping, preferably flat rectangular, extrusion opening.
  • Such an extrusion system has the advantage of particularly precise controllability of the dimension of the expanded workpieces and a "smoother" processing technique.
  • the partial pressure relief is achieved by areas of the screw which have correspondingly increased flight heights or by providing larger “free” delivery volumes between the rotating screw and the extruder wall.
  • a particular advantage of a further preferred device embodiment according to claim 18 is its simple structure, which has a c, ute diameter. dimensional accuracy of the product, which is inherently not easy to control in terms of dimensions.
  • the advantage is given that, with a simple construction, a separate drive for the movement of the boundary elements in conformity with the strand movement can be omitted.
  • FIG. 1 shows an oblique view of the most important parts of an installation according to the invention for the production of expanded fiberboard with a cross-sectional profile limiting device based on rollers
  • 2 shows a section of a system also according to the invention with a profile limiting device each having wall elements designed as endless belts.
  • Fig. 1 From storage containers 101, 111 and 121 via metering belts 10 and 11 and a metering screw 12 in this order wood chips, starch-containing binder and "additives” - all in solid pieces or small pieces - in the storage hopper 21 of the extruder Annex 2 entered. From there, the mass is continuously introduced into the working space of a twin-screw press 2 with drive 22, premixing of the starting components taking place in the feed zone 201 of the extruder directly adjoining the hopper 21, on the one hand in the subsequent sealing zone 202 a " Steaming back "is held back and on the other hand a first pre-compression of the basic mass takes place.
  • a line 206 opens into this zone 202, through which, for example, water can be supplied to the base material in order to set a respectively provided total moisture.
  • the following extruder zone 203 - referred to here as the "shear zone" - results in a high energy input, in particular by appropriate design of the screw, with a strong increase in pressure and temperature in the base material.
  • the further processing zone 204 following the shear zone 203 has a feed 207, for example for the feed of a hydrophobizing agent for the binder, and serves to calm the now melted base mass, to introduce binder modifiers or - in such a way that there, for example, there is an expansion of the screw flight heights or a reduction in the number of turns in the case of a multi-flight screw, with the result that there occurs a first, partial pre-expansion and also "smoothing" of the basic mass.
  • a feed 207 for example for the feed of a hydrophobizing agent for the binder
  • a further feed line 208 opens into the ejection zone 205 downstream of the material, via which a material can be introduced into the mass in the "melt-gel state" to modify its surface, for example for the outer coating of the plates to be produced, a heat-crosslinking plastic.
  • the base material is pressed out through the - here flat-rectangular - heatable extruder nozzle 26, and the spontaneous expansion of the flat strand 4 immediately begins as a result of the pressure relief as a result of evaporation of part of the moisture inherent in it, with its continuous “thickening” while reducing the Density in the area 41 after leaving the flat nozzle 26.
  • an extruded profile limiting device 3 is provided, the frame 31 of which advantageously has mutually displaceable and precisely positionable, opposing upper and lower rollers 33 and 32, between which only the one due to the increase in viscosity due to cooling more extremely slowly expanding strand is guided and precisely shaped and held so that an "endless plate” with the desired thickness is finally obtained. This is followed by cutting to the respective plate size and, if necessary, finishing, e.g. by superficial hydrophobization or the like.
  • FIG. 1 it is further shown in FIG. 1 how a coating film 50 at the end of the expansion area 41 via a deflection roller 52 of a film coating device 5, which is not shown in more detail guided against the top of the strand 4, again deflected around the first of the upper rollers 33 of the Profilbegre ⁇ zungs-roller mill 3, and finally drawn between strand 4 and the upper rollers 33.
  • the surface of the strand 4 can be provided with an “adhesive layer” by means of introducing an adhesive under pressure via the feed line 208 in front of the nozzle 26 into the region 205 of the extruder, for example via an annular channel arranged on the inside of the cylinder and open towards the screws which the film 50 drawn into the roll stand 3 can be fixedly bonded to the surface of the plate 40 to form a film layer 45.
  • a device analogous to that shown for feeding a film 50 can of course also be provided for coating the underside of the plate.
  • the profile cross-section limiting device 30 shown in FIG. 2 has rollers 311 mounted on a frame 310 for guiding an upper and a lower endless belt 330 and 320, each of which has an upper and a lower one, continuously in the direction of movement of the strand 4 (see arrow) form a "wall element" running at the speed of the strand movement.
  • the belts 330 and 320 can - depending on the strand speed - be driven in a speed-controlled manner, but can also be designed as "idle belts".
  • a surface coating medium can be supplied via a feed 280 in the ejection region 250 of the - not fully shown - cylinder of the extruder 20, which is bonded to the strand 40 particularly integrally as a result of the subsequent pressing-out.
  • Dotted lines indicate another surface coating device 50 which extends transversely over the region 410 of the strand 40 which is just in the state of expansion and which is in the state of expansion and has outlet openings on its underside for the uniform distribution of a line 510 supplied surface coating ediums.
  • a similar device can of course be provided to supply the underside of the strand with a coating medium. It goes without saying that in the event that a structured surface of the expanded light panels 40 is desired, the endless belts 330 and 320 can have a corresponding surface configuration, the latter being equipped with an adhesion-reducing coating, as above mentioned, is particularly advantageous.
  • Another essential object of the present invention are the new shaped articles, in particular for structural elements, insulation and / or packaging, preferably of fiber profiles and / or sheets, on the basis of a structure-forming, in particular structurally bonded, small-part, in particular fiber-containing and / or or fibrous material, obtained by extrusion.
  • This molded body advantageously have the combination of features summarized in the characterizing part of claim 23. They provide mechanically excellent solid, resistant, "light”, easy to manipulate, e.g. are easy to cut and grindable moldings with a pleasing exterior and a long service life, the fields of application of which cannot be demarcated and range from construction to interior design, vehicle and automobile construction to efficient lightweight packaging.
  • the new moldings can be given particularly high strength and isotropy of their mechanical and processing properties.
  • Shaped bodies with a texture according to claim 28 have the advantage of high resistance to absorption of liquids, in particular water, and can therefore also be used in areas of increased moisture, e.g. in the tropics, in cellars or as packaging material for fresh fruit or meat.
  • Shaped bodies according to the invention with densities according to claim 29 are preferred because of their "lightness” while still guaranteeing sufficient mechanical stability.
  • the advantages that the new molded body of reduced density can bring a coating according to claim 30 go beyond the advantages already discussed.
  • the coating also achieves a sandwich effect which promotes stability and low distortion.
  • the new, in particular plate-shaped, expanded, shaped bodies with strength values according to claim 31 have the advantage that they can be used without problems instead of the usual chipboard of the respective thickness.
  • Example 1 The invention is explained in more detail using the following examples: Example 1:
  • the plate had a dense surface, a thickness of 20 mm, one
  • Rice and natural rubber in a ratio of 70% by weight to 29% by weight were fed continuously to a twin-screw extruder via separate metering devices.
  • As much water (approximately in the range from 2 to 10% by weight, based on 99% of starting materials) was continuously fed into the extruder via a feed line that a base material with a uniform water content of 14% by weight was fed into the Compression zone of the extruder was required.
