WO2019115793A1 - Verfahren zum faseraufschluss von baobab-fasern - Google Patents

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Lambert Dustin DINZINGER
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Definitions

  • the present invention belongs to the field of fiber pulping for obtaining long and short fibers and relates to a process for producing baobab fibers using baobab sprouts and young trees as raw material, as well as baobab fibers obtained by this process.
  • the invention also relates to the use of those fibers for further processing into pulp, paper, cardboard, paperboard, specialty papers, fabrics, natural insulation fabrics, lightweight panels and fiber reinforced plastic (matrix polyethylene PE).
  • baobab fibers are a very good alternative here as baobabs are easy to cultivate and there are numerous other processing options for all components of the fiber harvest.
  • the baobab tree is the center of cultural, economic and social activity of many people.
  • the baobab fruit with its seeds and pulp is a valuable food.
  • the special status of the baobab tree is further illustrated by the term "pharmacist tree", which is based on the widespread medical use of its parts.
  • fever, dysentery, smallpox and measles are combated with extracts of pulp and seeds, and it also serves as an antidote to injury by poisonous plants of the genus Strophanthus, which are native to Africa in many areas.
  • a baobab tree can form the center of a village and be the scene of a market and social events. Further development of the mass use of the fiber extracted from the baobab tree could improve the economic situation of the people in the baobab distribution areas.
  • the baobab tree with its light beige to light brown fibers, provides the natural fiber industry with a fiber crop that thrives in a soil that is considered "difficult to grow" with a comparably low water and pesticide requirement the rearing gives a positive C0 2 balance.
  • baobab sprouts and young trees including sandy loam and laterite.
  • the trees are usually deeply rooted and provide a solid anchorage that is able to absorb water and absorb nutrients from a wide range, which increases resistance to drought.
  • the tree has no history of pest outbreaks.
  • the ability to withstand the extreme stress of drought and fire causes the tree to grow where other types of fiber plants would not survive.
  • the baobab is suitable for marginal land with bad soil. Therefore, the baobab cultivation has the advantage that no potential space for food cultivation is blocked. Thus, the use of baobabs and the world hunger counteracted.
  • Baobab stem and stems provide usable fibers from all parts that can be processed in a variety of ways.
  • An environmentally friendly process makes it possible to transform the production and processing of baobab fibers into a viable and sustainable industry.
  • Baobab fibers are characterized by high tear resistance and a high absorption of moisture. Although the long baobab fibers feel very soft, they are very firm and strong at the same time.
  • the light beige baobab fibers are biodegradable and not harmful to humans and animals. For these reasons, it can be deduced that the baobab fiber can be used very well as a sustainable resource for manufacturing and technical applications.
  • pulp processing of baobab fibers eliminates many chemical treatment steps. For example, in contrast to other conventional fibers, little lignin has to be removed, the removal of which usually requires the use of environmentally harmful and ultimately end-use damaging chemicals.
  • baobab fibers which are produced by the fiber pulping process according to the invention, are distinguished by their increased natural tear resistance.
  • An essential aspect is also the renouncement of environmentally harmful chemicals in the lignin removal.
  • Baobab fibers are biodegradable and contain a rather low lignin content.
  • baobab plant material to obtain baobab fibers.
  • the process comprises the following steps: a) obtaining baobab plant material b) dewatering the baobab plant material from step a) c) digestion of the dewatered baobab plant material from step b).
  • a roasting of the baobab plant material from step b) is also carried out between steps b) and c).
  • step d) a post-treatment of the baobab fibers from step c) is carried out.
  • a roasting of the baobab plant material from step b) and step d), a post-treatment of the digested baobab fibers from step c), are also carried out between the slides b) and c).
  • the baobab plant material obtained in step a) comprises bast and / or stem of a baobab tree.
  • the baobab plant material is obtained from a baobab sprout or baobab sprout tree in step a).
  • step a) the baobab plant material is minced into small fragments / wood chips.
