WO2015121167A1 - Isolierverpackung zur wärmedämmung oder schockabsorption aus stroh oder heu - Google Patents

Isolierverpackung zur wärmedämmung oder schockabsorption aus stroh oder heu Download PDF

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WO2015121167A1
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hay
insulating
insulation
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Thomas MAIER-ESCHENLOHR
Patricia ESCHENLOHR
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Definitions

  • insulating packaging For the storage and shipping of temperature-sensitive goods insulating packaging is needed, which ensure that a predefined temperature inside the packaging is not exceeded or not.
  • Such packaging is mainly used for pharmaceutical products, medical products and food. Failure to comply with these usually regulated by law temperature limits is sometimes a high liability risk for merchandisers and a health risk for consignee.
  • Air is ideal as an insulating medium due to the low heat conduction and easy availability.
  • the density difference of air at different temperatures creates an air movement (convection), which can be reduced if the air is restricted in its movement.
  • the heat radiation can be reduced by the selection and arrangement of suitable materials.
  • insulating packaging is usually voluminous, hollow body of a plurality of air chambers.
  • the disposal of these voluminous insulating packaging is a major problem with regular goods traffic, especially for end users and is environmentally problematic with increasing online trading.
  • an environmentally friendly insulated packaging that is easy to dispose of and also offers a shock-absorbing function is the key factor for the customer acceptance required.
  • the insulating packaging used on the market is predominantly made of expanded polystyrene (EPS). These offer a good insulating effect, the possibility of free shaping and are available at low cost due to the high quantities.
  • EPS packaging is very energy-intensive.
  • Environmental compatibility during disposal is controversial due to the pollutants contained (flame retardants, styrene, plasticizers, pentane).
  • the humidity in a Styrofoam box reaches 80% - 90% when using rechargeable batteries. Moisture-sensitive products such as baked goods can be damaged here.
  • Insulated packaging based on starch foam is known from the literature. For example, in EP0656830B1 a layered composite based on starch foam is disclosed. The production of insulating packaging made of starch foam is energy-consuming and therefore expensive. Due to the sensitivity to moisture, a completely water and vapor-tight barrier is required. As with the Styrofoam box, therefore, no moisture regulation takes place here. For these reasons, no products based on starch foam have been able to establish themselves on the market so far.
  • insulating packages of multi-layered inflatable air bags such as disclosed in US005533888A exist. These insulating packages made from a variety of film-coated aluminum-coated plastic films provide sufficient insulation performance. However, they are susceptible to mechanical damage, resulting in a total failure of the insulation effect, and are the complicated manufacturing process significantly more expensive than a comparable Styrofoam box. In addition, they are made of conventional plastic and must be disposed of with the residual waste. As with the Styrofoam box, there is no moisture regulation here. The use of plants and plant components (hemp fiber, straw, hay, etc.) for the production of insulation boards has always been known in the construction industry and has recently become established as a niche for the insulation of buildings. Two different starting materials are used: fibers derived from plants, as well as largely whole plants in raw form or their constituents such as leaves, stems or stalks.
  • Plant derived fibers are further processed into nonwovens and nonwovens by mechanical, chemical and thermal processes.
  • the plant fibers are often obtained elaborately from hemp, flax or linen. The process corresponds to that of textile fiber production.
  • nonwovens are generally understood to mean, in accordance with DIN EN ISO 9092: 2012-01, fabrics made of fiber, continuous filaments or cut yarns. Only about 20-30% of the plant can be used as fiber.
  • the thin fibers can absorb no compressive forces, but only tensile forces. For mechanical stabilization, they must therefore be compacted into mats, glued and / or felted. Subsequently, the fleeces are usually quilted, riveted or glued with additional layers for additional mechanical stabilization.
  • nonwovens and nonwovens are therefore complicated and costly.
  • the fleeces are difficult to separate again. The disposal must therefore be done as a whole. Free design is not possible.
  • the nonwovens are always processed into large flat sheets or mats.
  • EP0644044A1 discloses a packaging material with a flat, cushioning inner layer of natural fiber fleece and two covering layers covering both sides, characterized in that the covering layers consist of biodegradable foil.
  • DE19846704C2 discloses an insulation mat of hemp with a double-sided lamination for the construction industry, which is characterized in that the filling of unroasted hemp fiber products is formed from a mixture of long fiber, short fiber and shives. To set the To prevent mat insulation, stitching, rivets or a network incorporated into the filling are necessary.
  • binders for the production of insulating boards.
  • an insulation board made of straw for the construction industry is disclosed.
  • the insulation board consists of a homogenous mixture of crushed straw and binder. On two sides, a grid-like coating is glued on. Bonded by binder insulation boards are expensive to manufacture and can be difficult to separate manually.
  • the smooth surfaces of the straw require a special chemical or mechanical treatment for bonding. An ecologically advantageous composting is problematic due to the usually used plastic binder.
  • EP1958762B1 describes a natural fiber mat of straw and other natural fibers and a matrix of PLA.
  • the PLA fibers melt and thus form a natural fiber composite material.
  • a layer of the hybrid nonwoven fabric is generated, which is surrounded for example with a PLA film.
  • the PLA film can be compressed in the molding press.
  • the resulting molded parts can be used as packaging material or in several layers as wall elements.
  • the Naturvase fleece consists of about 35% of the expensive bioplastic PLA and is therefore not competitive with Styrofoam.
  • a packaging part of compressed straw or hay is disclosed, characterized in that no admixture of binder or adhesive takes place. Due to the strong pressing of softened or processed straw or hay a smooth packaging part, such as a box or a container to arise. The surface is smooth and printable due to the strong compression.
  • an insulating mat of biomass such as straw is disclosed for the construction industry.
  • the biomass is preferably quilted, glued or needled and equipped fire retardant.
  • a packaging material which consists of loosely filled in nets, untreated biomass.
  • Such meshed with biomass nets are not dimensionally stable without reinforcement such as desertification or riveting, have an only uneven density distribution and are therefore not suitable due to the large cavities occurring for efficient insulation. They can only be used as filler at most.
  • Herbal-based insulation packaging has not been successful on the market so far. Insulating materials derived from plant components or plant fibers used in the construction industry to insulate buildings are not suitable as insulated packaging as the underlying requirements are fundamentally different.
  • the insulation used as building materials are fire-retardant, pest-resistant and mechanically designed so that they achieve a perfect insulation effect even after decades.
  • setting ie the reduction of the original material volume by gravity
  • the preparation of such insulation materials is correspondingly complex and expensive and not to use as an insulating packaging.
  • insulation materials produced in this way are difficult to shred and dispose of.
  • the narrow side surfaces of the insulation boards for the construction industry are usually not laminated because there is no functional surface, but the plates are trapped between the beams. Components of the insulating material can thus dissolve and contaminate or damage the goods.
  • Existing heat-insulating insulation materials from plants and without binders are known only as plates. Free shaping is not possible.
  • the object of the claimed invention is therefore to produce an insulating packaging for temperature-sensitive and / or shock-sensitive products, which in addition to an excellent insulation and damping effect, improved life cycle assessment, a simplified disposal and a free design also has economic advantages over the established EPS packaging ,
  • the insulated packaging must also take into account the strict hygienic requirements as a food commodity. It should also be suitable as a disposable packaging. Furthermore, a method for producing such an insulating packaging is to be created.
  • the starting material used is hay or straw, which can be used in a pure variety, in a mixture or in components. Both a mixture of different hay or straw varieties, as well as a mixture of hay and straw is possible.
  • Straw is used here as a generic term for dried stems, stems and leaves of cereal plants, oil plants, fiber plants and legumes.
  • Hay is used here as a collective term for dried fodder plants such as herbs, grasses or legumes.
  • straw or hay of grasses is used because the stalks are hollow and contain no marrow.
  • the diameter of the stems is ideally between 1 mm and 10 mm. In this way, the stalks form small air chambers in their interior, which prevent convection within the stalks.
  • Cereal straw is particularly advantageous from barley, since it is available inexpensively, has a low tendency to fungal attack and has excellent insulation properties. Grain straw is produced as an agricultural by-product in large quantities and can be removed without ecological disadvantages to 1/3 of the field. Depending on regional availability, however, the use of other types of straw or hay may be more advantageous.
  • the insulating core (1) has the task to reduce the convection and heat conduction as far as possible.
  • air is due to the low heat conductivity of 0.0267 W / mK.
  • air is subject to a temperature-dependent density, so that heat transfer by convection takes place. To prevent this, the air in your movement must be restricted as much as possible.
  • cereal straw has a density of about 20 kg / m 3 .
  • the stems of the straw sometimes form several centimeters large cavities, so that the insulating effect is significantly reduced by free convection.
  • the insulation core according to claim 1 has an adjustable density of 40 kg / m 3 to 250 kg / m 3 .
  • the cavities in such an insulation core are smaller than 0.5x0.5x0.5 cm 3 , whereby convection is largely excluded.
  • the density is adapted to the requirements of the goods to be packaged.
  • An optimum insulating effect taking into account the material consumption is achieved at a density of about 60 kg / m 3 to 80 kg / m 3 .
  • a thermal conductivity comparable to Styrofoam of 0.043 W / mK is thus achieved.
  • a density of up to about 250 kg / m 3 makes sense.
  • the thickness of the insulation core is not limited, however, a thickness of 1 cm to 15 cm has been found to be advantageous for the applications listed here.
  • the insulation core (1) consists of an arrangement of hay and / or straw, with the straws of the straw or hay having a length of 0.5 cm to 50 cm. It has proven advantageous to use a mixture of different lengths.
  • the short blades are arranged so that a uniform density distribution occurs within the insulation core. Thus, a uniform insulating effect without thermal bridges is achieved by convection.
  • stalks with a length of 1 cm to 25 cm have proven to be particularly advantageous. It will be used as undamaged hay and straw.
  • common harvesters finds Nevertheless, some damage to the stalk structures instead, which, however, neither intended nor needed.
  • the straw and hay straws are oriented predominantly (> 80%) perpendicular to the heat flow of the insulation core.
  • the heat flow from a warm side to a cold side of the insulation core is significantly lower when the straw and haystacks are traversed from the longitudinal side.
  • the structure of the insulation core is so pronounced that, taking advantage of the natural buckling strength (absorption of forces in the longitudinal direction) of the straw or hay, any shaping with holes, convex and concave surfaces, undercuts, sharp edges, etc. is made possible (FIG. 1, FIG 3, Fig. 4).
  • This is imperative to adapt common packaging forms such as tray elements, boxes, boxes or trays to the requirements of the packaged goods.
  • the shape retention of the insulating core is maintained without externally supplied or dissolved out of the plants binder or adhesives. The stems and stalks are thus connected in no way cohesively with each other. For the dimensional stability, no additional mechanical fasteners such as desertification, riveting, lamination or the introduction of nonwovens, as described in the prior art required.
  • the straw or hay used is not digested into its structural components such as fibers and shives. This is the only way to maintain the natural buckling resistance of the plants, which is needed for the shape retention of the insulation core. Plant fibers used in the prior art can no longer absorb compressive forces and can therefore have mechanical pressure stability only in the compacted or bonded nonwoven.
  • Pressure loads on the insulation core according to the invention can be very well absorbed without permanent change in shape.
  • the springback is for example when using barley straw and a density of the insulating core of 60 kg / m 3 95% at a applied pressure of 1 minute for 10 N / cm 2 . After removing the external pressure the insulation core returns to the original initial shape, without significant setting occurs.
  • the insulating core is surrounded by a flexible envelope form-fitting manner.
  • the envelope is connected only by the positive connection with the insulation core. There is no desertification, riveting or bonding needed to connect the enclosure with the insulation core. Thus, the enclosure can be easily separated from the insulation core and disposed of separately if necessary.
  • the cladding also provides important functional properties on the surface.
  • the wrapper may be made, for example, from plastic, paper, paperboard, bioplastics (eg PLA), nonwoven of natural or synthetic origin, starch (foamed and unfoamed), or the like.
  • bioplastics eg PLA
  • nonwoven of natural or synthetic origin starch (foamed and unfoamed), or the like.
  • starch starch
  • a thickness of 10 pm to 500 m has been proven.
  • a layer thickness of 30 pm to 5 mm is suitable. The height of the layer thickness depends on the expected external load, since the insulation core exerts no forces on the casing from the inside.
  • the wrapper is designed to be vapor-permeable, in order to regulate the moisture within the packaging. This can be done by suitable choice of material or by perforation of the envelope.
  • the humidity inside the box rises to more than 80%.
  • the straw and / or hay of the insulating core is capable of binding water from the air at a level of 10% of its own weight and thus correspondingly buffering the humidity, given an increase in atmospheric humidity from 50% to 80%. With an insulation core of 1 kg mass, this corresponds to a capacity of 100 ml of water.
  • the wrapper may also be made of food grade material, whereby the wrapper can be used for direct food contact.
  • the coating is chosen to be transparent, the insulating core of straw or hay becomes visible. This can be perceived as an optical advantage, especially in the food industry.
  • the enclosure may also be odor-inhibiting or antibacterial if required.
  • the envelope partially or completely from materials with a low degree of emmision, preferably aluminum.
  • the cladding absorbs less heat by heat radiation and at the same time emits less heat radiation.