  • Another line introduced into the "further processing area" of the extruder, based on solid starting components, 1% by weight of 60% aqueous paraffin emulsion.
  • the mass temperature was 165 ° C. during stable, continuous operation, and the pressure of the base mass was 200 bar.
  • Example 2 The procedure was as described in Example 2, only with the The difference was that apart from broken rice, 70% by weight less natural rubber than there, namely 24% by weight, and an additional 5% by weight of cellulose were metered into the extruder as biogenic fiber material and a packaging film material of about 1 was used via a flat die , 5 mm thickness was pressed. An elastic, dimensionally stable, less dense fleece was obtained which showed proportionally increasing restoring forces and high tear resistance with increasing pressure.
  • Example 4 The following components and conditions were selected for the extrusion:
  • Phthalic anhydride 2.5% by weight pH 8 to 11 (adjusted with NaOH (3CK-ig))
  • Plates with a thickness of 3.5 mm were obtained, which are outstanding as material for fruit packaging, warm containers for fresh snacks and the like. are suitable, but had the necessary "crunchiness" for shredding for disposal.
  • the wood chipboard product obtained was waterproof even under tropical conditions, had a bending stiffness of 13.8 and was of a pleasant yellowish-brown color.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von neuen Formkörpern, vorzugsweise von Spanplatten, wobei eine mit zumindest einem Bindemittel und zumindest einem mit diesem Bindemittel in Kontakt gebrachten kleinteiligen Material gebildete Grundmasse bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck einem Extrusionsvorgang unterworfen wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß eine eine Gesamtfeuchte von 6 bis 25 Gew.-% aufweisende bzw. auf die genannte Feuchte gebrachte Grundmasse mit zumindest einem zumindest bei Extrusions-Temperatur und -Druck in eine Schmelze und/oder ein Gel überführbaren biopolymeren, bevorzugt stärkehaltigen, Bindemittel und dem kleinteiligen Material der Extrusion und unmittelbar anschließend unter spontaner Expansion einer Druckentlastung unterworfen wird. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß Extrusionseinrichtungen (2, 20) für stückige Ausgangskomponenten einen stromaufwärts einer Ausstoßdüse (26, 260) angeordneten Verarbeitungsbereich (204) zur partiellen Druckentlastung für eine interne partielle Expansion der zu verarbeitenden Grundmasse aufweisen. Ein erfindungsgemäßer Formkörper weist eine dichte Strangoberfläche auf und eine Grundmasse, in welcher Partikel eines kleinteiligen faserhaltigen Materials innerhalb einer eine Vielzahl kleindimensionierter Hohlräume aufweisenden Matrix verteilt sind, wobei der Anteil der stärkehaltigen Matrix 5 bis 85 Gew.-% beträgt.

Description

Verfahren zur Herstellung von neuen Formkörpern, insbesondere für Strukturelemente, Isolierung und/oder Verpackung,
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, sowie insbesondere danach bzw. damit erhaltener, Formkörper
5
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von neuen
Formkörpern, insbesondere für Strukturelemente, Isolierung und/oder
Verpackung, vorzugsweise von Span- und/oder Faserprofilen und/oder
-platten, die genannten Formkörper selbst sowie Anlagen zu deren
10 Erzeugung.
Es sind viele Verfahren bekanntgeworden, die es ermöglichen, bio- polymerhaltige Produkte aufzuschließen, um sie in einem gesonderten zweiten Arbeitsschritt weiter, z.B. zu Holzfaserplatten, zu verarbeiten. Dies erfolgt entweder mit Aufschließung durch Dampf und anschließende
, 5 Druckentlastung oder durch mechanische Zerkleinerung. Meist wird eine Kombination dieser beiden Verfahren angewandt. Gravierende Nachteile dieser Verarbeitungsmethoden sind der hohe Energieeinsatz und eine nur chargenweise Verarbeitung der anfallenden Zwischenprodukte.
Es sind auch Verfahren bekanntgeworden, bei denen eine Extrusion einer Masse mit Harz und Holzschnitzeln zur Herstellung von Struk¬
20 tur-Platten erfolgt. Dabei müssen speziell konstruierte Extruder, ins¬ besondere Extruderschnecken, zum Einsatz gelangen. Meist ist nur die Herstellung von Halbfertigprodukten angesprochen, jedoch nie die Erzie¬ lung eines Endproduktes in einem einzigen Arbeitsgang. Auch der Aufwand,
25 für diese Produkte eigene Maschinen einsetzen zu müssen, verteuert die auf den bekannten Anlagen mittels Extrusion produzierten Platten, Wand¬ elemente u.dgl.
Stellvertretend für bekannte Extrusionsverfahren zur Herstellung von Platten und Profilen aus lignozellulosehaltigem Material, insbesondere Holzschnittel, sei die DE-Al 1 653 263 genannt, gemäß welcher nasses
30 zerspantes Rohmaterial zuerst im Trocknungsmischer auf gewünschte Feuchte gebracht und danach in mindestens einem Beleimungsmischer gemischt wird und erst nach einem mit einem Bindemittel - es sind dort konkret Leime angeführt - vorgenommenen eigenen Benetzungsschritt mit kontinuierlich"
„c einstellbarem Druck in einer Schneckenpresse unter Regulierung der Temperaturen zum fertigen Produkt kontinuierlich verpreßt wird.
Nachteil der mit dem bisher bekanntgewordenen Verfahren produzier ten Span-Platten ist ihre hohe Dichte, die beispielsweise schon bei Kleinmöbeln zu hohem Gewicht und Unhandlichkeit führt, weiters sind sie für Wärme-Isolieruπgszwecke, z.B. Boden-, Wand- und Deckenplatten, Dach- * bodenausbauten u.dgl. wenig geeignet. Ein weiteres großes Gebiet stellt die Produktion von Isolierplatten - vornehmlich geringer Dichte - der in ihren Eigenschaften breit vari¬ ierbaren Schaum-Kunststoffe dar, deren Porigkeit mittels gasabspaltenden Primärkomponenten oder Zusätzen erzielt wird. Nachteile sind deren bei geringeren Dichten stark sinkenden mechanischen Festigkeiten, Leicht- schmelzbarkeit und -brennbarkeit, unzureichende Chemikalienresistenz und nicht zuletzt deren ungünstigen Abbau-Eigenschaften nach Entsorgung. Umweltprobleme können im übrigen, wie bekannt, auch bei den obenbeschriebenen Faserplatten schon der bei ihrer Produktion durch die die dabei eingesetzten Chemikalien und auch selbst während ihres bestimmungsgemäßen Einsatzes auftreten.
Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, bei Vermeidung der Nachteile bisher bekannter Verfahren und Produkte auf diesem Sektor unter Einsatz allgemein üblicher Extrusionsanlagen ohne einen Schritt einer vorherigen Beleimung der span- bzw. faserförmigeπ Materialien ein Verfahren zu schaffen, das die Erzeugung der wie eingangs beschriebenen Produkte im wesentlichen in einem Arbeitsgang unter Verwendung umweltfreundlicher Ausgangsstoffe erlaubt. Dabei sollen Produkte erhalten werden, die sich durch höhere Isotropie und damit gleichmäßigere physikalische Eigenschaften als die bisher bekannten Platten und weiters durch geringere Dichten bei gleichzeitig hoher mechanischer Stebilität auszeichnen.