  • leaves and tubers are removed from the baobab plant material prior to step b).
  • step b) dewatering is performed by a hydraulic press and / or a press roll / roll bender.
  • the dewatering takes place by means of a hydraulic press and a press roll / round bending machine.
  • hydraulic press and press roll / round bending machine are integrated in one machine.
  • step b) a pressure of 500 N / m 2 to 200,000 N / m 2 is exerted on the baobab plant material.
  • the roasting between step b) and c) is performed by a method selected from the following group: tau roast / field roaster, water roaster, chemical roast.
  • the roasting is carried out by T au roasting / F eld roasting or water roasting.
  • step c) the digestion of the baobab plant material is performed by a digestion process selected from the group consisting of vapor pressure digestion, ultrasound digestion, chemical power digestion, mechanical digestion, natural pulping.
  • the digestion of the baobab plant material takes place in step c) by mechanical disruption.
  • the mechanical digestion is performed by a decorticator machine.
  • the mechanical disruption is provided by the slurry process or by a thermodynamic process (TMP production).
  • step d) the aftertreatment comprises the drying of the baobab fibers obtained by step c).
  • step d) the aftertreatment further comprises combing the dried baobab fibers.
  • the aftertreatment also includes sorting the combed baobab fibers.
  • Long fiber and short fibers can be obtained by the fiber pulping process provided herein. Depending on the processing steps used, preference is given to obtaining long fibers or preferably short fibers. This is an advantage over conventional methods that do not include such controls.
  • the described methods of obtaining baobab fibers have several advantages over conventional fiber recovery methods.
  • the dehydration in step b) provides ecological and economic advantages in the subsequent roasting processes and / or digestion processes.
  • Dewatering makes fiber digestion more effective, which saves time and conserves resources.
  • the better result of roasting and digestion processes is based on improved fiber release and on reducing tissue density and tissue integrity through drainage.
  • the fibers suffer neither damage nor reduction by the dewatering processes of the present invention.
  • the baobab plant material can be freed from drainage of leaves and tubers.
  • the present invention comprises compositions comprising baobab fibers obtained by the methods presented above.
  • the compositions are particularly suitable as starting material for injection molding and molding processes.
  • the compositions of the present invention comprise baobab fibers made by a process of the invention, as well as
  • the proportion of the baobab fibers is 1-50% of the dry mass. In one embodiment, the proportion of the magnesium stearate is 1-20% of the dry matter. In a preferred embodiment, the proportion of the baobab fibers is 1-50% of the dry matter and the proportion of the magnesium stearate is 1-20% of the dry matter. In a particularly preferred embodiment of this, the proportion of magnesium stearate is 2-10% of the dry matter. In one embodiment, the composition further comprises starch and / or preservatives.
  • Natural fibers are all fibers derived from natural sources such as plants, animals or minerals that can be used directly without further chemical conversion reactions. They are to be distinguished from synthetic fibers that are chemically produced.
  • pulp refers to fiber material derived from plants.
  • the term encompasses both primary fibrous materials, ie raw materials used for the first time in the production, and secondary fibrous materials, ie recycled materials fed back into the production process after use.
  • the most important pulp constituents are the constituents of cellulose.
  • lignin is a fibrous ingredient. Wood pulps, such. B. groundwood, contain large amounts of lignin. In “half-cell pulp” the lignin content is reduced, so that the cellulose content dominates. "Pulp *, however, consists almost exclusively of cellulose.
  • Baobab sprout is a sprout that is up to 9 weeks old.
  • Baobab-Jungbaum refers to a young plant older than 9 weeks and up to 7 years old.
  • Baobab young trees from 1 to 2 years of age are preferred for the methods used.
  • the growth rate is 80cm to 100cm per year. Thus, it is expected from a size of about 80cm to 200cm.
  • Baobab trees grow initially without pronounced thick growth. This starts only from a height of 4 to 6 meters.