  • the aluminum may be vapor-deposited over its entire area or partially or laminated in the form of films or composite films.
  • the aluminum layer thickness should be at least 40 nanometers for effective shielding.
  • a significant advantage of the invention is the use of all available disposal options. Due to the simple biodegradability of the insulation core can be disposed of through the in-house compost or the regional biowaste bin. Since no binders are used, a manual separation of the insulation core is possible. So this can also be used in the garden or as bedding. If the cover is chosen from non-biodegradable material, the cover can be easily separated from the insulation core and disposed of separately. Due to the high calorific value of straw with 3.8 kWh / kg and the pollutant-free, climate-neutral combustion but also an energy recovery makes sense. The legal framework conditions in the waste industry vary strongly from region to region. The end user thus has access to all disposal methods, from which he can choose the most comfortable for himself. A cumbersome disposal on the recycling center can be avoided. Due to the use inexpensive starting materials and the simple disposal option, the insulating packaging according to the invention is ideal for disposable use.
  • the insulating packaging consists of a one-piece insulating core (1) with a sheath (2) made of cellophane, which form a cuboid cavity (3) for receiving cargo.
  • insulating packaging consists of two hollow shells.
  • the outside is convex, the inside (4) forms a concave cavity.
  • the two isolation cores (1) are each enclosed by an envelope (2) of opaque paper.
  • FIG. 4 another embodiment is shown, in which an insulating packaging, consisting of two coated insulating cores (1) with internal hollow structure (6) is used to store a sensitive article (5) so that it is protected from shocks.
  • the insulation cores have a density of 130 kg / m 3 .
  • the sheaths (2) consist of 200 pm thick kraft paper.
  • the insulating packaging consists of six plate-shaped insulating cores (1) with a density of 80 kg / m 3 , which form a cuboid cavity (7).
  • the insulation cores are each surrounded by a food-grade envelope (2) made of plastic (PET / PE / PET) with 15 pm thickness.
  • the sheaths have perforations (8) so that moist air from the interior of the box can pass into the isolation cores.
  • the outwardly facing surfaces of the insulating package are vapor-deposited with a 50 nanometer thick aluminum layer (9) to reflect thermal radiation.
  • the insulation package is used for shipping in a commercial carton (10).
  • the insulating packaging has an elliptical, pocket-like shape, which has only one open side (11), in which the objects to be cooled can be introduced.
  • the sheath (2) is made of biodegradable plastic, preferably PLA, with a thickness of 20 pm.
  • the insulation core (1) has a density of 60 kg / m 3 .
  • a self-adhesive tab (12) allows the sealing of the insulating packaging.
  • Step 1
  • the straw used is usually in the form of pressed square bales or round bales.
  • uncut straw and / or hay is used as the starting material in order to be able to adapt the structural properties of the straw and / or hay to the requirements.
  • the length of the stem is between 20 cm and 100 cm, depending on the variety.
  • a ratio of length / diameter is less than 300/1 and greater than 5/1.
  • the thickness of the blades can be between 0.1 mm and 15 mm. Particularly advantageous are stalks with a thickness of 0.1 mm to 5 mm. Due to the mechanical, agricultural processing but are also shorter fragments up to dust in the bale.
  • the straw and / or hay bales are mechanically loosened and fed to a mechanical cleaning.
  • the mechanical cleaning is carried out, for example, by a separator which is designed as a centrifugal separator, gravity separator, magnetic separator, sieve, zig-zag separator, filter or a combination of these.
  • the mechanical cleaning can be done both dry and wet.
  • the mechanical cleaning should remove dust, stones, lumps and other unwanted components.
  • Step 2
  • a chemical treatment may be carried out for the purpose of further purification and incorporation of pesticides, fungicides, preservatives, disinfectants or other excipients.
  • a chemical treatment for example, degreasing, digesting, dissolving, adsorbing, absorbing, drying, etching, bleaching, or coating can be cited.
  • ECA electrochemically activated water
  • a concentration of 0.1 to 20% in aqueous solution is particularly advantageous.
  • a concentration of 0.1% to 2% ECA dissolved in water is advantageous to meter the solution thus prepared with 0.1% -20% based on the straw and / or hay weight.
  • the ECA pre-disinfects the straw and / or hay.
  • all parts of the production plant that come into contact with the treated straw and / or hay are disinfected. The risk of cross-contamination can be reduced and the cleaning intervals of the system can be extended.
  • an aqueous ECA solution is generated at a concentration of 5%.
  • the ECA solution is continuously misted into a mass flow of hay and / or straw, allowing the ratio of mass flows of ECA solution and straw Hay and / or straw is 3/100.
  • a commercially available antibacterial and antifungal agent is sprayed into the straw or hay, which increases the durability of the insulation core under adverse storage conditions.
  • Also advantageous may be the chemical removal of the wax layer on the straw and / or hay to improve the adsorption of water. Together with a water-vapor-permeable envelope, the moisture-regulating effect of the insulating packaging according to the invention can be increased.
  • a natural antibacterial effect can be produced in the event that the straw and / or hay becomes moist in later use.
  • the effectiveness of a later degermination can be increased. It is advantageous to lower the pH in the wet state (at 20% moisture level) to a value of 5.5 or lower, whereby numerous bacteria are prevented from growing.
  • the visual appearance can be improved by the straw and / or hay brightened and freed of color impurities by blackening fungi.
  • odor inhibitors such as soda
  • the odor of the straw and / or hay can be eliminated.
  • the chemical treatment can be carried out at any time during the process, depending on the requirement and the method of treatment. Step 3 and 4:
  • Straw and hay are natural products, which may be subject to variations in kind, quality and characteristics. This depends on the climatic conditions during growth and harvest, the soil, the type of machinery used, the plant cultivars used and the storage conditions. However, in order to be able to produce an insulating core of consistent quality and properties, or to effect an improvement of existing properties, it may be necessary to process or treat the straw or hay mechanically, chemically or biologically.
  • a mechanical processing for example, longitudinal cutting, transverse cutting, squeezing, upsetting, grinding or rubbing can be used.
  • uncut barley straw is 50 cm long with a knife cutter for a first batch shortened to 25 cm in length and for a second batch to 5 cm by cross-cutting. Both batches are mixed in a weight ratio of 50/50 and blown into a silo for further processing. If it is found in the production process that the insulation core has too low a mechanical tensile strength, then the proportion by weight of the 25 cm long blades can be increased to, for example, 65%. The long blades cause a stronger cohesion of the insulation core. At the same time, however, the risk of defects in the insulation core increases, since the relatively stiff barley straws displace neighboring blades, especially in the area of bent blades.
  • Defects in the insulation core are areas in which there is no straw and / or hay within a radius of 2.5 mm. In defects, a heat transfer by convection take place, which affects the insulating effect of the insulation core. The risk of defects increases with decreasing density of the isolation cores. Densities from 40 kg / m 3 to 65 kg / m 3 are particularly susceptible to defects.
  • uncut barley straw is shortened with a blade length of 45 cm with a knife cutter to 15 cm in length by transverse cutting and soft uncut oat straw with 40 cm in length in the weight ratio 30/70 added.
  • the soft oat straw adapts optimally to the outer shape during the subsequent pressing process and ensures good tensile strength thanks to the long length of the stem, while the stiffer straw of the bar increases the flexural rigidity of the insulating core. If larger insulation cores are produced, an increase in the bending stiffness of the insulation cores can be achieved by increasing the proportion of barley straw to a weight ratio of 50/50.
  • uncut wheat straw having a length of 60 cm is fed to a splitter. This divides the straws in the longitudinal direction. Subsequently, a reduction takes place in a knife mill on 15 cm Halminate.
  • the very rigid straw thus becomes more flexible and can be further processed in mixture or in pure form. Also other, very rigid straw and / or Hay types can be adapted to the requirements in their specific bending stiffness.
  • cut barley straw is squeezed continuously with a length of 30 cm through a profiled pair of rollers at a variable distance. At the crimping points, the bending strength of the blades is greatly reduced locally without adversely affecting the tensile strength of the insulation core produced therefrom.
  • a volume measurement or weight measurement can be used. Since the volume of straw and / or hay depends heavily on the variety and mechanical processing, weight measurement is preferable.
  • a volume measurement is advantageous if the straw and / or hay to be discharged on a continuous conveyor belt, as this can be implemented with less effort. In the volume measurement, it is advantageous if the produced insulation core is weighed and has an influence on the nominal volume. The dosage may take place at any time prior to molding. It is advantageous to carry out the dosage at the earliest after the mechanical cleaning, as this still significant amounts of straw and / or hay are discarded.
  • Straw and hay consist mainly of cellulose, lignin and hemicellulose.
  • the individual plant components such as cell wall or middle lamella consist predominantly of these building materials in different structural composition.
  • the lignocellulose which forms the cell wall of woody plants, is a structural composite in which the cellulose and hemicellulose form a framework in which lignin is incorporated. While the cellulose and hemicellulose absorb the tensile forces, the lignin stabilizes against compressive stress. The composite is therefore comparable to a reinforced concrete construction.
  • lignin can be plasticized by heat. As the humidity increases, the glass transition temperature of lignin decreases. By cooling below the glass transition temperature, the lignin hardens again. The process is largely reversible. In the dry state (8% moisture content), the glass transition temperature is 130 ° C - 180 ° C; when wet at about 80 ° C - 90 ° C.
  • the glass transition temperature of hemicellulose and cellulose is also highly moisture dependent. When wet, the glass transition temperature even drops to room temperature.
  • the straw and / or hay is plasticized by the action of damp or dry heat.
  • the biopolymers lignin, cellulose and hemicellulose are heated above their glass transition temperature. Particularly advantageous is the action of moist heat, since the glass transition temperature of lignin can be lowered.
  • the straw and / or hay is heated to at least 80 ° C.
  • a moisture content of 10% - 25% is desirable, depending on the straw or hay variety. For barley straw, the optimum moisture content is 12% - 20%.
  • Moisture may be introduced into the straw and / or hay prior to heating or may be introduced simultaneously with the heating. So there are the two alternatives to use wet straw and / or hay or dry straw and / or hay.
  • steaming with steam is particularly advantageous.
  • the hot steam causes on the one hand a temperature increase of the straw and / or hay and on the other hand a moistening by adsorption.
  • Water vapor has a much higher internal energy (enthalpy) than air at the same temperature. The heating is thus particularly effective.
  • the heat conductivity is drastically increased by the introduced moisture, so that a particularly rapid heating is possible.
  • the temperature of the steam should be in the range of 90 ° C to 150 ° C.
  • the evaporation under pressure must be carried out in order to comply with the saturated steam conditions or wet steam conditions.
  • a pressure of 3 bar is required. Increased pressure significantly accelerates adsorption of the water into the straw and / or hay.
  • the process time can be significantly reduced with higher pressure.
  • plasticizing of 0.25 kg of barley straw at 98.degree. C., as well as ambient pressure and a heating power for steam generation results from 8 KW a process time of 5 seconds.
  • the barley straw absorbs about 18 grams of water.
  • the moisture content increases from 8% to 14.7%.
  • steam wet steam or saturated steam
  • heating with hot air flowing through, with microwave radiation, with contact heating, with superheated steam or a combination of these is suitable.
  • Particularly advantageous is the use of superheated steam, as it has a very high internal energy and high thermal conductivity, and thus the process time can be made very short and also allows uniform heating.
  • a temperature of superheated steam of 101 ° C to 150 ° C at ambient pressure is suitable for this purpose.
  • Particularly advantageous is superheated steam having a temperature of 102 ° C to 130 ° C.
  • the heating of the moist straw and / or hay can also be accompanied by a simultaneous drying when water vapor arising from the straw and / or hay is removed.
  • the shaping of the straw and / or hay should then take place even before plasticizing.
  • the moisture in the straw and / or hay prevents the straw and / or hay straws from breaking when the compression is low.
  • step 7 After plasticization by step 7, the shaping of the straw and / or hay takes place.
  • Damp or dry straw and / or hay have a very good resilience at room temperature and can not be formed without the use of binders. Only by very high pressures with associated high temperatures can straw and / or hay be formed into solid compacts. The very good insulating effect of straw and hay is largely lost in such processing. In contrast, after the plasticizing of the straw and / or hay described in step 7 of this invention, the springback is almost completely canceled, so that even a small force of 0.1-10 N / cm 2 on the straw and / or hay for a Shaping suffice. Particularly advantageous is a force of 0.1 N / cm 2 to 2 N / cm 2 .
  • the shaping can, depending on the process design, take place before or after the plasticizing of the straw and / or hay.
  • the shape is divided into the inner and outer shape:
  • Outer shaping here means the temporary or permanent fixation of the straw and / or hay into an at least partially deterministic defined shape. It determines at least in partial areas the outer contour of the straw and / or hay after shaping.
  • the outer shaping takes place according to the invention by at least partial molding of geometrically defined objects, by subtractive or additive shaping methods such as cutting, punching, etc. or by the action of fluids or gases.
  • the inner shaping is understood here as a temporary or permanent fixation of the straw and / or hay in a stochastically defined shape, wherein the influence of physical properties of the composite of straw and / or hay is in the foreground. It determines, for example, the stochastic distribution of the straw and / or hay within the outer shape or the type, frequency and quality of form and frictional engagement between the hay and / or straw parts.