Gemäß der Erfindung gelangt man auf besonders vorteilhafte Weise zu den neuen Produkten, wie dies im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegeben ist. Besonders wesentlich ist hiebei die Ausbildung eines echten
Schmelze-Gels durch Anwendung von Druck und Temperatur, wobei die bevor¬ zugterweise stärkehaltigen oder andere schmelzebildungsfähige Bindemit¬ tel-Materialien, zu denen im übrigen auch Stärke selbst zu zählen ist, gleich in fester stückiger Form, als z.B. ganze Reiskörner, gegebenenfalls gleich mit den Schalen, diese gleich als Faser-Mate¬ rial-Anteil, bloß gleichmäßig gemischt mit dem restlichen biogenen Span¬ bzw. Fasermaterial, also z.B. Holzschnitzel, Stroh, Pappe, Papier od.dgl. nach Einstellung der entsprechenden Feuchte direkt in den Ex truder eingespeist werden können. Damit ist eine Produktion in praktisch einem Arbeitsgang möglich. Zu den biogenen hochmolekularen Materialien sollen außer den zerspanten zerkleinerten, zerfaserten, faserartigen, faserhaltigen und faserförmigen oben angeführten Materialien auch faser- artige Moleküle aufweisende Stoffe, wie z.B. Kautschuk od.dgl. gezählt sein.
Durch die Überführung des als Feststoff zugeführten Bindemittels in schmelze-gelartige Konsistenz ist trotz der unmittelbar folgenden Expan¬ sion eine unproblematische Verarbeitung mit vielen verschiedenen Extru- dertypen möglich. Das Produkt wird durch die Einbindung der verwendeten biogenen Materialien, z.B. Holzschnitzel, in diese hochviskose Phase geglättet, der Prozeß ist gut zu beherrschen und liefert Produkte mit gefälliger Oberfläche, geringer Dichte und hoher Festigkeit. Die Ausbildung dieser gelartigen Konsistenz kann auch durch Zusatzstoffe unterstützt werden, die diese Eigenschaft selbst nicht besitzen, sie jedoch an einer der anderen Komponenten, z.B. in den Holzschnitzeln, bei der intensiven Bearbeitung im Extruder hervorrufen, wie z.B. Zellulose-Quell- oder Lösemittel.
Die gemäß der Erfindung hergestellten neuen Produkte haben den be- sonderen Vorteil, daß ihre spezifische Masse durch die Veränderung des Expansionsgrades, der über Druck und Temperatur in weiten Bereichen be¬ einflußbar ist, gesteuert werden kann und auf diese Weise eine im Ge¬ wicht wesentlich leichtere Holzfaserplatte herstellbar ist, bei der nur geringe Festigkeitseinbußen zu beobachten sind. Sofort nach Verlassen des Extruders, der Auspreß-Düsen jeder be¬ kannten Form, insbesondere eine Flachdüse, aufweisen kann, beginnt das Gel, insbesondere Stärkegel, bei gleichzeitiger innerer Expansion des gespannten Dampfes der der Grundmasse innewohnenden Feuchte infolge der Abkühlung mit seinem Übergang in eine Art Glaszustand. Durch Einstellung von Feuchte, Stärkeanteil, Biopolymer-Angebot, sowie der Betriebsbedingungen können diese beiden konkurrierend ablaufenden Vorgänge zum Erhalt hervorragender Endprodukte präzise aufeinander abgestimmt werden. Schließlich besteht ein wesentlicher Vorteil darin, daß durchaus und ohne Einsatz zusätzlicher Chemikalien für eine Gasentwicklung oder -abspaltung, aus der der Grundmasse, also z.B. den Holzschnitzeln und/oder der Stärke, innewohnenden Feuchte die Expansion zur gewünschten Dichte des Endproduktes erreicht werden kann.
Besonders vorteilhaft kann die Erfindung auch für die Herstellung von Verpackungsfüllstoffen und Einweg-Wärmeisolierbehältern, z.B. für warme Imbißspeisen od.dgl., eingesetzt werden. Die so erhaltenen Produk¬ te zeichnen sich durch konsumentenfreundliches Aussehen und hohe Sto߬ dämpf- und elastische Eigenschaften aus, was insbesondere bei Ver- packungsfüllstoffen, z.B. in Kugel- oder Chipsform, aber auch bei Um¬ hüllungselementen oder -folien von wichtiger Bedeutung ist. Ein weiterer Vorteil ist ihre "krispe" Konsistenz, was ihre Zerkleinerung, z.B. bei Entsorgung und damit auch ihre naturnahe Verrottung, wesentlich erleich¬ tert. Bei einer vorteilhaften Arbeitsweise gemäß Anspruch 2 lassen sich eine besonders genaue Steuerung der Expansion und ein noch glatteres Span- bzw. Faserprodukt erzielen. Die partielle Druckentlastung inner¬ halb des Extruders kann beispielsweise auch durch entsprechende, nach einer Verdichtungszone folgende Erweiterung der Schneckenganghöhe bzw. durch Verringerung der Schneckengangzahl erzielt werden.
Wenn die Einstellung der Prozeßtemperaturen, wie gemäß Anspruch 3 vorgesehen, vorgenommen wird, kann der Feuchte auf günstige Weise jene innere Energie erteilt werden, die eine kontrollierte Expansion bei kon¬ kurrierender Erstarrung der Masse zur gewünschten Dichte ermöglicht. Bei Einhaltung der Druckverhältnisse im Sinne des Anspruches 4 ist eine gezielte Expansion mit Vorteil besonders einfach erreichbar.
Bei einer weiteren, bevorzugten Arbeitsweise gemäß Anspruch 5, wird eine gesonderte Einrichtung zur Beheizung der Masse im Extruder ver¬ zichtbar, darüber hinaus wird infolge eines dabei eintretenden Kanten-, Ecken- und Spitzen-Abrundungseffektes am stückigen faserh ltigen Mate¬ rial eine wie schon oben kurz erwähnte "glatte" Konsistenz der Grundmas- se an der Düse erreicht, welche die Probleme der Extrusion grobstückige¬ re Füllstoffe enthaltender schmelzkonsistenter Massen minimiert.
Durch eine Druckentlastung zum Erhalt der bevorzugten Werte des Ex- pansions-Index gemäß Anspruch 6 lassen sich vorteilhaft "leichte", je¬ doch strukturfeste Platten und Profile erzielen.
Ein besonderer Vorteil der bevorzugten Vorgehensweise gemäß An¬ spruch 7 liegt darin, daß eine Zerkleinerung und auch jedwede sonstige Aufbereitung der Bindemittelkomponente, wenn diese z.B. als Zerealien, also als Körnerfrucht, wie beispielsweise alle Getreidesorten, vorliegt, eingespart werden kann. Weiters können über die gesamten Getreidearten hinaus auch Wurzeln, Knollen, wie Tapioka und sonstige tropische Wurzeln und Knollen, Kartoffel u.dgl., Stämme oder andere stärke- bzw. bindemit- telhaltige oder -liefernde Pflanzenteile nach entsprechender, bloß rela¬ tiv grober, Zerkleinerung Einsatz finden. Sie können also bemerkenswer¬ terweise im nativen Zustand eingesetzt werden.