  • Fibers are distinguished on the one hand by the part of the tree from which they are obtained and on the other hand by methods used for extraction and processing. Fibers are in the first part of the bark, but the fibers are very hard and rigid. In contrast, the fibers of the inner bast, the so-called bast fibers, are very durable and strong, yet soft at the same time. In addition, spongy fibers are obtained from the soft wood, these are soft and long. Finally, fibers from the root bark can be obtained, but these fibers are of inferior quality than the bark fibers in the first layer. The bast fiber layer has the highest quality. After fiber quality, wood fibers, bark fibers and finally fibers from the bark of the root / tuber follow.
  • Long fibers have a length of over 100 mm.
  • the baobab trees are preferably harvested as a whole. This is usually followed by a roasting and then the mechanical digestion. Long fibers are obtained for further processing into textiles (clothing), fabrics, ropes etc.
  • Short fibers have an average length of 40 to 100 mm. When they are harvested, no roasting takes place before the fiber pulping. Fibers are used to produce felts or nonwoven webs that are not spun. In addition, molded parts are produced, natural insulating materials and also geo- and agricultural textiles. They are also used for the production of fiber-reinforced plastic and in injection molding.
  • Super-short fibers have a length of a few millimeters on average and are mainly used for injection molding.
  • baobab tree prior to roasting / digestion the pretreatment of the baobab plant material takes place by hydraulic press and / or press roll / roll bender.
  • the baobab tree has a very low lignin content.
  • the preferred for the present invention Baobab young trees (1 - 2 years old, 80cm - 200cm height) have a lower lignin content than older trees in later growth periods. For this reason, Baobab young trees have little woodiness.
  • the pressure application during pre-treatment leads to baobab Young trees give particularly good results, as the low lignin content and the associated low level of lignification ensure good exposure of the fibers and loosening of the fibers
  • Plant tissue allows.
  • the sponge-like fibers of the baobab wood have a very high water content compared to the above-mentioned annual plants and other tree species.
  • the high water storage capacity is especially evident in the trunk.
  • the trunk contains the largest amount of fibers, the bark, bast and wood fibers.
  • the pre-treatment according to the inventive method is used in addition to the exposure of the fibers also to reduce the water content in the plant tissue. This has a positive effect on the results of the following roasting and digestion processes. Drainage by or treatment is important for the abovementioned reasons in baobab plant material than in other plants.
  • the exposure of the fibers and the loosening of the plant tissue is achieved in the subsequent roasting and digestion a time saving of 5-30%.
  • Conventional preparations such as e.g. the drying by supplied heat, require a much higher energy consumption.
  • baobab plant material refers preferably to the baobab plant fibers, which occur as a vascular bundle in the stem / trunk and as a bast in the bark occurrence.
  • the inner layers of the bark consist of tough longitudinal fibers.
  • the wood is fibrous and soft, quickly rotting in the water and leaving behind long fibers.
  • the methods provided herein comprise at least the following steps: a) obtaining baobab plant material b) dewatering the baobab plant material from step a) c) digesting the dewatered baobab plant material from step b).
  • a roasting of the baobab plant material from step b) is also carried out between steps b) and c).
  • step d) a post-treatment of the digested plant material from step c) is carried out.
  • the baobab tree also known as the baobab tree, is a genus of large, prominent and often strange deciduous trees from the subfamily of the cotton family ⁇ Bombacoideae), which in turn come from the mallow family (Mi ⁇ n ina ⁇ ) Parts of the African continent, distributed on the island of Madagascar and in Australia
  • the baobab trees used for the production of baobab plant material include the species Adansonia grandidieri, Adansonia mn ig sciriensis, Adansonia perrieri, Adansonia mbrostipa (Adansonia fony), Adansonia suare ⁇ ensis , Adansonia za, Adansonia digitata, Adansonia kilima, or Adansonia gregori ⁇ Adansonia gibbos).