  • the internal shaping can be influenced by the type of external shaping, by the action of fluids, by gases as well as by geometrically defined or geometrically undefined objects.
  • the shaping always takes place in such a way that only positive locking or adhesion occurs between the straw and / or haystalks, but no bonded connections such as gluing, fusing, etc.
  • the outer shaping can form the straw and / or hay to plates, round blanks, freeform bodies each with or without recesses.
  • the internal shaping can evenly distribute the straw and / or hay, piling it locally, hooking, layering or arranging straw and / or haysticks.
  • barley straw of 25 cm in length is pneumatically blown into a rectangular chamber measuring 30x30x30 cm 3 .
  • the barley straw is distributed in such a way that the basis weight in the edge area is 2.4 kg / m 2 and decreases to 1.2 kg / m 2 towards the middle.
  • the height of the straw in the chamber is 12 cm in the edge area and drops to 6 cm towards the middle.
  • the stalks are aligned in a preferred orientation parallel to the chamber bottom. Nevertheless, the stems of straw and / or hay are interlocked three-dimensionally.
  • the volume of the chamber is reduced by a rectangular plunger to 30x30x2 cm 3 .
  • the density of the straw and / or hay in the edge area of the chamber increases to 120 kg / m 3 , in the middle to 60 kg / m 3 . Due to the uniform distribution no voids larger than 0.5x0.5x0.5 cm 3 are formed .
  • the insulation core is now defined in its internal and external shape, but is not yet mechanically stable due to the persistence of straw and / or hay.
  • the defined internal shape must be stabilized. For this purpose, it is sufficient to fall below the glass transition temperature of the lignin contained in the straw and / or hay used.
  • the cellulose and the hemicellulose need not necessarily be brought below their glass transition temperature for adequate stabilization for further processing. This allows, for example, a particularly advantageous embodiment of the invention, in which the resulting insulation core is still moist but dimensionally stable pronounced, and can be dried in a separate second step.
  • the glass transition temperature of the lignin can be undercut by cooling or by drying or by a combination of cooling and drying.
  • the inner shape automatically stabilizes the outer shape as well.
  • cooling may be by conventional methods using cold gases such as air or nitrogen, by evaporative cooling, or by contact cooling with cold solids.
  • the drying may be carried out by any common method such as hot air drying, vacuum drying, superheated steam drying, microwave drying, or a combination of these methods.
  • Drying with superheated steam at 101 ° C. to 150 ° C. at a pressure of 0-5 bar above ambient pressure has proved to be advantageous, since the heat transfer is particularly effective and the process time can thus be reduced.
  • Drying with superheated steam at 102 ° C.-120 ° C. at a pressure of 0-1 bar above ambient pressure has proven particularly advantageous.
  • straw and / or hay is plasticized under saturated heat with saturated steam and brought to a moisture level of 20% and a temperature of 95 ° C.
  • ambient air is blown through the wet and hot straw and / or hay at a flow rate of 1 m / s until the temperature of the straw and / or hay reaches 50 ° C.
  • the resulting insulation core has a residual moisture content of 15% after cooling and is dimensionally stable.
  • step 7 straw and / or hay is plasticized under saturated heat with saturated steam and brought to a moisture level of 20% and a temperature of 95 ° C. Subsequently, superheated steam (120 ° C, ambient pressure) with 20% air admixture and a flow rate of 1 m / s is blown through the moist and hot straw and / or hay until the moisture level of the straw and / or hay is 8%.
  • the resulting insulation core has a temperature of 97 ° C and is dimensionally stable.
  • the insulation core produced by the method steps 1-10 can be further processed by further mechanical methods. For example, cutting, stamping, bending, pressing, stacking or joining is possible, or a new insulation core can be made by combining a plurality of insulation cores.
  • One or more of the insulation cores formed by method steps 1 to 11 are provided with one or more all-round cladding in the last step. It is particularly advantageous to connect the wrapping only in a form-fitting manner with the insulating core and to dispense with processes such as desertification, riveting or bonding for the connection of the wrapping to the insulating core. As a result, the wrapper can be separated from the insulation core as needed and simply disposed of.
  • the wrapper can be made, for example, from plastic, paper, paperboard, bioplastic (eg PLA), nonwoven of natural or synthetic origin, starch (foamed and unfoamed) or the like.
  • the wrapper can be applied to the insulating core in one be solid, liquid or pasty state.
  • the shape of the envelope can be adapted to the outer shape of the insulator core. Particularly advantageous is a tight fitting on all sides, since this protects the insulation core particularly well and stabilized.
  • the envelope may also be printed or coated in various ways, as well as composed of individual aforementioned components.
  • the insulator core is first sealed in PLA foil and the PLA foil is shrinkaged by a heat treatment so that the PLA foil adapts to the outer shape of the insulator core.
  • isolation cores are then placed in a carton so that all insides of the carton are completely and overlapped with the insulator cores.
  • the insulation core is inserted into a matching cross-bottom bag made of kraft paper and closed the cross bottom bag by a self-adhesive tab.
  • straw and / or hay in time with the casing before or during the shaping of the insulation core (step 8) and to carry out the shaping together with the casing.
  • straw and / or hay can be welded into a casing made of reinforced cellulose fleece and subsequently subjected to the process of plasticization (step 7) and subsequent shaping (step 8).
  • the mechanical loosening of straw in a bale opener First, the mechanical loosening of straw in a bale opener.
  • the straw is cut off in a cross cutter to 15 cm in length.
  • a dedusting of the straw takes place via a suction device.
  • the straw is fed to a gravity separator and further transported in a silo.
  • the straw is then doused with a 1% aqueous solution of ECA, with a dosage of the solution of 1% based on the straw weight is made.
  • From the silo straw is discharged on a belt scale with the help of rollers until a target weight of the portion of 260 grams is reached.
  • the portion of straw is conveyed by a conveyor fan in a bowl-shaped form and evenly distributed there, so that 80% of the straws are aligned largely parallel to the base of the mold.
  • the straw is treated with saturated steam within the mold for 2 minutes at 98 ° C.
  • the straw is sterilized and simultaneously plasticized.
  • the straw undergoes an increase in the degree of moisture from 8% to 17%.
  • the straw is then compressed by a cup-shaped punch in its density of 30 kg / m 3 to 80 kg / m 3 .
  • a low compression pressure of 0.1 N / cm 2 is applied.
  • the slightly compressed straw is flowed through with superheated steam of 120 ° C under ambient pressure until a moisture level of 8% has set in the straw.
  • the mechanical loosening of straw in a bale opener First, the mechanical loosening of straw in a bale opener.
  • the straw is cut in a cross cutter to 15 cm in length and transported in silo 1.
  • the hay loosening in a bale opener In a second step, the hay loosening in a bale opener.
  • the hay remains in the original length of about 30 cm and is transported in silo 2.
  • About a suction takes place at the silos a dedusting of the straw and hay.
  • the straw and hay are discharged from the silos via belt weighers and pneumatically mixed in a ratio of 50%.
  • the straw / hay mixture is fed with a conveyor fan in a third silo. From the silo, the straw / hay mixture is discharged at a uniform height of 25 cm on a continuously moving conveyor belt.
  • the straw / hay mixture is flowed through in a steam tunnel for 3 minutes with saturated steam (100 ° C, ambient pressure) and thereby sterilized and plasticized.
  • the straw / hay mixture has a moisture content of 18%.
  • a compression of the straw / hay mixture by a tapered belt press wherein the bands of the belt press are equipped with a three-dimensional diamond profile, so that areas of higher density and areas of lower density arise.
  • the bands of the belt press are actively flowed through by cold air (20 ° C, ambient pressure).
  • the straw / hay mixture cools to 45 ° C and hardens.
  • the straw / hay mixture thus produced has limited mechanical stability and has a moisture content of 15%.
  • the straw / hay mixture is fed to a belt dryer, which reduces the moisture content from 15% to 8% in the run.
  • the straw / hay mixture with hot air (75 ° C) flows through. From the insulation core thus produced plates are cut out by longitudinal and transverse cutting, which are positively inserted in a wrapping of kraft paper.

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Abstract

Offenbart wird ein Verfahren zur Herstellung einer Isolierverpackung zur Wärmeisolierung und/oder Schockabsorption und eine solche Verpackung. Erfindungsgemäß wird Stroh oder Heu oder eine Mischung von beiden plastifiziert, das plastifizierte Stroh und/ oder Heu einer Formgebung unterzogen, unter Beibehaltung der Formgebung die Plastifizierung aufgehoben und das Stroh und/ oder Heu ohne Stoffschluss zwischen den einzelnen Stroh- und/ oder Heuhalmen gehärtet und das Stroh und/oder Heu allseitig mit einer Umhüllung versehen. Dadurch entsteht eine Isolierverpackung bestehend aus einem oder mehreren Isolationskernen (1) aus gepresstem Stroh und/oder Heu und mindestens einer Umhüllung (2), wobei der Isolationskern (1) ohne stoffschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Heu- und/oder Strohhalmen formstabil und formgebend ausgebildet ist und der Isolationskern (1) von einer Umhüllung (2) vollständig umgeben ist, welche lediglich durch Formschluss ohne zusätzliche Verbindungselemente mit dem Isolationskern (1) verbunden ist.

Description

ISOLIERVERPACKUNG ZUR WÄRMEDÄMMUNG ODER SCHOCKABSORPTION
AUS STROH ODER HEU
Beschreibung
Für die Aufbewahrung und den Versand von temperaturempfindlichen Waren werden Isolierverpackungen benötigt, welche dafür sorgen, dass eine vordefinierte Temperatur im Inneren der Verpackung nicht über- oder unterschritten wird . Solche Verpackungen werden hauptsächlich für pharmazeutische Produkte, medizinische Produkte und Lebensmittel eingesetzt. Die Nichteinhaltung dieser meist gesetzlich geregelten Temperaturgrenzen stellt ein mitunter hohes Haftungsrisiko für Warenversender und ein Gesundheitsrisiko für Warenempfänger dar.
Zum Aufbau einer Isolierwirkung bei einer Isolierverpackung müssen die drei Wärmetransportphänomene Konvektion, Wärmeleitung und Wärmestrahlung minimiert werden. Luft eignet sich aufgrund der geringen Wärmeleitung und einfachen Verfügbarkeit ideal als Isoliermedium. Durch den Dichteunterschied von Luft bei verschiedenen Temperaturen entsteht eine Luftbewegung (Konvektion), welche verringert werden kann, wenn die Luft in ihrer Bewegung eingeschränkt wird . Die Wärmestrahlung kann durch die Auswahl und Anordnung geeigneter Materialien verringert werden.
Aus den genannten physikalischen Gründen der Wärmetransportphänomene sind Isolierverpackungen in aller Regel voluminöse, Hohlkörper aus einer Vielzahl von Luftkammern. Die Entsorgung dieser voluminösen Isolierverpackungen stellt bei regelmäßigem Warenverkehr vor allem für Endverbraucher ein großes Problem dar und ist bei zunehmendem Onlinehandel auch ökologisch problematisch.
Für den derzeit wirtschaftlich aufstrebenden Online-Lebensmittelhandel beispielsweise ist eine einfach zu entsorgende, ökologisch vorteilhafte Isolierverpackung, welche auch eine schockabsorbierende Funktion bietet, der Schlüsselfaktor für die benötigte Kundenakzeptanz. Die am Markt eingesetzten Isolierverpackungen sind überwiegend aus expandiertem Polystyrol (EPS) gefertigt. Diese bieten eine gute Isolierwirkung, die Möglichkeit der freien Formgebung und sind durch die hohen Stückzahlen kostengünstig erhältlich . Die Herstellung von Isolierverpackungen aus EPS ist allerdings sehr energieaufwendig. Die Umweltverträglichkeit bei der Entsorgung ist durch die enthaltenen Schadstoffe (Flammschutzmittel, Styrol, Weichmacher, Pentan) umstritten. Die Luftfeuchtigkeit in einer Styroporbox erreicht bei Verwendung von Kühlakkus 80 % - 90 %. Feuchtigkeitsempfindliche Produkte wie Backwaren können hierbei Schaden nehmen.
Alternative Isolierverpackungen wurden entwickelt, um dem Bedarf nach ökologisch vorteilhafteren und einfacher zu entsorgenden Isolierverpackungen gerecht zu werden.
Aus der Literatur sind Isolierverpackungen auf Basis von Stärkeschaum bekannt. Beispielsweise ist in EP0656830B1 ein Schichtverbundmaterial auf Basis von Stärkeschaum offen gelegt. Die Herstellung von Isolierverpackungen aus Stärkeschaum ist energieaufwendig und daher kostspielig . Aufgrund der Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit ist eine absolut wasser- und dampfdichte Barriere erforderlich. Wie bei der Styroporbox findet deshalb auch hier keine Feuchtigkeitsregulierung statt. Aus den genannten Gründen konnten sich deshalb bisher keine Produkte auf Basis von Stärkeschaum am Markt etablieren.