Als im Sinne der Erfindung einzusetzende Bindemittel seien hier neben den besonders bevorzugten Stärken jeglicher Art Dextrine, Pektine,
Kollagene, Eiweiße, Kaseine u.dgl. genannt, wenn sie nur zur hier wesentlichen Bildung von Schmelzegelen unter Extrusionsbedingungen geeignet sind.
Bei Einsatz des biopolymeren Bindemittels in den im Anspruch 8 angegebenen, zu bevorzugenden Mengenbereichen, können bei hoher Vari¬ ationsbreite bezüglich der einsetzbaren span- bzw. faserhaltigen Materialien die nötige Verarbeitbarkeit der Grundmasse und immer ausreichende mechanische Eigenschaftswerte der schließlich erhaltenen Leicht-Struktur-Elemente erreicht werden. Um den Expansions-Vorgang auf vorteilhafte Weise besonders variabel steuerbar zu gestalten, können, wie im Anspruch 9 angegeben, die dort genannten Substanzen zur Unterstützung der Expandier-Wirkung der Feuchte der Grundmasse selbst zusätzlich eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt, weil auch den bisherigen Produzenten-und/oder Konsumenten-Gewohnheiten voll entsprechend, werden die im Anspruch 10 genannten faserhaltigen, die Struktur der neuen Formkörper wesentlich stützenden, biogenen makromolekularen Materialien, eingesetzt.
Wenn in bevorzugter Weise Formkörper, wie Platten und Profile mit wasserabstoßenden, und damit mikrobiellen Befall hintanhaltenden Modi- fikatoren gemäß Anspruch 11 produziert werden, können hohe Lebensdauer und dennoch spätere unproblematische Entworgung erreicht werden. So können beispielsweise durch Einbringen von Kautschuk- oder Silikon-Mole¬ külen Formkörper geringerer Dichte mit weicher, jedoch formbeständiger und sogar elastischer Konsistenz erhalten werden. Ähnliches gilt auch für die günstige Vorgangsweise gemäß Anspruch 12, bei der infolge des direkten Einbaus der Modifikatoren in die Binde¬ mittelmolekülstruktur selbst eine Erhöhung der Lebensdauer, aber in be¬ vorzugter Weise auch eine Modifikation des Erscheinungsbildes der neuen Formkörper erzielbar ist. Bei der ebenfalls vorteilhaften Arbeitsweise gemäß Anspruch 13 las¬ sen sich Formkörper mit beispielsweise im Vergleich zum Grundkörper strapazfähigerer, elastischer oder andersartiger "Rinde", "Haut" bzw. Dberflächenschicht erzielen. Die gemäß diesem Anspruch auch vorgesehene Beaufschlagung mit einem Kleber, wie z.B. heißvernetzende Harze od.dgl., kann vorteilhaft im Hinblick auf eine nach der Extrusion vorzunehmende Beschichtung - wie sie aus der Span- und Strukturplatten-Produktion bekannt ist - erfolgen. Zur Erzeugung von mit Oberflächen-Beschichtungen - z.B. für Dekorzwecke - versehenen Platten, Profilen u.dgl. kann man günstiger¬ weise auch so verfahren, wie es der Anspruch 14 beschreibt, wobei der Vorteil gegeben ist, daß die Extrusionseinrichtung nicht für eine Zuführung einer Beschichtungs asse, noch bevor die Grundmasse den Extruder verlassen hat, umgestaltet werden muß.
Bei einer Arbeitsweise gemäß Anspruch 15 lassen sich in vor¬ teilhafter Weise selbst bei an sich unvermeidlichen Schwankungen der eingesetzten Rohmaterialien, deren Partikel- bzw. Korngröße, Feuchte usw., maßgenaue Formkörper erzielen. Wenn man zur Produktion beschichteter Platten bzw. Profile nach Art des Anspruches 16 vorgeht, ist eine technisch einfache, kostensparende Kombination der Gewährleistung der gewünschten Strangprofil-Maßgenau¬ igkeit mit den Vorteilen einer genau auf spätere Verwendungszwecke abgestimmtenOberflächen-Veredlung gegeben. Weiterer wesentlicher und bevorzugter Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung der beschriebenen Formkörper mit Ein¬ richtungen zur Zerkleinerung und/oder Konditionierung und/oder Vormi¬ schung der bevorzugt in festem Zustand vorliegenden, bevorzugt stückigen bzw. kleinteiligen Ausgangs-Komponenten und Einrichtungen für deren do- sierte Zuführung zu einer Extrusionseinrichtung, insbesondere Mehr- Schnecken-Extruder, mit gegebenenfalls wechselnde Ganghöhen und/oder ko¬ nische Ausbildung, aufweisenden Schnecken und zumindest einer formge- benden, bevorzugt flachrechteckigen, Extrusionsöffnung.
Sie weist die im Kennzeichen des Anspruches 17 zusammengefaßte Ko - bination von Merkmalen auf. Eine derartig gestaltete Extrusionsanlage bringt den Vorteil einer besonders genauen Steuerbarkeit der Dimension der expandierten Werkstücke und eine "glattere" Verarbeitungstechnik. Erreicht wird die partielle Druckeπtlastung durch entsprechende ver¬ größerte Ganghöhen aufweisende Bereiche der Schnecke bzw. durch Vorsehen größerer "freier" Fördervolumina zwischen rotierender Schnecke und Ex¬ truderwandung.
Besonderer Vorteil einer weiteren bevorzugten Vorrichtungs-Ausfüh- rungsform gemäß Anspruch 18 ist ihr einfacher Aufbau, der eine c,ute Di- mensionsgenauigkeit bei dem in der Produktion an sich dimensionsmäßig nicht ganz einfach steuerbaren Produkt zu gewährleisten imstande ist.
Bei der besonderen Ausführungsweise gemäß Anspruch 19 ist der Vor¬ teil gegeben, daß bei einfachem Aufbau ein eigener Antrieb zur strangbe- wegungs-konformen Bewegung von Begrenzungselementen entfallen kann.
Werden höhere Ansprüche an Oberflächen-Ebenheit od.dgl. gestellt, wird mit Vorteil eine aufwendigere Ausführungsform der Produktions-An¬ lage gemäß Anspruch 20 zum Einsatz gelangen.
Eine interessante Reduktion des für eine Folienbeschichtung der Formkörper sonst notwendigen technischen Aufwandes läßt sich mit einer Ausführungsvariante gemäß Anspruch 21 erzielen, bei welcher eine hohe Dimensionspräzision mit einer Oberflächenveredlung, kombinierbar sind.
Probleme mit dem Aufbringen einer Nicht-Folien-Beschichtung, also z.B. einer Beschichtungsmasse oder eines derartigen Pulvers, gerade zu dem Zeitpunkt, wenn nach Verlassen der Extrusionsdüse die Expansion ein¬ setzt und sich fortsetzt, lassen sich vermeiden, wenn die erfindungsge¬ mäße Vorrichtung wie gemäß Anspruch 22 vorgesehen ausgestaltet ist.