  • the baobab plant material can be obtained by pulling the baobab sprouts / young trees out of the ground by hand or by machine. Preferably, leaves and tubers are removed from the stem. Alternatively, the baobab sprouts / young trees can be harvested from a combine harvester and processed into small fragments ("wood chips").
  • the fibers of the baobab tree are found under the bark and inside the wood.
  • a pre-treatment including drainage is used.
  • the baobab plant material which preferably comprises the stem / stem, from leaves and tubers.
  • the plant material is dewatered, preferably by feeding it into a hydraulic press and press roll / roll press machine. This dewatered the baobab by pressure application (500 N / m 2 to 200,000 N / m 2 ), thus improving the exposure of the fibers.
  • a pressure of between 500 N / m 2 and 200,000 N / m 2 , between 1,000 N / m 2 and 100,000 N / m 2 , between 5,000 N / m 2 and 50,000 N / m 2 or between 10,000 N / m 2 and 30,000 N / m 2 are applied.
  • the drainage is carried out in a period of between 30 seconds and 1 hour, between 60 seconds and 30 minutes, between 5 minutes and 15 minutes or for 10 minutes.
  • a preferred period is 30 seconds to 3 minutes.
  • Preference is given to a multiple repetition of dehydration (1 -4 times) in a preferred period of 30 seconds to 3 minutes.
  • the drainage is carried out in a hydraulic press.
  • Dewatering, spreading and exposing the fibers increases the effectiveness of subsequent roasting and digestion processes. As a result, a higher fiber extraction can be achieved in a shorter period.
  • An increased efficiency also represents an ecological advantage, especially for chemical roasting and digestion processes, this has the positive effect that less starting material can be used in supplied chemicals and the energy consumption is lower.
  • the baobab plant material is prepared for the following digestion.
  • pectins dissolve in the stem and a large part of the lignin is removed.
  • Pectins and lignin act as "plant glue" that binds the fibers with the solid wood components of the tree. Their removal weakens the cohesion of the fibers, which in turn increases the effectiveness of the subsequent digestion.
  • the digestion follows, preferably by a mechanical digestion process.
  • roasting process dew-roasting / field-roasting, water-roasting, chemical roasting
  • the baobab sprouts / young trees are pulled out of the ground by hand or machine. They are then laid out on a surface, preferably directly at the bottom of the crop.
  • the procedure has a duration of approximately 3 to 8 weeks, preferably 4 and 6 weeks or 5 weeks.
  • the baobab sprouts / young trees are placed on the field after harvest in water tanks or in ditches, some of which are open. Thus, heat can be absorbed by the sun. This speeds up the desired process.
  • the harvested baobab sprouts / young trees are in warm water at a temperature of 30 to 100 ° C, preferably 40 to 80 ° C or 60 ° C, for about 3 to 7 days, preferably 4-6 days or 5 days.
  • the duration is two to four weeks, preferably 3 weeks.
  • the roasting process can be accelerated by increasing the temperature of the water or by adding chemicals or bacteria.
  • the chemical roasting resembles the water roasting.
  • the plant material is placed in a water-filled metal container.
  • water roasting heat (20-170 ° C) and chemicals supplied, for example sulfuric acid (H 2 S0 4 ) (eg 27%),
  • Concentrations of the chemicals are approximately: 27% or 20% for sulfuric acid, 27% or 20% for sodium hydroxide and 20% or 18% for potassium carbonate (K 2 C0 3 )
  • the mixture is heated to temperatures of 20 to 170 ° C, preferably to 40 to 80 ° C, in a particularly preferred embodiment to 60 ° C. This allows a very fast solution of the pectin and lignin within a period of about 30 minutes to 6 hours.
  • the digestion separates the fibers of the baobab plant material from other residues of the plant and disassembles them into individual fiber bundles or fibers.
  • the digestion procedures may be performed with or without prior roasting of the plant material.
  • the roasting process is dispensable for some processes (vapor pressure digestion, ultrasonic digestion, chemical power digestion), while in other processes (mechanical digestion) it substantially improves the digestion result. This is because mechanical pulping methods can not effectively remove the cementing compounds (waxes, hemicelluloses, lignin and hydrocarbons) between fibers.