Daneben existieren Isolierverpackungen aus mehrschichtigen aufblasbaren Luftkissen wie beispielsweise in US005533888A offen gelegt. Diese aus einer Vielzahl von in Schichten verbundenen aluminiumbedampften Kunststofffolien hergestellten Isolierverpackungen bieten eine ausreichende Isolierleistung . Sie sind allerdings anfällig gegenüber mechanischen Beschädigungen, wodurch ein Totalausfall der Isolationswirkung entsteht, und sind durch den komplizierten Herstellungsprozess deutlich teurer als eine vergleichbare Styroporbox. Zudem bestehen sie aus konventionellem Kunststoff und müssen über den Restmüll entsorgt werden. Wie bei der Styroporbox findet auch hier keine Feuchtigkeitsregulierung statt. Die Verwendung von Pflanzen und Pflanzenbestandteilen (Hanffaser, Stroh, Heu, etc.) zur Herstellung von Dämmplatten ist in der Bauindustrie seit jeher bekannt und hat sich in letzter Zeit zur Isolation von Gebäuden als Nische etabliert. Dabei kommen zwei unterschiedliche Ausgangsstoffe zur Verwendung : aus Pflanzen gewonnene Fasern sowie weitgehend in Rohform vorliegende ganze Pflanzen oder deren Bestandteile wie Blätter, Stengel oder Halme.
Aus Pflanzen gewonnene Fasern werden durch mechanische, chemische und thermische Verfahren zu Vliesen und Vliesstoffen weiterverarbeitet. Die Pflanzenfasern werden häufig aus Hanf, Flachs oder Leinen aufwändig gewonnen. Der Prozess entspricht dabei dem der Textilfaserherstellung. Als Vliesstoffe werden nach aktueller Auffassung entsprechend DIN EN ISO 9092 : 2012-01 im Allgemeinen Flächengebilde aus Faser, Endlosfilamenten oder geschnittenen Garnen verstanden. Nur etwa 20-30 % der Pflanze können als Faser genutzt werden. Die dünnen Fasern können keine Druckkräfte, sondern lediglich Zugkräfte aufnehmen. Zur mechanischen Stabilisierung müssen sie daher zu Matten verdichtet, verklebt und/oder verfilzt werden. Anschließend werden die Vliese meist zur zusätzlichen mechanischen Stabilisierung mit weiteren Schichten versteppt, vernietet oder verklebt. Die Verwendung von Vliesen und Vliesstoffen als Isolierverpackung ist daher aufwändig und kostspielig . Zudem lassen sich die Vliese nur schwer wieder auftrennen. Die Entsorgung muss also als Ganzes erfolgen. Eine freie Formgestaltung ist nicht möglich. Die Vliese werden stets zu großen flächigen Platten oder Matten verarbeitet.
Beispielsweise wird in EP0644044A1 ein Verpackungsmaterial mit einer flächigen, polsternden Innenschicht aus Naturfaservlies und zwei beidseitig abdeckenden Abdecklagen offengelegt, dadurch gekennzeichnet dass die Abdecklagen aus biologisch abbaubarer Folie bestehen. In DE19846704C2 wird eine Dämmstoffmatte aus Hanf mit einer zweiseitigen Kaschierung für die Bauindustrie offen gelegt, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Füllung aus ungerösteten Hanffaserprodukten aus einem Gemisch von Langfaser, Kurzfaser und Schäben ausgebildet ist. Um ein Setzen der Dämmstoff matte zu verhindern, sind Steppnähte, Nieten oder ein in die Füllung eingearbeitetes Netz notwendig .
Weitgehend in Rohform vorliegende Bestandteile von Pflanzen wie Blätter, Stengel, Halme werden zur Herstellung von Dämmplatten meist mit Bindemittel verklebt. In DE19810862C2 wird beispielsweise eine Dämmplatte aus Stroh für die Bauindustrie offen gelegt. Die Dämmplatte besteht aus einem homogenen Gemisch aus zerkleinertem Stroh und Bindemittel. Zweiseitig ist eine gitterartige Beschichtung aufgeklebt. Die durch Bindemittel verklebten Dämmplatten sind in der Herstellung aufwendig und lassen sich manuell nur schwer auftrennen. Die glatten Oberflächen des Strohs erfordern zur Verklebung eine spezielle chemische oder mechanische Behandlung . Eine ökologisch vorteilhafte Kompostierung ist durch die in der Regel verwendeten Bindemittel aus Kunststoff problematisch.
In EP1958762B1 wird ein Naturfaservlies aus Stroh- und weiteren Naturfasern und einer Matrix aus PLA beschrieben. Durch Temperatureinwirkung schmelzen die PLA-Fasern und bilden damit einen Naturfaserverbundwerkstoff. Durch Formpressen unter Wärmeeinfluss wird anschließend eine Lage des Hybrid Vliesstoffes erzeugt, welcher beispielsweise mit einer PLA-Folie umgeben ist. Die PLA-Folie kann in der Formpresse mitverpresst werden. Die so entstandenen Formteile können als Verpackungsmaterial oder in mehreren Schichten als Wandelemente genutzt werden. Das Naturvaservlies besteht zu etwa 35% aus dem teuren Biokunststoff PLA und ist damit nicht wettbewerbsfähig zu Styropor.
In EP0570018B1 wird ein Verpackungsteil aus verpresstem Stroh oder Heu offen gelegt, dadurch gekennzeichnet, dass keine Beimischung von Bindemittel oder Klebstoff erfolgt. Durch das starke Verpressen von aufgeweichtem oder aufbereitetem Stroh oder Heu soll ein glattes Verpackungsteil, beispielsweise eine Schachtel oder ein Behälter, entstehen. Die Oberfläche ist durch die starke Verpressung glatt und bedruckbar.
Die Herstellung von solchen Verpackungsteilen aus Pflanzen ohne Bindemittel erfolgt wie beispielsweise aus EP1377418B1 oder DE202009013015U1 bekannt durch Verpressen bei hohen Drücken und hohen Temperaturen. Ziel ist es, dabei pflanzliche Bindemittel wie das Biopolymer Lignin aus den Pflanzen zu lösen und als Klebstoff freizusetzen. Anstelle der Verwendung eines von außen zugeführten Klebstoffs wird der in den Pflanzen enthaltene Klebstoff verwendet. Vorteilhaft ist die weitgehende Gestaltungsfreiheit solcher Bauteile. Aufgrund der hohen Drücke befinden sich in einem solchen Verpackungsteil allerdings kaum noch isolierende Hohlräume, wodurch die Verwendung als Isolierverpackung nicht mehr gewährleistet ist. Es entsteht ein fester, verklebter Presskörper, welcher nicht mehr aufgetrennt werden kann. Eine schockabsorbierende Wirkung ist nicht gewährleistet.
Um die Kosten für verklebte Dämmplatten für die Bauindustrie zu senken, wird in dem Gebrauchsmuster DE8536156U 1 vorgeschlagen, einen losen Verbund aus ungeordnet liegenden und unverklebten Strohs zweiseitig mit Papier zu kaschieren und anschließend mit Fäden in geringen Abständen zur mechanische Fixierung zu versteppen. Die Versteppung hat den Nachteil, dass die Strohdämmplatte manuell nur schwer aufgetrennt werden kann. Sie muss deshalb als Ganzes entsorgt werden. Zudem können auf diese Weise lediglich größere Platten hergestellt werden. Eine freie Formgebung ist nicht möglich . Da die Dämmplatte nicht allseitig geschlossen ist, können unfixierte Strohteile und Staub leicht aus dem Verbund gelöst werden. Dämmplatten, welche auf diese Art aufgebaut sind, sind damit als Isolierverpackung nicht geeignet, da sie die zu schützenden Gegenstände verunreinigen, beschädigen oder kontaminieren würden.
In DE4333758A1 und DE4317239A1 wird eine Isoliermatte aus Biomasse wie beispielsweise Stroh für die Bauindustrie offen gelegt. Die Biomasse wird vorzugsweise versteppt, verklebt oder vernadelt und feuerhemmend ausgerüstet. Es wird zudem ein Verpackungsmaterial erwähnt, welches aus lose in Netzen gefüllter, unbehandelter Biomasse besteht. Solche mit Biomasse ausgestopften Netze sind ohne Verstärkung wie Versteppung oder Nieten nicht formstabil, weisen eine nur ungleichmäßige Dichteverteilung auf und sind somit aufgrund der vorkommenden großen Hohlräume für eine leistungsfähige Isolierung nicht geeignet. Sie können höchstens als Füllmaterial verwendet werden. Isolierverpackungen auf pflanzlicher Basis konnten sich bisher auf dem Markt nicht durchsetzen. Die für die Bauindustrie entwickelten Dämmstoffe aus Pflanzenbestandteilen oder Pflanzenfasern zur Isolierung von Gebäuden sind nicht als Isolierverpackung geeignet, da die zugrunde liegenden Anforderungen sich grundlegend unterscheiden. Die als Baustoffe verwendeten Isolierungen sind feuerhemmend, schädlingsresistent und mechanisch so ausgelegt, dass sie auch nach Jahrzehnten eine einwandfreie Isolierwirkung erzielen. Beispielsweise muss das sogenannte Setzen, also die Verringerung des ursprünglichen Materialvolumens durch Schwerkrafteinwirkung, über Jahrzehnte verhindert werden. Die Herstellung solcher Dämmstoffe ist entsprechend aufwendig und teuer und nicht als Isolierverpackung zu gebrauchen. Zudem lassen sich so hergestellte Dämmmaterialien nur schwer wieder zerkleinern und entsorgen. Die schmalen Seitenflächen der Dämmplatten für die Bauindustrie sind in der Regel nicht kaschiert, da hier keine Funktionsfläche vorliegt, sondern die Platten zwischen die Balken eingeklemmt werden. Bestandteile des Dämmstoffes können sich somit lösen und die Ware kontaminieren oder beschädigen. Zur Herstellung moderner Isolierverpackungen ist es zudem erforderlich eine weitgehend freie Formgebung zu ermöglichen, um den unterschiedlichsten Anforderungen des Verpackungsmarktes gerecht zu werden. Existierende wärmeisolierende Dämmmaterialien aus Pflanzen und ohne Bindemittel sind nur als Platten bekannt. Eine freie Formgebung ist nicht möglich .
Aufgrund der oben genannten Nachteile der im Stand der Technik aufgeführten Dämmpatten und Isolierverpackungen konnte sich bisher keine ökologische Alternative zu den EPS-Isolierverpackungen am Markt etablieren.
Aufgabe der hier beanspruchten Erfindung ist es daher, eine Isolierverpackung für temperaturempfindliche und/oder schockempfindliche Produkte herzustellen, welche neben einer hervorragenden Isolier- und Dämpfungswirkung, einer verbesserten Ökobilanz, einer vereinfachten Entsorgung und einer freien Formgebung auch wirtschaftliche Vorteile gegenüber den etablierten EPS-Verpackungen besitzt. Die Isolierverpackung muss zudem den strengen hygienischen Erfordernissen als Lebensmittelbedarfsgegenstand Rechnung tragen. Sie soll auch als Einwegverpackung geeignet sein. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Isolierverpackung geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Isolierverpackung nach Anspruch 1 und einem Verfahren zur Herstellung der Isolierverpackung nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Als Ausgangsmaterial wird Heu oder Stroh verwendet, welches sortenrein, in Mischung oder in Bestandteilen verwendet werden kann. Dabei ist sowohl eine Mischung verschiedener Heu- oder Strohsorten, als auch eine Mischung von Heu und Stroh möglich . Stroh wird hier als Sammelbegriff für ausgetrocknete Halme, Stengel und Blätter von Getreidepflanzen, Ölpflanzen, Faserpflanzen und Hülsenfrüchten verwendet. Heu wird hier als Sammelbegriff für getrocknete Futterpflanzen wie beispielsweise Kräuter, Gräser oder Hülsenfrüchte verwendet.
Vorteilhafterweise wird Stroh oder Heu von Süßgräsern verwendet, da die Halme hohl sind und kein Mark beinhalten. Der Durchmesser der Halme beträgt idealerweise zwischen 1 mm und 10 mm. Auf diese Weise formen die Halme in ihrem Inneren kleine Luftkammern, welche eine Konvektion innerhalb der Halme verhindern.
Besonders vorteilhaft ist Getreidestroh aus Gerste, da es preiswert verfügbar ist, eine geringe Neigung zu Pilzbefall aufweist und hervorragende Isolationseigenschaften besitzt. Getreidestroh fällt als landwirtschaftliches Nebenprodukt in großen Mengen an und kann ohne ökologische Nachteile zu 1/3 vom Acker entfernt werden. Je nach regionaler Verfügbarkeit kann aber die Verwendung anderer Stroh- oder Heuarten vorteilhafter sein.