Anhand der Zeichnung werden die Erfindung und insbesondere zu ihrer Realisierung bevorzugte Vorrichtungs-Varianten erläutert: Es zeigen Fig.l in Schrägansicht die wichtigsten Teile einer erfin¬ dungsgemäßen Anlage zur Produktion von expandierten Faserplatten mit ei¬ ner Querschnittsprofil-Begrenzungseinrichtung auf Basis von Walzen, und Fig.2 einen Ausschnitt einer ebenfalls erfindungsgemäßen Anlage mit ei¬ ner jeweils als Endlosbänder ausgebildete Wandelemente aufweisenden Pro- fil-Begrenzungseinrichtung.
Gemäß Fig.l werden aus Vorratsbehältern 101,111 und 121 über Do¬ sierbänder 10 und 11 sowie eine Dosierschnecke 12 in dieser Reihenfolge Holzschnitzel, stärkehaltiges Bindemittel und "Zusätze" - alle jeweils in fester stückiger bzw. kleinteiliger Form - in den Vorratstrichter 21 der Extruder-Anlage 2 eingetragen. Von diesem aus wird die Masse konti¬ nuierlich in den Arbeitsraum einer Zwei-Schneckenpresse 2 mit Antrieb 22 eingebracht, wobei in der unmittelbar an den Trichter 21 anschließenden Einzugszone 201 des Extruders eine Vormischung der Ausgangskomponenten erfolgt, in der daran anschließenden Abdichtungszone 202 einerseits ein "Zurückdampfen" hintangehalten wird und anderseits eine erste Vorver¬ dichtung der Grundmasse erfolgt. In diese Zone 202 mündet eine Leitung 206, durch welche beispielsweise Wasser zur Einstellung einer jeweils vorgesehenen Gesam feuchte der Grundmasse zugeführt werden kann. In der folgenden Extruderzone 203 - hier als "Scherungszone" bezeichnet - er¬ folgt insbesondere durch entsprechende Ausgestaltung der Schnecke ein hoher Energieeiπtrag unter kräftiger Druck- und Temperaturerhöhung in der Grundmasse. Die der Scherungszone 203 folgende Weiterverarbeitungs- zone 204 weist eine Zuführung 207, beispielsweise für die Zufuhr eines Hydrophobierungsmittels für das Bindemittel, auf und dient einer Beru¬ higung der nun geschmolzenen Grundmasse, der Einbringung von Bindemit- telmodifikatoren oder aber - in der Weise, daß dort z.B. eine Erweite¬ rung der Schneckenganghöhen oder eine Reduktion der Anzahl der Windungen im Falle einer Mehrgangschnecke vorgesehen ist, mit der Folge, daß dort eine erste, partielle Vorexpansion und auch "Glättung" der Grundmasse eintritt. In die materialstromabwärts anschließende Ausstoßzone 205 mündet eine weitere Zuleitung 208, über welche zu der sich im "Schmelze- Gel-Zustand" befindlichen Masse zur Modifikation ihrer Oberfläche ein Materialeintrag erfolgen kann, z.B. zur Außenbeschichtung der zu produ¬ zierenden Platten, ein hitzevernetzender Kunststoff. Schließlich wird die Grundmasse durch die - hier flachrechteckige - beheizbare Extruder¬ düse 26 ausgepreßt, und es beginnt als Folge der Druckeπtlastung unmit¬ telbar die spontane Expansion des Flachstranges 4 infolge Verdampfung eines Teiles der ihm innewohnenden Feuchte mit dessen kontinuierlicher "Verdickung " unter Verringerung der Dichte im Bereich 41 nach Verlassen der Flachdüse 26.
Zur Begrenzung der Platten-Stärke ist eine Strangprofil-Begren¬ zungseinrichtung 3 vorgesehen, deren Gestell 31 vorteilhaft gegeπeinan- der verschiebliche und lagegenau positionierbare, einander gegenüber angeordnete obere und untere Walzen 33 und 32 aufweist, zwischen denen der infolge der Viskositätserhöhung durch Abkühlung nun nur mehr äußerst langsam sich ausdehnende Strang geführt und profilgenau gestaltet und so gehalten wird, sodaß schließlich eine "Endlos-Platte" mit gewünschter Dicke erhalten wird. Danach erfolgt ein Zuschnitt zur jeweils vorgese¬ henen Platten-Größe und gegebenenfalls ein Finishing, z.B. durch ober¬ flächliche Hydrophobierung od.dgl.
Bei entsprechender Ausbildung der Oberflächen der bevorzugt Sili¬ kon- oder teflonbeschichteten Walzen 32 und 33, lassen sich Platten mit jeweils gewünschter Oberflächenstruktur herstellen.
Mit unterbrochenen Linien ist in Fig.l weiters gezeigt, wie über eine Umlenkrolle 52 einer nicht näher gezeigten Folienbeschichtungsein- •richtung 5 eine Beschichtun-^sfolie 50 am Ende des Expansionsbereiches 41 gegen die Oberseite des Stranges 4 geführt, nochmals um die erste der oberen Walzen 33 des Profilbegreπzungs-Walzenstuhls 3 umgelenkt, und schließlich zwischen Strang 4 und die oberen Walzen 33 eingezogen wird. Durch druckbeaufschlagte Einbringung eines Klebers über die Zuleitung 208 vor der Düse 26 in den Bereich 205 des Extruders, z.B. über einen an der Zylinderinnenseite angeordneten, zu den Schnecken hin offenen Ringkanal, kann die Oberfläche des Stranges 4 mit einer "Klebeschicht" versehen werden, mittels welcher die in das Walzengerüst 3 eingezogene Folie 50 unter Ausbildung einer Folienschicht 45 ortsfest an die Oberfläche der Platte 40 gebunden werden kann.
Eine der gezeigten Zuführung einer Folie 50 analoge Einrichtung kann selbstverständlich auch zur Beschichtung der Plattenunterseite vorgesehen sein.
Die in Fig.2 gezeigte Profilquerschπitts-Begrenzungseinrichtung 30 weist an einem Gerüst 310 gelagerte Rollen 311 zur Führung eines oberen und eines unteren Eπdlos-Bandes 330 und 320, welche jeweils ein oberes und ein unteres, kontinuierlich in Bewegungsrichtung des Stranges 4 (siehe Pfeil) mit Strangbewegungs-Geschwindigkeit mitlaufendes "Waπd- element" bilden, auf. Die Bänder 330 und 320 können - jeweils der Stranggeschwindigkeit entsprechend - geschwindigkeitsgeregelt angetrie¬ ben werden, aber auch als "Mitlauf-Bänder" ausgebildet sein. Über eine Zuführung 280 im der Flachdüse 260 nahen Ausstoß-Bereich 250 des - nicht vollständig gezeigten - Zylinders des Extruders 20 kann ein Oberflächen- Beschichtungsmediu zugeführt werden, das infolge des dann folgenden Auspressens zusammen mit der Grundmasse besonders integral an den Strang 40 gebunden wird.