  • a preferred digestion process is mechanical digestion. It is carried out by means of machines that mechanically mince the baobab plant material.
  • a particularly suitable machine here is the decorticator, alternatively here the grinding V experienced or a thermodynamic process (TMP generation) can be used.
  • the baobab fiber is preferably extracted with the decorticator.
  • the stems / logs pre-machined by roasting are carried by a rotating wheel set blunted and beaten blunt knives so that only fibers remain and the remaining plant mass dissolves.
  • the stems / trunks are introduced by hand and the plant porridge is first scraped from one of the halves of one of the stems / stem, the stalk / stem is withdrawn, then the opposite half is inserted for scraping.
  • the whole stem / trunk can be introduced.
  • the baobab is passed through the mouthpiece, then it passes through the corrugated feed rollers that hold the stems while being fed against a stationary stick.
  • a stripping drum beats the plant material.
  • the club bar, drum diameter, width and speed vary according to different models.
  • the drum which scrapes against the blade and is held in place by the beater bar and feed rollers, strikes off most of the non-fibrous vegetable matter and leaves the fibers slightly roughened and with a slight residue of plant matter remaining thereon.
  • a mechanical digestion can also use small fragments ("wood chips") as starting plant material.
  • the wood chips can be ground into fibers (cut-to-length). This can be done by pressing the chips into a rotating grindstone.
  • Another variant is to shred the chips by means of heat and pressure between two rotating disks.
  • the defibration can be accomplished using a grinder or hammer mill.
  • the fiberization can be done by any known in the art fiber pulping processes of baobab fibers.
  • the baobab chips are exposed to temperatures of 70 ° C. to 140 ° C., preferably from 90 ° C. to 120 ° C. or 100 ° C. (generation of TMP (thermomechanical pulp).)
  • TMP thermomechanical pulp
  • the baobab plant material is subjected to high pressure (1 to 70 bar) at a temperature of 100 to 300 ° C, preferably 130 to 200 ° C or 150 ° C, in a saturated steam state with alkaline steam for a period of 5 to 20 minutes, preferably 10 minutes, treated. This is followed by a rapid lowering of the pressure.
  • the water evaporates in the baobab plant material. This causes a decay of the cell composite in Einzelfasem.
  • the baobab plant material is placed in an aqueous solution. Subsequently, the mixture is processed in an ultrasonic field. During the process, the fibers are cleaned. Accompanying substances, microorganisms, dyes and odors, and soluble organic components are largely dissolved out.
  • the chemical power digestion is similar to chemical roasting.
  • baobab woodchips are used as starting material in the chemical power digestion, which makes a subsequent, eg mechanical digestion process superfluous.
  • baobab woodchips are placed in a metal container filled with water.
  • Chemicals are supplied, for example potassium carbonate (K 2 C0 3 ), sodium sulfide (Na 2 S), sodium hydroxide solution (NaOH) and sodium sulfate (Na 2 S0 4 ).
  • Suitable concentrations of the chemicals are about: 20% or 18% for Kaliumcarb onate (j C0 3), 27% or 20% for N sodium sulfide (Na 2 S), 27% or 20% sodium hydroxide (NaOH), 27% or 20 % for sodium sulphate (Nä j ⁇ SO).
  • the mixture is heated to temperatures of 30 to 170 ° C, preferably at 40 to 80 ° C, in a particularly preferred embodiment of the guide mold at 60 ° C, at a pressure of 7 to 10 bar, preferably 8 bar. This allows a very fast solution of the pectin and lignin within a period of about 30 minutes to 6 hours.
  • a very environmentally friendly digestion process is n atural pulping.
  • the process is used to produce pulp.