Fig 1. zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Isolierverpackung bestehend aus einem Isolationskern (1) und einer Umhüllung (2) . Der Isolationskern (1) hat die Aufgabe die Konvektion und Wärmeleitung weitestgehend zu reduzieren. Als Isoliermedium dient Luft aufgrund des geringen Wärmeleitwertes von 0,0267 W/mK. Luft unterliegt allerdings einer temperaturabhängigen Dichte, sodass eine Wärmeübertragung durch Konvektion stattfindet. Um diese zu unterbinden, muss die Luft in Ihrer Bewegung möglichst eingeschränkt werden. Im ursprünglichen Zustand besitzt Getreidestroh eine Dichte von etwa 20 kg/m3. Dabei bilden die Halme des Strohs mitunter mehrere Zentimeter große Hohlräume, so dass die Isolierwirkung durch freie Konvektion erheblich reduziert wird . Der Isolationskern nach Anspruch 1 besitzt eine einstellbare Dichte von 40 kg/m3 bis 250 kg/m3. Die Hohlräume in einem solchen Isolationskern sind kleiner als 0,5x0,5x0,5 cm3, wodurch Konvektion weitgehend ausgeschlossen wird. Die Dichte ist dabei auf die Erfordernisse der zu verpackenden Ware anzupassen. Eine optimale Isolierwirkung unter Berücksichtigung des Materialverbrauches wird bei einer Dichte etwa 60 kg/m3 bis 80 kg/m3 erreicht. Ein mit Styropor vergleichbarer Wärmeleitwert von 0,043 W/mK wird damit erzielt. Für die Schockabsorption beim Transport schwerer Gegenstände ist eine Dichte von bis etwa 250 kg/m3 sinnvoll. Für die Schockabsorption beim Transport leichter, zerbrechlicher Gegenstände ist eine Dichte von 40 kg/m3 zu bevorzugen. Theoretisch ist die Dicke des Isolationskernes nicht begrenzt, allerdings hat sich für die hier aufgeführten Anwendungsfälle eine Dicke von 1 cm bis 15 cm als vorteilhaft erwiesen.
Der Isolationskern (1) besteht aus einer Anordnung von Heu- und/oder Stroh, wobei die Halme des Strohs oder Heus eine Länge von 0,5 cm bis 50 cm aufweisen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, eine Mischung verschiedener Längen zu verwenden. Die kurzen Halme sind so angeordnet, dass eine gleichmäßige Dichteverteilung innerhalb des Isolationskernes auftritt. So wird eine gleichmäßige Isolierwirkung ohne Wärmebrücken durch Konvektion erreicht. Für Gersten- und Weizenstroh haben sich beispielsweise Halme mit einer Länge von 1 cm bis 25 cm als besonders vorteilhaft erwiesen. Es werden möglichst unbeschädigte Heu- und Strohhalme verwendet. Durch den Einsatz gängiger Erntemaschinen findet dennoch eine gewisse Schädigung der Halmstrukturen statt, welche allerdings weder beabsichtigt noch benötigt wird.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Stroh- und Heuhalme überwiegend (>80 %) senkrecht zum Wärmestrom des Isolationskernes ausgerichtet sind. Der Wärmestrom von einer warmen Seite zu einer kalten Seite des Isolationskerns ist deutlich geringer, wenn die Stroh- und Heuhalme von der Längsseite durchquert werden.
Die Struktur des Isolationskernes ist so ausgeprägt, dass unter Ausnützung der natürlichen Knickfestigkeit (Aufnahme von Kräften in Längsrichtung) des Strohs oder Heus eine beliebige Formgebung mit Löchern, konvexen und konkaven Flächen, Hinterschneidungen, scharfen Kanten etc. ermöglicht wird (Fig . 1, Fig. 3, Fig . 4). Dies ist zwingend erforderlich, um gängige Verpackungsformen wie Schalenelemente, Kisten, Boxen oder Trays an die Erfordernisse des Verpackungsgutes anzupassen. Die Formhaltigkeit des Isolationskernes wird ohne von außen zugeführter oder aus den Pflanzen herausgelöster Bindemittel oder Klebstoffe aufrechterhalten. Die Stengel und Halme sind somit in keiner Weise stoffschlüssig miteinander verbunden. Für die Formhaltigkeit werden auch keine zusätzlichen mechanischen Verbindungselemente wie Versteppung, Vernietung, Kaschierung oder das Einbringen von Vliesen, wie im Stand der Technik beschrieben, benötigt. Das verwendete Stroh oder Heu ist des Weiteren nicht in seine strukturellen Bestandteile wie Fasern und Schäben aufgeschlossen. Nur so bleibt die natürliche Knicksteifigkeit der Pflanzen erhalten, welche für die Formhaltigkeit des Isolationskernes benötigt wird . Im Stand der Technik verwendete Pflanzenfasern können keine Druckkräfte mehr aufnehmen und können somit nur im verdichteten oder verklebten Vlies mechanische Druckstabilität aufweisen.
Druckbelastungen auf den erfindungsgemäßen Isolationskern können ohne bleibende Formänderung sehr gut aufgenommen werden. Die Rückfederung beträgt beispielsweise bei Verwendung von Gerstenstroh und einer Dichte des Isolationskerns von 60 kg/m3 95 % bei einem für 1 Minute aufgebrachten Druck von 10 N/cm2. Nach Entfernen des äußeren Drucks kehrt der Isolationskern wieder in die ursprüngliche Ausgangsform zurück, ohne dass nennenswertes Setzen eintritt.
Da das Stroh und/oder Heu des Isolationskernes nicht verklebt wird, können vereinzelt Staubpartikel und Pflanzenreste austreten. Aus diesem Grund ist der Isolationskern von einer flexiblen Umhüllung formschlüssig umgeben. Die Umhüllung ist lediglich durch den Formschluss mit dem Isolationskern verbunden. Es wird keine Versteppung, Vernietung oder Verklebung zur Verbindung der Umhüllung mit dem Isolationskern benötigt. Somit kann die Umhüllung einfach vom Isolationskern getrennt und bei Bedarf separat entsorgt werden. Die Umhüllung stellt zudem wichtige funktionale Eigenschaften an der Oberfläche bereit.
Die Umhüllung kann beispielsweise aus Kunststoff, Papier, Pappe, Bio- Kunststoff (z. B. PLA), Vliesstoff natürlichen oder künstlichen Ursprungs, Stärke (geschäumt und ungeschäumt), oder dergleichen hergestellt sein. Bei Umhüllungen aus Kunststofffolie hat sich eine Dicke von 10 pm bis 500 m bewährt. Bei einer Umhüllung aus Papier, Pappe oder Cellulose ist eine Schichtdicke von 30 pm bis 5 mm geeignet. Die Höhe der Schichtdicke richtet sich nach der erwarteten äußeren Belastung, da der Isolationskern von Innen keine Kräfte auf die Umhüllung ausübt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Umhüllung dampfdurchlässig ausgeführt ist, um die Feuchtigkeit innerhalb der Verpackung zu regulieren. Dies kann durch geeignete Materialauswahl oder durch Perforation der Umhüllung erfolgen. Beim Einsatz von Isolierboxen aus EPS-Schaum steigt die Luftfeuchtigkeit im Inneren der Box auf über 80 %. Gerade feuchtigkeitsempfindliche Produkte können so geschädigt werden. Das Stroh und /oder Heu des Isolationskernes ist hingegen in der Lage, bei einem Anstieg der Luftfeuchtigkeit von 50 % auf 80 %, Wasser aus der Luft in Höhe von 10 % des Eigengewichtes zu binden und damit die Luftfeuchtigkeit entsprechend zu puffern. Bei einem Isolationskern von 1 kg Masse entspricht dies einem Aufnahmevermögen von 100 ml Wasser. Die Umhüllung kann auch aus lebensmittelechtem Material gefertigt sein, womit die Umhüllung für direkten Kontakt mit Lebensmitteln verwendet werden kann.
Wird die Umhüllung transparent gewählt, so wird der Isolationskern aus Stroh oder Heu sichtbar. Dies kann vor allem im Lebensmittelbereich als optischer Vorteil wahrgenommen werden.
Die Umhüllung kann bei entsprechenden Anforderungen auch geruchshemmend oder antibakteriell ausgeführt sein.
Zur weiteren Erhöhung des Isolationsgrades ist es vorteilhaft, die Umhüllung teilweise oder vollständig aus Materialien mit geringem Emmisionsgrad, vorzugsweise Aluminium, zu fertigen. Dadurch nimmt die Umhüllung weniger Wärme durch Wärmestrahlung auf und gibt gleichzeitig weniger Wärmestrahlung ab. Das Aluminium kann vollflächig oder partiell aufgedampft sein oder in Form von Folien oder Verbundfolien aufkaschiert werden. Die Aluminiumschichtdicke sollte für eine effektive Abschirmung mindestens 40 Nanometer betragen.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die Nutzung aller verfügbaren Entsorgungsmöglichkeiten. Durch die einfache biologische Abbaubarkeit kann der Isolationskern über den hauseigenen Kompost oder über die regionale Biomülltonne entsorgt werden. Da keine Bindemittel verwendet werden, ist auch ein manuelles Auftrennen des Isolationskernes möglich. So kann dieser auch im Garten oder als Einstreu verwendet werden. Ist die Umhüllung aus nicht biologisch abbaubarem Material gewählt, so lässt sich die Umhüllung leicht vom Isolationskern trennen und separat entsorgen. Aufgrund des hohen Heizwertes von Stroh mit 3,8 kWh/kg und der schadstofffreien, klimaneutralen Verbrennung ist aber auch eine energetische Verwertung sinnvoll . Die rechtlichen Rahmenbedingungen sind in der Abfallwirtschaft regional stark unterschiedlich. Dem Endverbraucher stehen somit sämtliche Entsorgungswege offen, aus denen er die für sich am komfortabelsten wählen kann. Eine umständliche Entsorgung über den Wertstoffhof kann vermieden werden. Aufgrund der Verwendung kostengünstiger Ausgangsstoffe und der einfachen Entsorgungsmöglichkeit ist die erfindungsgemäße Isolierverpackung ideal für den Einweggebrauch geeignet.
Im Folgenden werden fünf weitere Ausführungsbeispiele beschrieben.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Isolierverpackung aus einem einteiligen Isolierkern (1) mit einer Umhüllung (2) aus Cellophan besteht, welche einen quaderförmigen Hohlraum (3) zur Aufnahme von Transportgut bilden.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Isolierverpackung aus zwei hohlen Schalen besteht. Die Außenseite ist konvex geformt, die Innenseite (4) bildet einen konkaven Hohlraum. Die beiden Isolationskerne (1) sind von jeweils einer Umhüllung (2) aus undurchsichtigem Papier umschlossen.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem eine Isolierverpackung, bestehend aus zwei umhüllten Isolationskernen (1) mit innenliegender Hohlstruktur (6) verwendet wird, um einen empfindlichen Gegenstand (5) so zu lagern, dass er vor Erschütterungen geschützt ist. Die Isolationskerne besitzen eine Dichte von 130 kg/m3. Die Umhüllungen (2) bestehen aus 200 pm starkem Kraftpapier.
In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Isolierverpackung aus sechs plattenförmigen Isolationskernen (1) mit einer Dichte von 80 kg/m3 besteht, welche einen quaderförmigen Hohlraum (7) bilden. Die Isolationskerne sind jeweils von einer lebensmittelechten Umhüllung (2) aus Kunststoff (PET/PE/PET) mit 15 pm Stärke umschlossen. Die Umhüllungen weisen Perforationen (8) auf, sodass feuchte Luft aus dem Inneren der Box in die Isolationskerne übergehen kann. Die nach außen zeigenden Flächen der Isolierverpackung sind mit einer 50 Nanometer dicken Aluminiumschicht (9) bedampft, um Wärmestrahlung zu reflektieren. Die Isolationsverpackung wird für den Versand in einen handelsüblichen Karton (10) eingesetzt. In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Isolierverpackung eine elliptische, taschenartige Form besitzt, welche lediglich eine offene Seite (11) besitzt, in die die zu kühlenden Gegenstände eingebracht werden können. Die Umhüllung (2) besteht aus biologisch abbaubarem Kunststoff, vorzugsweise PLA, mit einer Stärke von 20 pm. Der Isolationskern (1) besitzt eine Dichte von 60 kg/m3. Eine selbstklebende Lasche (12) ermöglicht das Verschließen der Isolierverpackung .
Verfahrensbeschreibung
Die Herstellung der Isolierplatte gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt durch folgende Schritte :
1. Reinigen des Strohs und/oder Heus;
2. Chemische Behandlung des Strohs und/oder Heus;
3. Mechanische Behandlung des Strohs und/oder Heus;
4. Mischen unterschiedlicher Stroh- und/oder Heuchargen;
5. Entkeimen des Strohs und/oder Heus;
6. Dosieren des Strohs und/oder Heus;
7. Plastifizieren des Strohs und/oder Heus;
8. Formgebung des Strohs und/oder Heus;
9. Abkühlen des Strohs und/oder Heus unter Beibehaltung der Formgebung;
10. Trocknen des Strohs und/oder Heus;
11. Produktspezifische mechanische Weiterverarbeitung;
12. Versehen des Strohs und/oder Heus mit einer Umhüllung .
Im Folgenden werden die einzelnen Schritte erläutert und dabei auch mögliche Modifikationen beschrieben. Weitergehende Modifikationen sind möglich, bei denen die Reihenfolge der Schritte abgeändert wird, wobei unter bestimmten Umständen auf einzelne Schritte sogar verzichtet werden kann.