Mit unterbrochenen Linien angedeutet ist eine andere Oberflächen- beschichtungs-Eiπrichtung 50, welche sich quer über den gerade die Düse 260 verlassenden, sich im Zustand der Expansion befindlichen Bereich 410 des Stranges 40 erstreckt und an ihrer Unterseite Auslaßöffnungen zur gleichmäßigen Verteilung eines über eine Zuleitung 510 zugeführten Ober- flächen-Beschichtungs ediums aufweist. Eine gleichartige Einrichtung kann selbstverständlich zur Versorgung der Strangunterseite mit einem Beschichtungsmedium vorgesehen sein. Es ist selbstverständlich, daß für den Fall, daß eine strukturierte Oberfläche der expandierten Leichtplatten 40 gewünscht wird, die Endlos¬ bänder 330 und 320 entsprechende Oberflächenausbildung aufweisen können, wobei deren Ausstattung mit einem adhesionsmindernden Belag, wie oben erwähnt, besonders vorteilhaft ist.
Schließlich sind weiterer wesentlicher Gegenstand der vorliegenden Erfindung die neuen Formkörper, insbesondere für Strukturelemente, Iso¬ lierung und/oder Verpackung, vorzugsweise von Faserprofilen und/oder -platten, auf Basis einer strukturbildend, insbesondere strukturfest ge¬ bundenen, kleinteiliges, insbesondere faserhältiges und/oder faserförmi- ges Material aufweisenden, durch Extrusion erhaltenen Masse selbst. Diese Formkörper weisen in vorteilhafter Weise die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 23 zusammengefaßte Merkmals-Kombination auf. Sie stellen mechanisch ausgezeichnet feste, resistente, "leichte", einfach zu manipulierende, z.B. problemlos zuschneid- und schleiffähige Formkörper mit gefälligem Äußeren und hoher Lebensdauer dar, deren Anwendungsgebieie nicht abgrenzbar sind und vom Bauwesen über Innenarchitektur, Fahrzeug- und Automobilbau bis zur effizienten Leicht-Verpackung reichen.
Bei den Formkörpern gemäß den Ansprüchen 24 bis 26 sind jeweils die entsprechenden schon vertier bei den Vearfahrensvariaπen beschriebenen Vorteile gegeben.
Mit einer Textur gemäß Anspruch 27 können den neuen Formkörpern be¬ sonders hohe Festigkeit und Isotropie ihrer mechanischen und Bearbei- tungseigenschaften verliehen werden.
Formkörper mit einer Textur gemäß Anspruch 28 haben den Vorteil ho¬ her Resistenz gegen Aufnahme von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, und können daher auch in Bereichen erhöhter Feuchte, z.B. in den Tropen, in Kellerräumen oder als Verpackungsmaterial für Frischobst oder -fleisch verwendet werden.
Erfindungsgemäße Formkörper mit Dichten gemäß Anspruch 29 sind wegen ihrer "Leichtigkeit" bei immer noch gewährleisteter ausreichender mechanischer Stabilität zu bevorzugen.
Die Vorteile, welche den neuen Formkörper herabgesetzter Dichte eine Beschichtung gemäß Anspruch 30 bringen kann, gehen über die schon erörterten Vorteile hinaus. Durch die Beschichtung wird neben der Ober- flächen-Veredel ig ein die Stabilität und Verzugsarmut zusätzlich för¬ dernder Sandwich-Effekt erzielt.
Die neuen, insbesondere plattenförmigen, expandierten, Formkörper mit Festigkeitswerten gemäß Anspruch 31 haben den Vorteil, daß sie problemlos anstelle bisher üblicher Spanplatten der jeweiligen Dicke Einsatz finden können.
Anhand der folgenden Beispiele wird die Er indung näher erläutert: Beispiel 1:
Herstellung einer expandierten Holzfaserplatte
Es werden 60 Gew.-% Holzschnitzel in der Größe zwischen 0 bis 3 mm mit einer Restfeuchte von 12%, 35 Gew.-% Cassavamehl mit einer Feuchte von 12% und 5 Gew.-% Tallhart, jeweils in festem Zustand, in einen koni¬ schen Doppelschneckenextruder dosiert, dessen Betrieb so eingestellt wird, daß eine Massetemperatur von 160°C und ein Massedruck von 150 bar in Düsennähe erreicht wird. Die plastisch gelartig geschmolzene Masse wird durch eine temperierbare Flachdüse gepreßt und durch plötzliche Druckentlastung unter Einstellung des Expansionsindex auf 3 in eine End¬ losplatte übergeführt, die anschließend in weitere Verarbeitungsbereiche transportiert wird.
Die Platte hatte eine dichte Oberfläche, eine Dicke von 20 mm, eine
3 2
Dichte von 0,48 t/m und eine Biegebruchfestigkeit von 14,2 N/mm .
Beispiel 2:
Einem Zweischneckenextruder wurden Reisbruch und Naturkautschuk im Mengenverhältnis 70 Gew.-% zu 29 Gew.-% über getrennte Dosiereinrich¬ tungen kontinuierlich zugeführt. Im Bereich der Abdichtungszone wurde in den Extruder kontinuierlich jeweils soviel Wasser (etwa im Bereich von 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf 99% Ausgangsstoffe) über eine Zuleitung zugeführt, daß eine Grundmasse mit einheitlichem Wassergehalt von 14 Gew.-% in die Kompressionszone des Extruders gefordert wurde. Über eine andere Leitung wurde in den "Weiterverarbeitungsbereich" des Extruders, bezogen auf feste Ausgangs¬ komponenten 1 Gew.-% 60%-ige wässerige Paraffinemulsion eingebracht. Die Massetemperatur betrug während eines stabilen kontinuierlichen Be¬ triebes 165°C, der Druck der Grundmasse 200 bar. Es wurden durch zwei kreisrunde Öffnungen von 1,5 cm Durchmesser unter Einstellung des Expan- sionsindex auf 6 Rundsträπge kontinuierlich ausgepreßt und im noch langsam expandierenden Zustand mit einem Rotationsmesser in ein Klein¬ kugel-Granulat zerteilt. Der erhaltene, annehmbar aussehende Ver¬ packungsfüllstoff war wasserfest, elastisch, wies dennoch hohe Rück¬ stellkräfte auf und zeigte schließlich nach Entsorgung gute Verrottungs- eigenschaften.
Beispiel 3:
Es wurde - wie in Beispiel 2 beschrieben - verfahre.-, nur mit dem Unterschied, daß außer Reisbruch zu 70 Gew.-% weniger Naturkautschuk als dort, nämlich 24 Gew.-%, und zusätzlich 5 Gew.-% Zellstoff als biogenes Fasermaterial in den Extruder dosiert wurden und über eine Flachdüse ein Verpackungs-Folienmaterial von etwa 1,5 mm Dicke gepreßt wurde. Es wurde ein elastisches, formbeständiges, minderdichtes Vlies er¬ halten, das mit steigendem Druck proportional steigende Rückstellkräfte und hohe Reißfestigkeit zeigte.
Beispiel 4: Es wurden folgende Komponenten und Bedingungen für die Extrusion gewählt:
Kartoffelstärke: 67,5 Gew.%,
Phthalsäureanhydrid: 2,5 Gew.-% pH-Wert 8 bis 11 (mit NaOH (3CK-ig) eingestellt)
Zellstoff (aus Papierindustrie) 30%
Wassergehalt in der Gesamtmischung auf 16 Gew.-% eingestellt
Betriebsbedingungen: Expansionsindex 4,5
3 Dichte 0,25 t/m
Massetemperatur 150°C
Massedruck 120 bar.
Es wurden Platten mit 3,5 mm Dicke erhalten, welche sich hervor¬ ragend als Material für Obstverpackungen, Warmhaϊtebehälter für Frisch¬ imbisse u.dgl. eignen, jedoch für eine Entsorgung die nötige "Knackig- keit" für eine Zerkleinerung aufwiesen.
Beispiel 5:
Eine Grundmasse mit der Zusammensetzung
Maisgrieß 37 Gew.-%
Polyäthylen 10 Gew.-%
Weichholzschnitzel 50 Gew.-% (1 bis 10 im. Partikelgröße)
Leinöl 3 Gew.-% wurde in einem Einschneckenextruder zu einer Leicht-Spanplatte von
24 mm Stärke verpreßt. Der Expansionsgrad betrug 3,0, die Dicke der er-
3 haltenen Platte 0,3 t/m . Die Arbeitsbedingungen waren folgende: Massetemperatur 145°C
Massedruck 90 bar
Das erhaltene Holzspanplattenprodukt war auch bei tropenähnlichen Bedingungen wasserfest, wies eine Biegesteifigkeit von 13,8 auf und war von angenehm gelblich-brauner Farbe.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung von neuen Formkörpern, insbesondere für Strukturelemente, Isolierung und/oder Verpackung, vorzugsweise von Span- und/oder Faserprofilen und/oder -platten, wobei eine im wesentlichen mit zumindest einem Bindemittel, zumindest einem mit diesem Bindemittel in Kontakt gebrachten kleinteiligen, insbesondere faserhaltigen, Material und gegebenenfalls zumindest einem Zusatz gebildete Grundmasse bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck einem Extrusionsvorgang unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen als kleinteiliger Feststoff vorliegende, eine Gesamtfeuchte von 6 bis 25 Gew.-%, insbesondere von 8 bis 20 Gew.-% aufweisende bzw. auf die genannte Feuchte gebrachte Grundmasse mit zumindest einem zumindest bei Extrusions-Temperatur und -Druck in eine Schmelze und/oder ein Gel überführbaren biopolymeren, bevorzugt stärkehaltigen, Bindemittel, (einschließlich Stärke selbst) dem kleinteiligen, bevorzugt biogenen makromolekularen, insbesondere faserhaltigen und/oder faserförmigen, Material und dem gegebenenfalls vorgesehenen Zusatz bei im wesentlichen simultanen Bedingungen von mechanischer Beanspruchung, erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck unter Bildung einer Schmelze und/oder eines Gels des biopolymeren, bevorzugt stärkehaltigen, Bindemittels der Extrusion und unmittelbar anschließend, bevorzugt unter Ausbildung einer dichten Strang-Oberfläche, unter spontaner Expansion, vorzugsweise ausschließlich, der der Masse innewohnenden und/oder anhaftenden Feuchte einer Druckentlastung unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmasse vor der unmittelbar nach Verlassen der Extrusionseinrichtung erfolgenden spontanen Expansion noch innerhalb der Extrusionseinrichtung durch partielle Druckentlastung einer Vorexpansion unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmasse in der Extrusionseinrichtung, vorzugsweise ausschließlich durch Wirkung der dort erfolgenden mechanischen Beanspruchung, insbeson¬ dere Scherwirkung und Druckzunahme auf Temperaturen von über 100°C, ins¬ besondere im Bereich von 125 bis 250°C, erhitzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Grundmasse in der Extrusionseinrichtung auf Drücke von 15 bis 600 bar, insbesondere im Bereich von 20 bis 250 bar, komprimiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Grundmasse in der Extrusionseinrichtung einer spezifischen mechanischen Energieeinleitung ("SME") von 0,05 bis 0,7 kWh/kg, insbe¬ sondere von 0,1 bis 0,3 kWh/kg, unterworfen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich¬ net, daß die die Extrusionseinrichtung unmittelbar verlassende Masse unter Einhaltung eines Expansionsindex von zumindest 1,1, vorzugsweise von zumindest 1,4, insbesondere von 2 bis 8, der spontanen Druckent¬ lastung unterworfen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundmasse mit Stärke und/oder gegebenenfalls zerkleinerten, stärkehaltigen Pflanzen oder Pflanzenteilen, insbesondere Zerealien vorzugsweise in nativer Form, als stärkehaltigem Bindemittel der Extrusion mit Expansion unterworfen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich¬ net, daß eine Grundmasse mit einem Gehalt an biopolymerem, bevorzugt stärkehaltigem, Bindemittel von 5 bis 85 Gew.-%, insbesondere von 10 bis 50 Gew.-%, jeweils bezogen auf trockene Grundmasse, der Extrusion mit Expansion unterworfen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß eine Grundmasse mit einem, bevorzugt mit Wasser mischbaren, flüssigen Expansionsmittel, bevorzugt aus der Gruppe der Alkohole und/oder Ketone, welche bei Normaldruck im Bereich von 70 bis 180°C sieden, der Extrusion mit Expansion unterworfen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß eine Grundmasse mit Holzschπitzeln und/oder Pflanzenfasern und/oder gegebenenfalls recyclisiertem Zellstoff- und/oder Papiermate¬ rial der Extrusion mit Expansion unterworfen wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn- zeichnet, daß eine Grundmasse mit zumindest einem Eigenschaftsmodifika- tor für das Stärkematerial des Bindemittels, insbesondere Hydrophobier- ittel, beispielsweise aus der Gruppe der natürlichen oder synthetischen Öle, Wachse, Fette, Harze und Kautschuke, Paraffine, Silikone und/oder Kunststoffe der Extrusion mit Expansion unterworfen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß eine Grundmasse mit zumindest einem bei Extrusionsbedin- gungen zur Ausbildung von Vernetzungsbrücken zwischen Molekülen des bio¬ polymeren Bindemittels, bevorzugt Stärke-Molekülen, fähigen, zumindest bifunktioneilen Modifikator, beispielsweise aus der Gruppe der kurzket- tigen Di- oder Polycarbonsäuren, Di- oder Poly(thi)ole und deren Deri¬ vate, der tertiäre A inogruppen enthaltenden Moleküle sowie der Poly- phosphorsäuren, der Extrusion mit Expansion unterworfen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Oberfläche des bei der Extrusion gebildeten Stranges der Grundmasse vor Verlassen der Extrusionseinrichtung mit einer peri- pheral zugeführten beschichtungsbildenden Masse, bevorzugt Harz oder Kleber, beaufschlagt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Oberfläche des bei der Extrusion gebildeten Stranges der Grundmasse unmittelbar nach Verlassen der Extrusionseinrichtung, bevorzugt vor Abschluß der spontanen Expansion, mit einer Beschichtung beaufschlagt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der in der Extrusionseinrichtung gebildete und unmittelbar nach deren Verlassen spontan expandierende Strang zur Erzieluπg eines gewünschten Querschnittes bzw. Profiles einer Expansionsbegrenzuπg unterworfen wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Strang während der spontanen Expansion, vorzugs¬ weise während der Strangbegrenzung, mit einer Oberflächen-Beschichtung, insbesondere Beschichtungsfolie, beaufschlagt, insbesondere verbunden wird.