Schritt 1 :
Das verwendete Stroh liegt üblicherweise in Form von gepressten Quaderballen oder Rundballen vor. Vorteilhaft wird ungeschnittenes Stroh und/oder Heu als Ausgangsrohstoff bezogen, um die Struktureigenschaften des Strohs und/oder Heus den Erfordernissen anpassen zu können. Die Halmlänge beträgt dabei je nach Sorte zwischen 20 cm und 100 cm. Vorteilhaft ist ein Verhältnis von Länge/Durchmesser kleiner als 300/1 und größer als 5/1. Die Dicke der Halme kann zwischen 0,1 mm und 15 mm liegen. Besonders vorteilhaft sind Halme mit einer Dicke von 0,1 mm bis 5 mm. Durch die mechanische, landwirtschaftliche Verarbeitung liegen aber auch kürzere Bruchstücke bis hin zu Staub in den Ballen vor.
Die Stroh- und/oder Heuballen werden mechanisch aufgelockert und einer mechanischen Reinigung zugeführt. Die mechanische Reinigung erfolgt beispielsweise durch einen Abscheider, der als Zentrifugalabscheider, Schwerkraftabscheider, Magnetabscheider, Sieb, Zick-Zack-Sichter, Filter oder einer Kombination dieser ausgeführt ist. Die mechanische Reinigung kann sowohl trocken als auch nass erfolgen. Die mechanische Reinigung soll unter anderem Staub, Steine, Klumpen und andere unerwünschte Komponenten entfernen.
Schritt 2 :
Eine chemische Behandlung kann zum Zweck einer weitergehenden Reinigung sowie einem Einbringen von Pestiziden, Fungiziden, Konservierungsmitteln, Desinfektionsmitteln oder weiteren Hilfsstoffen durchgeführt werden. Als chemische Bearbeitung können beispielsweise Entfetten, Aufschließen, Lösen, Adsorbieren, Absorbieren, Trocknen, Ätzen, Bleichen, oder Beschichten genannt werden.
Vorteilhaft ist beispielsweise die Einbringung von elektrochemisch aktiviertem Wasser (ECA) in einer Konzentration von 0,1 bis 20% in wässriger Lösung. Besonders vorteilhaft ist eine Konzentration von 0,1% bis 2 % ECA gelöst in Wasser. Vorteilhaft ist es, die so hergestellte Lösung mit 0,1% - 20% bezogen auf das Stroh und/oder Heugewicht zu dosieren. Besonders vorteilhaft ist eine Dosierung der Lösung von 0,5% - 12% ECA bezogen auf das Stroh und/oder Heugewicht. Durch das ECA findet eine Vorentkeimung des Strohs und/oder Heus statt. Zudem werden alle Teile der Produktionsanlage, welche mit dem behandelten Stroh und/oder Heu in Kontakt kommen, desinfiziert. Die Gefahr einer Querkontamination kann verringert, die Reinigungsintervalle der Anlage können verlängert werden. In einem Ausführungsbeispiel wird eine wässrige ECA Lösung mit einer Konzentration von 5% erzeugt. Mit Hilfe eines Zerstäubers wird die ECA Lösung kontinuierlich in einen Massestrom von Heu und/oder Stroh eingenebelt, so dass das Verhältnis der Masseströme von ECA-Lösung und Heu und/oder Stroh 3/100 beträgt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein handelsüblicher antibakterieller und pilzhemmender Wirkstoff in das Stroh oder Heu eingesprüht, der die Haltbarkeit des Isolationskernes bei ungünstigen Lagerbedingungen erhöht.
Vorteilhaft kann auch die chemische Entfernung der Wachsschicht auf dem Stroh und/oder Heu zur Verbesserung der Adsorption von Wasser sein. Gemeinsam mit einer wasserdampfdurchlässigen Umhüllung kann die feuchtigkeitsregulierende Wirkung der erfindungsgemäßen Isolierverpackung gesteigert werden.
Durch eine Behandlung des Strohs und/oder Heus mit einer Substanz zur Reduktion des pH-Wertes einer wässrigen Lösung kann eine natürliche antibakterielle Wirkung erzeugt werden, für den Fall, dass das Stroh und/oder Heu im späteren Gebrauch feucht wird . Zudem kann die Wirksamkeit einer späteren Entkeimung erhöht werden . Vorteilhaft ist eine Senkung des pH-Wertes im feuchten Zustand (bei 20% Feuchtegrad) auf einen Wert von 5,5 oder niedriger, wodurch zahlreiche Bakterien am Wachstum gehindert werden. Vorteilhaft ist beispielsweise eine Anreicherung des Strohs und/oder Heus mit 0,5% - 3% Milchsäure bezogen auf das Rohmassegewicht des Strohs und/oder Heus.
Durch Bleichen kann beispielsweise das optische Erscheinungsbild verbessert werden indem das Stroh und/oder Heu aufgehellt und von farblichen Verunreinigungen durch Schwärzepilze befreit wird.
Durch Aufbringen von Geruchshemmern wie beispielsweise Natron kann der Eigengeruch des Strohs und/oder Heus eliminiert werden.
Die chemische Behandlung kann zu einem beliebigen Zeitpunkt im Prozess erfolgen, je nach Erfordernis und Behandlungsmethode. Schritt 3 und 4:
Stroh und Heu sind Naturprodukte, welche gewissen Schwankungen in Art, Qualität und Eigenschaften unterworfen sein können. Dies hängt ab von den klimatischen Bedingungen beim Wachstum und bei der Ernte, den Böden, der Art der eingesetzten Maschinen, den verwendeten Pflanzensorten und den Lagerbedingungen. Um dennoch einen Isolationskern gleichbleibender Qualität und Eigenschaften produzieren zu können, oder um eine Verbesserung bestehender Eigenschaften zu bewirken, kann es erforderlich sein, das Stroh oder Heu mechanisch, chemisch oder biologisch zu bearbeiten oder zu behandeln.
Zudem kann es sinnvoll sein, verschiedene Stroh- und/oder Heusorten, welche unter Umständen auch unterschiedliche Bearbeitung erfahren haben, zu mischen.
Als mechanische Bearbeitung können beispielsweise Längsschneiden, Querschneiden, Quetschen, Stauchen, Schleifen oder Reiben eingesetzt werden.
Die mechanische Bearbeitung hat wesentlichen Einfluss auf, unter anderem, folgende Parameter:
- Dichte
- Isolationsleistung
- Wasseradsorption
- Formfülleigenschaften
- Fließverhalten
- Elastizitätsmodul für Zug- und Biegesteifigkeit
- Zugfestigkeit
- Reibungskoeffizient
In einem Ausführungsbeispiel wird ungeschnittenes Gerstenstroh mit einer Halmlänge von 50 cm mit einem Messerschneidwerk für eine erste Charge auf 25 cm Länge und für eine zweite Charge auf 5 cm durch Querschneiden gekürzt. Beide Chargen werden im Gewichtsverhältnis von 50/50 gemischt und in einen Silo zur Weiterverarbeitung geblasen. Wird im Produktionsprozess festgestellt, dass der Isolationskern eine zu geringe mechanische Zugfestigkeit aufweist, so kann der Gewichtsanteil der 25 cm langen Halme auf beispielsweise 65% erhöht werden. Die langen Halme bewirken einen stärkeren Zusammenhalt des Isolationskerns. Gleichzeitig erhöht sich allerdings die Gefahr für Fehlstellen im Isolationskern, da die recht steifen Gersten-Strohhalme gerade im Bereich von abgeknickten Halmen benachbarte Halme verdrängen. Fehlstellen im Isolationskern sind Bereiche, in denen in einem Radius von 2,5 mm kein Stroh- und/oder Heu vorliegt. In Fehlstellen kann ein Wärmetransport durch Konvektion stattfinden, der die Isolierwirkung des Isolationskerns beeinträchtigt. Die Gefahr von Fehlstellen erhöht sich mit sinkender Dichte der Isolationskerne. Dichten von 40 kg/m3 bis 65 kg/m3 sind besonders anfällig für Fehlstellen . In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ungeschnittenes Gerstenstroh mit einer Halmlänge von 45 cm mit einem Messerschneidwerk auf 15 cm Länge durch Querschneiden gekürzt und weiches ungeschnittenes Haferstroh mit 40 cm Länge im Gewichtsverhältnis 30/70 beigemischt. Das weiche Haferstroh passt sich der äußeren Formgebung im späteren Pressprozess optimal an und sorgt durch die große Halmlänge für eine gute Zugfestigkeit, während das steifere Gerstenstroh die Biegesteifigkeit des Isolationskerns erhöht. Werden größere Isolationskerne produziert, so kann eine Erhöhung der Biegesteifigkeit der Isolationskerne durch Erhöhung des Anteils an Gerstenstroh auf ein Gewichtsverhältnis von 50/50 realisiert werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ungeschnittenes Weizenstroh mit einer Halmlänge von 60 cm einer Spieissvorrichtung zugeführt. Diese zerteilt die Strohhalme in Längsrichtung . Anschließend findet eine Kürzung in einem Messerwerk auf 15 cm Halmlänge statt. Das sehr biegestarre Stroh wird dadurch biegeweicher und kann in Mischung oder in Reinform weiterverarbeitet werden. Auch andere, sehr biegesteife Stroh- und/oder Heuarten können so in Ihrer spezifischen Biegesteifigkeit den Erfordernissen angepasst werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird geschnittenes Gerstenstroh mit einer Halmlänge von 30 cm durch ein profiliertes Walzenpaar in variablem Abstand kontinuierlich gequetscht. An den Quetschstellen wird die Biegefestigkeit der Halme lokal stark reduziert, ohne die Zugfestigkeit des daraus erzeugten Isolationskernes zu beeinträchtigen.
Schritt 5 :
Zur Dosierung des Strohs und/oder Heus kann eine Volumenmessung oder Gewichtsmessung Verwendung finden. Da das Volumen der Strohs und/oder Heus stark von der Sorte und mechanischer Verarbeitung abhängt, ist eine Gewichtsmessung zu bevorzugen. Eine Volumenmessung ist vorteilhaft, wenn das Stroh und/oder Heu auf ein kontinuierliches Förderband ausgetragen werden soll, da diese mit geringerem Aufwand umgesetzt werden kann. Bei der Volumenmessung ist es vorteilhaft, wenn der produzierte Isolationskern gewogen wird und auf das Sollvolumen Einfluss hat. Die Dosierung kann zu einem beliebigen Zeitpunkt vor der Formgebung stattfinden. Vorteilhaft ist es, die Dosierung frühestens nach der mechanischen Reinigung durchzuführen, da hierbei noch erhebliche Mengen an Stroh und/oder Heu ausgesondert werden.
Schritt 6:
Als natürlicher Rohstoff ist Stroh stark mit Mikroorganismen besiedelt. Üblicherweise beträgt die Gesamtzahl von Stroh und Heu im Lieferzustand 5- 106 Keimbildende Einheiten je Gramm (KBE/g), vorwiegend Bakterien und Pilze. Für die Eignung als Verpackungsmaterial muss die Keimzahl um mehrere Größenordnungen verringert werden, pathogene Keime dürfen nicht nachweisbar sein . Für die Entkeimung des Strohs oder Heus sind prinzipiell alle gängigen Verfahren geeignet. So ist eine Bestrahlung, Begasung, Verwendung von flüssigen Desinfektionsmitteln oder eine Wärmebehandlung möglich. Besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von feuchter Hitze erwiesen. Das Stroh und/oder Heu wird mit überhitztem Dampf, Sattdampf oder Nassdampf unter Umgebungsdruck oder erhöhtem Druck behandelt. Vorteilhaft haben sich Dampftemperaturen von 90 °C bis 150°C unter Sattdampfbedingungen bzw. Nassdampfbedingungen erwiesen. Besonders vorteilhaft sind Temperaturen von 95°C bis 130°C unter Sattdampfbedingungen bzw. Nassdampfbedingungen. Die Dauer der Behandlung richtet sich nach der gewünschten Reduktion der Keimzahl und ist stark abhängig von der gewählten Dampftemperatur. Bei Sattdampf von 100°C hat sich eine Behandlungszeit von 3 Minuten als besonders geeignet gezeigt. Bei erhöhtem Druck von 3 bar und 130 °C Dampftemperatur genügen hingegen wenige Sekunden für eine ausreichende Entkeimung .
Schritt 7 :
Stroh und Heu bestehen vorwiegend aus Cellulose, Lignin und Hemicellulose. Die einzelnen Pflanzenbestandteile wie Zellwand oder Mittellamelle bestehen vorwiegend aus diesen Baustoffen in unterschiedlicher struktureller Zusammensetzung. Die Lignocellulose, welche die Zellwand verholzter Pflanzen bildet, ist ein Strukturverbund, bei dem die Cellulose und die Hemicellulose ein Gerüst bilden, in das Lignin eingelagert ist. Während die Cellulose und die Hemizellulose die Zugkräfte aufnehmen, stabilisiert das Lignin gegenüber Druckbeanspruchung . Der Verbund ist also mit einer Stahlbeton-Konstruktion vergleichbar.
Es ist allgemein bekannt, dass Lignin durch Wärme plastifiziert werden kann. Mit einer Erhöhung der Feuchtigkeit sinkt die Glasübergangstemperatur von Lignin . Durch Abkühlen unterhalb der Glasübergangstemperatur verhärtet das Lignin wieder. Der Vorgang ist weitgehend reversibel . Im trockenen Zustand (8% Feuchtegrad) liegt die Glasübergangstemperatur bei 130°C - 180°C; im feuchten Zustand bei etwa 80°C - 90°C.
Die Glasübergangstemperatur von Hemicellulose und Cellulose ist ebenfalls stark feuchtigkeitsabhängig . Im feuchten Zustand sinkt die Glasübergangstemperatur sogar bis auf Raumtemperatur ab. Das Stroh und/oder Heu wird durch die Einwirkung von feuchter oder trockener Hitze plastifiziert. Die Biopolymere Lignin, Cellulose und Hemicellulose werden dazu über deren Glasübergangstemperatur erhitzt. Besonders vorteilhaft ist die Einwirkung von feuchter Hitze, da die Glasübergangstemperatur von Lignin gesenkt werden kann. Das Stroh und/oder Heu wird dabei auf mindestens 80°C erhitzt. Ein Feuchtegehalt von 10% - 25% ist anzustreben, je nach Stroh- oder Heusorte. Für Gerstenstroh liegt der optimale Feuchtegehalt bei 12% - 20%.
Feuchtigkeit kann vor der Erhitzung in das Stroh und/oder Heu eingebracht werden oder zeitgleich mit der Erhitzung eingebracht werden. Es bestehen also die beiden Alternativen feuchtes Stroh und/oder Heu zu verwenden oder trockenes Stroh und/oder Heu.
Wenn trockenes Heu und/oder Stroh mit feuchter Hitze plastifiziert werden soll, ist das Bedampfen mit Wasserdampf (Sattdampf oder Nassdampf) besonders vorteilhaft. Der heiße Dampf bewirkt zum einen eine Temperaturerhöhung des Strohs und/oder Heus und zum anderen eine Befeuchtung durch Adsorption. Wasserdampf besitzt eine wesentlich höhere innere Energie (Enthalpie) als Luft gleicher Temperatur. Die Erhitzung ist dadurch besonders effektiv. Zugleich wird die Wärmeleitfähigkeit durch die eingebrachte Feuchtigkeit drastisch erhöht, sodass eine besonders schnelle Erhitzung ermöglicht wird. Die Temperatur des Wasserdampfes sollte im Bereich von 90°C bis 150°C liegen. Für Dampftemperaturen über 100 °C ist die Bedampfung unter Druck vorzunehmen, um die Sattdampfbedingungen bzw. Nassdampfbedingungen einzuhalten. Für eine Dampftemperatur von 130°C ist beispielsweise ein Druck von 3 Bar erforderlich. Ein erhöhter Druck beschleunigt die Adsorption des Wassers in das Stroh und/oder Heu erheblich. Die Prozesszeit kann mit höherem Druck damit deutlich verringert werden.
Beispielhaft ergibt sich zum Plastifizieren von 0,25 kg Gerstenstroh bei 98°C, sowie Umgebungsdruck und einer Heizleistung zur Dampferzeugung von 8 KW eine Prozesszeit von 5 Sekunden. Das Gerstenstroh nimmt dabei etwa 18 Gramm Wasser auf. Der Feuchtegehalt steigt von 8% auf 14,7%. Wenn feuchtes Stroh und/oder Heu mit feuchter Hitze plastifiziert werden soll kann ebenfalls Wasserdampf (Nassdampf oder Sattdampf) im Temperaturbereich von 90°C bis 150°C zum Erhitzen verwendet werden. Es ist allerdings besonders vorteilhaft für diesen Fall das im Stroh und/oder Heu bereits enthaltene Wasser lediglich aufzuheizen, ohne den Feuchtegehalt des Strohs und/oder Heus weiter zu erhöhen. Prinzipiell geeignet ist eine Erwärmung mit durchströmender Heißluft, mit Mikrowellenstrahlung, durch Kontakterwärmung, durch überhitzten Wasserdampf oder eine Kombination von diesen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von überhitztem Wasserdampf, da dieser eine sehr hohe innere Energie und eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, und damit die Prozesszeit sehr kurz ausgeführt werden kann und zudem eine gleichmäßige Erhitzung erlaubt. Eine Temperatur des überhitzten Dampfes von 101°C bis 150°C bei Umgebungsdruck eignet sich dafür. Besonders vorteilhaft ist überhitzter Dampf mit einer Temperatur von 102°C bis 130°C.
Die Erhitzung des feuchten Strohs und/oder Heus kann auch mit einer gleichzeitigen Trocknung einhergehen, wenn aus dem Stroh und/oder Heu entstehender Wasserdampf abtransportiert wird. Die Formgebung des Strohs und/oder Heus sollte allerdings dann bereits vor dem Plastifizieren stattfinden. Die Feuchtigkeit im Stroh und/oder Heu verhindert bei geringer Kompression ein Brechen der Stroh- und/oder Heuhalme.
Schritt 8:
Nach der Plastifizierung durch Schritt 7 findet die Formgebung des Strohs und/oder Heus statt.
Feuchtes oder trockenes Stroh und/oder Heu besitzen bei Raumtemperatur eine sehr gute Rückfederung und lassen sich ohne Einsatz von Bindemitteln nicht formen. Erst durch sehr hohe Drücke mit einhergehenden hohen Temperaturen lässt sich Stroh und/oder Heu zu festen Presskörpern formen. Die sehr gute Isolierwirkung von Stroh und Heu geht bei einer solchen Verarbeitung weitgehend verloren. Im Gegensatz dazu ist nach dem Plastifizieren des Strohs und/oder Heus, beschrieben in Schritt 7 dieser Erfindung, die Rückfederung fast vollständig aufgehoben, sodass bereits geringe Krafteinwirkung von 0,1 - 10 N/cm2 auf das Stroh und/oder Heu für eine Formgebung genügen. Besonders vorteilhaft ist eine Krafteinwirkung von 0,1 N/cm2 bis 2 N/cm2. Die Formgebung kann, je nach Prozessausgestaltung, vor oder nach dem Plastifizieren des Strohs und/oder Heus stattfinden .
Die Formgebung unterteilt sich in die innere und äußere Formgebung :
Unter äußerer Formgebung wird hier die vorübergehende oder dauerhafte Fixierung des Strohs und/oder Heus in eine zumindest teilweise deterministisch definierte Gestalt verstanden. Sie bestimmt zumindest in Teilflächen die äußere Kontur des Strohs und/oder Heus nach der Formgebung . Die äußere Formgebung erfolgt erfindungsgemäß durch zumindest teilweises Abformen geometrisch definierter Gegenstände, durch subtraktive oder additive Formgebungsverfahren wie Schneiden, Stanzen etc. oder durch das Einwirken von Fluiden oder Gasen.
Die innere Formgebung wird hier als vorübergehende oder dauerhafte Fixierung des Strohs und/oder Heus in stochastisch definierte Gestalt verstanden, wobei die Beeinflussung physikalischer Eigenschaften des Verbundes aus Stroh und/oder Heu im Vordergrund steht. Sie bestimmt beispielsweise die stochastische Verteilung des Strohs und/oder Heus innerhalb der äußeren Gestalt oder die Art, Häufigkeit und Qualität von Form- und Reibschluss zwischen den Heu- und/oder Strohteilen. Die innere Formgebung kann beeinflusst werden durch die Art der äußeren Formgebung, durch Einwirken von Fluiden, von Gasen sowie durch geometrisch definierte oder geometrisch Undefinierte Gegenstände.
Die Formgebung findet erfindungsgemäß stets so statt, dass zwischen den Stroh- und/oder Heuhalmen lediglich Formschluss oder Kraftschluss auftritt, aber keine stoffschlüssigen Verbindungen wie Kleben, Verschmelzen, etc. Beispielsweise kann die äußere Formgebung das Stroh und/oder Heu zu Platten, Ronden, Freiformkörpern jeweils mit oder ohne Aussparungen formen. Die innere Formgebung kann das Stroh und/oder Heu beispielsweise gleichmäßig verteilen, lokal häufen, die Stroh- und/oder Heuhalme verhaken, schichten oder anordnen.
In einem Ausführungsbeispiel wird Gerstenstroh von 25 cm Länge pneumatisch in eine rechteckige Kammer mit den Maßen 30x30x30 cm3 geblasen. Das Gerstenstroh wird dabei so verteilt, dass das Flächengewicht im Randbereich 2,4 kg/m2 beträgt und zur Mitte hin auf 1,2 kg/m2 abnimmt. Die Höhe des Strohs in der Kammer liegt dabei im Randbereich bei 12 cm und sinkt zur Mitte hin auf 6 cm ab. Des Weiteren werden die Halme in einer Vorzugsorientierung parallel zum Kammerboden ausgerichtet. Dennoch sind die Halme des Strohs und/oder Heus dreidimensional untereinander verhakt. Das Volumen der Kammer wird durch einen rechteckigen Stößel auf 30x30x2 cm3 reduziert. Die Dichte des Strohs und/oder Heus im Randbereich der Kammer erhöht sich auf 120 kg/m3, in der Mitte auf 60 kg/m3. Es bilden sich durch die gleichmäßige Verteilung keine Hohlräume größer als 0,5x0,5x0,5 cm3. Der Isolationskern ist nun in seiner inneren und äußeren Formgebung definiert, ist aber aufgrund der anhaltenden Plastifizerung des Strohs und/oder Heus noch nicht mechanisch stabil .
Schritt 9 und 10 :
Nach der Formgebung muss die definierte innere Form stabilisiert werden. Dazu genügt die Unterschreitung der Glasübergangstemperatur des enthaltenen Lignins im verwendeten Stroh und/oder Heu. Die Cellulose und die Hemicellulose müssen für eine zur Weiterverarbeitung ausreichende Stabilisierung nicht zwingend unterhalb ihrer Glasübergangstemperatur gebracht werden. Dies erlaubt beispielsweise eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung, bei der der entstandene Isolationskern noch feucht aber formstabil ausgeprägt ist, und in einem separaten zweiten Schritt getrocknet werden kann. Die Glasübergangstemperatur des Lignins kann durch Kühlen oder durch Trocknen oder durch eine Kombination von Kühlen und Trocknen unterschritten werden. Mit der inneren Form wird automatisch auch die äußere Form stabilisiert.
Beispielsweise kann eine Kühlung durch gängige Verfahren unter Verwendung von kalten Gasen wie Luft oder Stickstoff erfolgen, durch Verdunstungskühlung oder durch Kontaktkühlung mit kalten Feststoffen. Das Trocknen kann durch alle gängigen Verfahren wie beispielsweise Heißlufttrocknen, Vakkuumtrocknen, Heißdampftrocknen (mit überhitzter Dampf), Mikrowellentrocknen oder einer Kombination dieser Verfahren durchgeführt werden.
Als vorteilhaft hat sich die Trocknung mit überhitztem Dampf mit 101°C bis 150°C bei einem Druck von 0 - 5 bar über Umgebungsdruck erwiesen, da der Wärmeübergang besonders effektiv ist und die Prozesszeit damit reduziert werden kann. Zur Effizienzsteigerung besteht die Möglichkeit, den Wasserdampf nach der Durchleitung durch das Stroh und/oder Heu in einem Kreislaufsystem wieder zurückzuführen, zu überhitzen und erneut durch das Stroh zu blasen.
Besonders Vorteilhaft hat sich die Trocknung mit überhitztem Dampf mit 102°C - 120°C bei einem Druck von 0 - 1 bar über Umgebungsdruck erwiesen.
Vorteilhaft ist des Weiteren eine Luftbeimischung von 1% - 50% zum überhitzten Dampf, da dabei die Trocknung nochmals beschleunigt wird . Besonders Vorteilhaft hat sich eine Luftbeimischung von 1% - 20% erwiesen.
In einem Ausführungsbeispiel wird entsprechend Schritt 7 Stroh und/oder Heu unter feuchter Hitze mit Sattdampf plastifiziert und dabei auf einen Feuchtegrad von 20% und eine Temperatur von 95°C gebracht. Unter Beibehaltung der Formgebung wird Umgebungsluft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 m/s durch das feuchte und heiße Stroh und/oder Heu geblasen bis die Temperatur des Strohs und/oder Heus 50°C beträgt. Der entstandene Isolationskern hat nach der Abkühlung einen Restfeuchtegrad von 15% und ist formstabil.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird entsprechend Schritt 7 Stroh und/oder Heu unter feuchter Hitze mit Sattdampf plastifiziert und dabei auf einen Feuchtegrad von 20% und eine Temperatur von 95°C gebracht. Anschließend wird überhitzter Dampf (120°C, Umgebungsdruck) mit Beimischung von 20% Luft und einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 m/s durch das feuchte und heiße Stroh und/oder Heu geblasen, bis der Feuchtegrad des Strohs und/oder Heus 8% beträgt. Der entstandene Isolationskern hat eine Temperatur von 97°C und ist formstabil.
Schritt 11 :
Der durch die Verfahrensschritte 1 - 10 hergestellte Isolationskern kann durch weitere mechanische Verfahren weiterverarbeitet werden. Beispielsweise ist ein Zerschneiden, Stanzen, Biegen, Pressen, Stapeln oder Fügen möglich oder es kann ein neuer Isolationskern durch Kombinieren mehrerer Isolationskerne hergestellt werden.