17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit Einrichtungen zur Zerkleinerung und/oder Kon- ditionierung und/oder Vormischung der Aüsgangs-Komponenten und Ein¬ richtungen für deren dosierte Zuführung zu einer Extrusionseinrichtung, insbesondere Schnecken-Extruder mit zumindest einer formgebenden, be- vorzugt flach rechteckigen, Extrusionsöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (10,11,12) für eine Dosierung der bevorzugt in festem Zustand zuführbaren, stückigen bzw. kleinteiligen Ausgangskompo¬ nenten aufweisende Extrusionseinrichtung (2,20) einen stromaufwärts der Ausstoßdüse (26,260) angeordneten Verarbeitungsbereich (204) zur par- tiellen Druckentlastung für eine interne partielle Expansion, insbe¬ sondere Vor-Expansion, der zu verarbeitenden Grundmasse aufweist.
18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gegebenenfalls nach Anspruch 17, dadurch gekenn- zeichnet, daß sie eine, bevorzugt unmittelbar, an die Extrusionsöffnung (26,260) anschließende Einrichtung (3,30) zur Begrenzung der Spontan- Expansion des Stranges (4,40) mit auf die jeweilige Strangbewegungs-Ge- schwindigkeit briπgbaren, insbesondere einstellbaren, Abwälz- und/oder Mitlauf-Elementen (32,33,320,330) aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwälz-Elemente (32,33) der Strangbegrenzungseinrichtung (3,30) mit im wesentlichen quer zur Strangbewegungsrichtung einem gewünschten Querschnitt bzw. Profil des expandierten Stranges (4,40) entsprechend angeordneten und/oder ausgebildeten, gegebenenfalls der Straπgbewegungs- geschwindigkeit entsprechend steuerbar antreibbaren, Walzen (32,33), mit adhäsionsmindernder, gegebenenfalls strukturierter, Oberfläche gebildet sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekeπn- zeichnet, daß die Mitlauf-Elemente (320,330) der Straπgbegrenzungsein- richtung (30) mit im wesentlichen in Strangbewegungs-Richtung und im we¬ sentlichen mit Strangbewegungs-Geschwindigkeit bewegbaren, einem ge¬ wünschten Querschnitt bzw. Profil des expandierten Stranges (40) ent¬ sprechend ausgebildeten und/oder angeordneten Wand-Elementen, vorzugs- weise Endlosbändern (320,330), mit adähsionsmindernder, gegebenenfalls strukturierter, Oberfläche gebildet sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Einrichtung (5) zur im wesent¬ lichen mit Strangbewegungs-Geschwindigkeit erfolgenden kontinuierlichen Zuführung von Strang-Beschichtungsfolien (50) zwischen Strang-Oberfläche und und den Abwälz- und/oder Mitlauf Elementen (32,33) der Strangbegren- zungs-Einrichtung (3) aufweist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Extrusionseinrichtung (2) mehrere in räumlicher Nähe der Düse (26) in den Ausstoßbereich (205) des Extruderraums über dessen Innen-Umfang verteilt mündende Zuleitungen (208) für unter Druck zuführbare Strangoberflächen-Beschichtungs- und/oder Belei ungs-Medien aufweist.
23. Formkörper, insbesondere für Strukturelemente, Isolierung und/oder Verpackung, vorzugsweise von Faserprofilen und/oder -platten, auf Basis einer strukturbildend, insbesondere strukturfest gebundenen, kleinteiliges, insbesondere faserhältiges und/oder faserförmiges Mate¬ rial aufweisenden, durch Extrusion erhalt'ineπ Masse, bevorzugt hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, vorzugsweise mit' einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper eine im wesentlichen dichte Strangoberfläche aufweist und mit mindestens einer unmittelbar nach der Extrusion spontan expandierten Grundmasse gebildet ist, in welcher Par¬ tikel eines kleinteiligen, insbesondere faserhaltigen und/oder faserför- migen biogenen, hochmolekularen Materials innerhalb einer eine Vielzahl kleindimensionierter Hohlräume, insbesondere Bläschen und/oder Poren, aufweisenden, im wesentlichen strukturgebenden Matrix auf Basis inde- stens einer nach Einwirkung von erhöhter Temperatur, erhöhtem Druck und/oder mechanischer Beanspruchung verfestigten, insbesondere er¬ starrten, Schmelze eines bioplymeren, bevorzugt stärkehaltigen, Binde¬ mittels (einschließlich Stärke) angeordnet sind, wobei der Anteil der stärkehaltigen Matrix 5 bis 85 Gew.-%, vorzugsweise.10 bis 50 Gew.-%, jeweils bezogen auf trockene Grundmasse, beträgt.
24. Formkö per nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß er eine spontan expandierte Matrix auf Basis einer verfestigten Schmelze von Stärke und/oder stärkehaltigen Pflanzen und/oder Pflanzenteilen, insbesondere vorϊ*Zerealien, aufweist.
25. Formkörper nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß er eine spontan expandierte Matrix auf Basis einer hydrophobierend ausgerüsteten, verfestigten Schmelze eines biopolymeren, insbesondere stärkehaltigen Bindemittels aufweist.
26. Formkörper" nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch ge- kennzeichnet, daß er eine spontan expandierte Matrix aufweist, die mit durch Vernetzungsbrücken bildende bi- oder polyfunktionelle Moleküle verbundene Stärkemoleküle aufweisender modifizierter Stärke aufgebaut ist.
27. Formkörper nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß er eine im wesentlichen schaumartige Textur aufwei¬ sende, spontan expandierte Matrix auf Basis einer verfestigten Schmelze eines, bevorzugt stärkehaltigen, Bindemittels aufweist.
28. Formkörper nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß er eine spontan expandierte Matrix auf Basis einer Bindemittel-Schmelze mit im wesentlichen jeweils voneinander getrennten kleindimensiöhierten Hohlräumen, insbesondere geschlossenzelliger Textur, aufweist.
29. Formkörper nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekenn- 1 zeichnet, daß er eine unterhalb der Gesamt-Dichte der ihn aufbauenden nichtgasförmigen Komponenten liegende Dichte, insbesondere von 0,05 bis
3 3
1,0 t/m , bevorzugt von 0,1 bis 0,4 t/m , aufweist.
30. Formkörper nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekenn- ° zeichnet, daß er eine mit der Oberfläche des extrudierten spontan ex¬ pandierten Stranges, gegebenenfalls integral, verbundene Beschichtung aufweist.
31. Formkörper, insbesondere Holzspan- bzw. Flachpreßplatte nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß er, iπsbe- 0 sondere sie, bei einer Materialstärke in den Bereichen 13 - 20 - 25 - 32
- 40 - 50 mm Werte der Biegefestigkeit von mindestens 14,5, 13,5, 13,-'
2
11, 9, 5 und 7 N/mm aufweist .
5
0
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5
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