Schritt 12 :
Einer oder mehrere von den nach Verfahrensschritten 1 - 11 entstandenen Isolationskernen werden im letzten Schritt mit einer oder mehreren allseitigen Umhüllung versehen. Besonders vorteilhaft ist es die Umhüllung lediglich formschlüssig mit dem Isolationskern zu verbinden und auf Verfahren wie Versteppung, Vernietung oder Verklebung zur Verbindung der Umhüllung mit dem Isolationskern zu verzichten. Dadurch lässt sich die Umhüllung vom Isolationskern bei Bedarf trennen und einfach entsorgen. Die Umhüllung kann beispielsweise aus Kunststoff, Papier, Pappe, Bio- Kunststoff (z. B. PLA), Vliesstoff natürlichen oder künstlichen Ursprungs, Stärke (geschäumt und ungeschäumt) oder dergleichen hergestellt werden. Die Umhüllung kann beim Aufbringen auf den Isolationskern in einem festen, flüssigen oder pastösen Zustand sein . Durch Behandlungsmethoden wie beispielsweise Trocknen, Vulkanisieren, Vernetzen, Kleben, Schweissen, Bördeln, Schrumpfen, Einwickeln oder dergleichen kann die Form der Umhüllung der äußeren Form des Isolationskernes angepasst werden. Besonders vorteilhaft ist eine allseitig enganliegende Umhüllung, da diese den Isolationskern besonders gut schützt und stabilisiert. Die Umhüllung kann zudem in verschiedener Weise bedruckt oder beschichtet, sowie aus einzelnen zuvor genannten Komponenten zusammengesetzt sein.
In einem Ausführungsbeispiel wird der Isolationskern zunächst in PLA-Folie eingeschweißt, und die PLA-Folie durch eine Wärmebehandlung einer Schrumpfung unterzogen, sodass die PLA-Folie sich an die äußere Form des Isolationskernes anpasst. Mehrere solcher Isolationskerne werden anschließend in einem Karton so angeordnet, dass sämtliche Innenseiten des Kartons vollständig und überlappend mit den Isolationskernen bedeckt sind .
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Isolationskern in einen formgleichen Kreuzbodenbeutel aus Kraftpapier eingeschoben und der Kreuzbodenbeutel durch eine selbstklebende Lasche verschlossen.
Unter Umständen kann es von Vorteil sein das Stroh und/oder Heu zeitlich bereits vor oder während der Formgebung des Isolationskernes (Schritt 8) mit der Umhüllung zu versehen und die Formgebung gemeinsam mit der Umhüllung durchzuführen. Beispielsweise kann Stroh und/oder Heu in eine Umhüllung aus verstärktem Cellulosevlies eingeschweißt werden und im Anschluss dem Prozess der Plastifizierung (Schritt 7) und anschließender Formgebung (Schritt 8) unterzogen werden.
Das beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Isolierverpackung kann sowohl kontinuierlich, diskontinuierlich oder in einer Mischform anlagentechnisch implementiert werden. Im Folgenden sind zwei Ausführungsbeispiele für eine Produktionsanlage gegeben : Ausführungsbeispiel Verfahren - diskontinuierlich
Zunächst erfolgt das mechanische Auflockern von Stroh in einem Ballenöffner. Das Stroh wird in einem Querschneider auf 15 cm Länge abgeschnitten. Über eine Absaugvorrichtung findet dabei eine Entstaubung des Strohs statt. Über ein Fördergebläse wird das Stroh einem Schwerkraftabscheider zugeführt und weiter in ein Silo befördert. Das Stroh wird dort mit einer 1-prozentigen, wässrigen Lösung von ECA benebelt, wobei eine Dosierung der Lösung von 1% bezogen auf das Strohgewicht vorgenommen wird. Vom Silo wird Stroh solange auf eine Bandwaage mit Hilfe von Walzen ausgetragen, bis ein Sollgewicht der Portion von 260 Gramm erreicht ist. Die Portion Stroh wird über ein Fördergebläse in eine schalenförmige Form befördert und dort gleichmäßig verteilt, sodass 80% der Strohhalme weitgehend parallel zur Grundfläche der Form ausgerichtet sind . Das Stroh wird innerhalb der Form für 2 Minuten bei 98°C mit Sattdampf behandelt. Dabei wird das Stroh entkeimt und gleichzeitig plastifiziert. Das Stroh erfährt dabei eine Erhöhung des Feuchtegrades von 8% auf 17%. Anschließend wird das Stroh von einem schalenförmigen Stempel in seiner Dichte von 30 kg/m3 auf 80 kg/m3 komprimiert. Dazu wird ein geringer Pressdruck von 0,1 N/cm2 aufgebracht. Anschließend wird das leicht komprimierte Stroh mit überhitztem Dampf von 120°C unter Umgebungsdruck durchströmt, bis sich ein Feuchtegrad von 8% im Stroh eingestellt hat. Dieser Vorgang dauert etwa 30 Sekunden. Anschließend wird der nun fertige Isolationskern entformt. In dem so erzeugten Zustand ist der Isolationskern begrenzt formstabil. Es können auch scharfe Kanten, Radien und große Flächen präzise abgeformt werden. Der Isolationskern wird nach einer kurzen Abkühlung in eine 20pm dicke PLA-Folie eingeschweißt und die PLA-Folie durch Wärme einer Schrumpfung unterzogen. Die Schrumpffolie legt sich dabei formschlüssig um den Isolationskern. Die Isolierverpackung ist damit fertiggestellt. Ausführunqsbeispiel Verfahren - kontinuierlich
Zunächst erfolgt das mechanische Auflockern von Stroh in einem Ballenöffner. Das Stroh wird in einem Querschneider auf 15 cm Länge abgeschnitten und in Silo 1 befördert. In einem zweiten Schritt erfolgt das Auflockern von Heu in einem Ballenöffner. Das Heu bleibt in der ursprünglichen Länge von etwa 30 cm und wird in Silo 2 befördert. Über eine Absaugvorrichtung findet an den Silos eine Entstaubung des Strohs und Heus statt. Das Stroh und Heu wird aus den Silos über Bandwaagen ausgetragen und in einem Verhältnis von 50% pneumatisch gemischt. Anschließend wird das Stroh/Heu-Gemisch mit einem Fördergebläse in einen dritten Silo zugeführt. Aus dem Silo wird das Stroh/Heu-Gemisch in einer gleichmäßigen Höhe von 25 cm auf ein kontinuierlich laufendes Förderband ausgetragen. Anschließend wird das Stroh/Heu-Gemisch in einem Dampftunnel für 3 Minuten mit Sattdampf (100°C, Umgebungsdruck) durchströmt und dabei entkeimt sowie plastifiziert. Im Stroh/Heu-Gemisch stellt sich ein Feuchtegehalt von 18% ein. Anschließend erfolgt eine Komprimierung des Stroh/Heu-Gemisches durch eine zulaufende Bandpresse, wobei die Bänder der Bandpresse mit einem dreidimensionalen Rautenprofil ausgestattet sind, sodass Bereiche mit höherer Dichte und Bereiche mit niedrigerer Dichte entstehen. Die Bänder der Bandpresse werden von kalter Luft aktiv durchströmt (20°C, Umgebungsdruck). Dabei kühlt das Stroh/Heu-Gemisch auf 45°C ab und härtet aus. Das so erzeugte Stroh/Heu-Gemisch ist begrenzt mechanisch stabil und besitzt einen Feuchtegehalt von 15%. Anschließend wird das Stroh/Heu-Gemisch einem Bandtrockner zugeführt, der den Feuchtegehalt von 15% auf 8% im Durchlauf reduziert. Dazu wird das Stroh/Heu-Gemisch mit Warmluft (75°C) durchströmt. Aus dem so erzeugten Isolationskern werden durch Längsund Querschneiden Platten herausgeschnitten, welche in eine Umhüllung aus Kraftpapier formschlüssig eingesetzt werden.

Claims

Ansprüche
1. Isolierverpackung zur Wärmeisolierung und/oder Schockabsorption bestehend aus einem oder mehreren Isolationskernen (1) aus gepresstem Stroh und/oder Heu und mindestens einer Umhüllung (2), dadurch gekennzeichnet,
dass der Isolationskern (1) ohne stoffschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Heu- und/oder Strohhalmen formstabil und formgebend ausgebildet ist,
wobei die Halme des Heus und/oder Strohs eine Länge von 0,5 cm bis 50 cm aufweisen und ohne Aufschluss der im Heu und/oder Stroh enthaltenen Fasern vorliegen,
der Isolationskern (1) von einer Umhüllung (2) vollständig umgeben ist, welche lediglich durch Formschluss ohne zusätzliche Verbindungselemente mit dem Isolationskern (1) verbunden ist,
und die Dichte der Isolierverpackung zwischen 40 kg/m3 und 250 kg/m3 beträgt.
2. Isolierverpackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationskern (1) eine Dicke von 1 cm bis 15 cm aufweist.
3. Isolierverpackung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stroh- und/oder Heuhalme des Isolierkerns zu mindestens 80 % senkrecht zum Wärmestrom der Isolierverpackung ausgerichtet sind.
4. Isolierverpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Isolierkerne (1) vorgesehen sind, die die Form zweier hohler Schalen aufweist.
5. Isolierverpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Isolierkerne (1) vorgesehen sind, die Ausnehmungen zur Aufnahme eines Gegenstands (5) aufweisen.
6. Isolierverpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei, bevorzugt sechs Isolierkerne (1) vorgesehen sind, die einen abgeschlossenen Hohlraum bilden und bevorzugt plattenförmig ausgebildet sind .
7. Isolierverpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkern (1) eine taschenartige Form aufweist und lediglich über eine offene Seite (11) verfügt.
8. Isolierverpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Umhüllung (2) eine definierte Dampfdurchlässigkeit aufweist oder diese durch eine Perforation realisiert ist.
9. Isolierverpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (2) aus einer flexiblen Kunststofffolie bevorzugt aus einer Biokunststofffolie wie PLA oder Cellophan besteht, welche eine Dicke von 10 pm bis 500 pm besitzt.
10. Isolierverpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (2) aus einem Papier oder Pappe besteht, welches eine Dicke von 30 pm bis 5 mm aufweist.
11. Isolierverpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (2) aus Cellulose oder aus Stärke besteht.
12. Isolierverpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (2) teilweise oder vollständig eine Metallschicht, vorzugsweise aus Aluminium, aufweist.
13. Isolierverpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (2) lebensmittelecht und/oder transparent ausgeführt ist.
14. Verfahren zur Herstellung einer Isolierverpackung zur Wärmeisolierung und/oder Schockabsorption nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch folgende Schritte :
- Stroh oder Heu oder eine Mischung von beiden wird plastifiziert,
- das plastifizierte Stroh und/oder Heu wird einer Formgebung unterzogen,
- unter Beibehaltung der Formgebung wird die Plastifizierung aufgehoben und das Stroh und/oder Heu ohne Stoffschluss zwischen den einzelnen Stroh- und/oder Heuhalmen gehärtet,
- das Stroh und/oder Heu wird allseitig mit einer Umhüllung versehen.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Stroh und/oder Heu in ungeschnittener Form verarbeitet wird und/oder mechanisch gereinigt wird .
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Stroh und/oder Heu mit Pestiziden, Fungiziden, Konservierungsmitteln, Desinfektionsmitteln oder Reinigungsmitteln behandelt wird und/oder mit einer wässrigen Lösung elektrochemisch aktiviertem Wasser (ECA) in einer Konzentration von 0,1% bis 20% behandelt wird, wobei die Lösung mit 0,1% - 20% bezogen auf das Stroh- und/oder Heugewicht dosiert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Stroh und/oder Heu vollständig oder teilweise entwachst wird und/oder der pH-Wert des Strohs und/oder Heus gesenkt wird und/oder das Stroh und/oder Heu gebleicht wird und/oder das Stroh und/oder Heu mit geruchshemmenden oder geruchsbildenden Stoffen behandelt wird und/oder Stroh und/oder Heu mechanisch bearbeitet wird und/oder die Gesamtkeimzahl von Stroh und/oder Heu reduziert wird .
18. Verfahren nach Anspruch 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Stroh und/oder Heu welches auf unterschiedliche Art und Weise chemisch und/oder mechanisch bearbeitet wurde, in Mischung verwendet wird .
19. Verfahren nach Anspruch 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Stroh und/oder Heu durch feuchte Hitze und/oder durch einen Trocknungsprozess plastifiziert wird .
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14-19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trocknung mit überhitztem Dampf als Trocknungsmedium erfolgt.
21. Verfahren nach Anspruch 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Formgebungsprozess mit Stroh und/oder Heu erfolgt, dessen Dichte ungleichmäßig ist.
22. Verfahren nach Anspruch 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationskern (1) im feuchten Zustand entformt wird und/oder der Isolationskern (1) mechanisch nachbearbeitet wird .
23. Verfahren nach Anspruch 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Isolationskerne zu einem neuen Isolationskern (1) zusammengefügt oder kombiniert werden.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Stroh und/oder Heu vor der Formgebung oder während der Formgebung, oder vor der Plastifizierung oder während der Plastifizierung mit einer Umhüllung versehen wird.
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