  • the baobab chips are cooked together with formic acid (biodegradable) and hydrogen peroxide (H j C ⁇ (aqueous solution> 70%), at a temperature of 30 - 170 ° C for a period of 30 min to 6 hours a metallic container
  • Formic acid and hydrogen peroxide solution are preferably present in a ratio of 70% to 30% and additionally pressure (2-10 bar) can be applied, which speeds up the process, which largely degrades the lignin and thus exposes the fibers
  • the formic acid can then be recovered by distillative steps to about 95-99%
  • the process has distinct advantages in terms of environmental friendliness against chemical blush and chemical pulping. Natural pulping is a preferred method for obtaining short fibers / pulp.
  • the obtained baobab fibers are subjected to a post-treatment.
  • baobab fibers extracted by the digestion process are washed. After that, the baobab fibers are dried either with mechanical dryers or in the sun. Sufficient drying is important because the moisture content in the fiber affects fiber quality. Artificial drying leads to better quality fibers than sun drying. Dry fibers are then combed, sorted into different varieties and packed in bales.
  • Baobab pulps produced by chemical pulping are bleached in a preferred embodiment. This is preferably carried out by a TCF (totally chlorine free) -V experienced by means of hydrogen peroxide (H J O J ) or ozone. These procedures are environmentally friendly.
  • the baobab pulp is introduced in a bleaching tower up to 25 m high. Subsequently, at a temperature of 85 ° C. to 95 ° C., preferably 90 ° C., the desired degree of bleaching is produced with the addition of bleaching chemicals. Lastly, the bleached baobab pulp is conveyed out of a screw conveyor mechanism.
  • Baobab fibers are light beige (yellow) to brown and are located under the bark (bast fiber), inside the wood of the baobab tree or in the shell of the baobab tree.
  • the fibers show great strength. They are powerfully built and cylindrical.
  • the fibers are partially spongy and have a high absorbency. Both the nature of the fibers and the composition can vary widely. This is due to the growing conditions.
  • Baobab bast fibers are about 80 cm to 140 cm long, 2 mm to 10 mm thick and 10 mm to 50 mm wide.
  • the length of each fiber derived from baobab plant material Pulp, such as after chemical pulping or natural pulping, is about 2-4.6 mm, the width about 0.025-0.050 mm.
  • the fiber yield when using roast and subsequent physical digestion is 30% to 40% of the total mass of a Baobab young tree
  • Long fibers and / or short fibers are made by the methods of this invention.
  • the traditional long fiber extraction mainly serves the production of textiles.
  • the short fiber technique allows a universal application, e.g. Pulp production.
  • whole baobab stems / stems are harvested, dehydrated and, often digested after roasting.
  • harvesting by means of a combine harvester and processing into wood chips is preferred, followed by chemical power digestion.
  • baobab short fibers and super-short fibers obtained by methods of the present invention other objects can be made by injection molding or compression molding.
  • Flierbei a pulp (pulp) is made from the baobab fibers. Subsequently, the pulp is processed by conventional methods known in the art for injection molding or compression molding to obtain the desired objects.
  • the plant starch pulp ratio of Baobab fiber / starch equal to 1: 4 to 2: 3
  • water and preservatives are added to an industrial mixer to produce a homogeneous mass. It is also particularly advantageous to add magnesium stearate to this composition. Magnesium stearate acts as a lubricant and makes it easier to release the cast object from the mold.
  • the resulting mass contains 1-20%, more preferably 2-10%, and most preferably 3-8% magnesium stearate in the dry mass (ie, mass without water content).
  • An exemplary suitable composition comprises 8% baobab fibers, 86.5% potato starch, 5% magnesium stearate and 0.5% preservatives. This mass is stirred (5 min - 120 min) until it forms a thick consistency. The homogeneous mass is then poured in a viscous form into a downwardly tapered injection unit containing a rotating screw and a nozzle at the tip. The mass is conveyed by rotating the screw in the direction of the nozzle. The mass accumulates in front of the nozzle, since it is closed at this time.
  • the screw Because the screw is axially movable, it evades the pressure building up in front of the nozzle and unscrews out of the mass like a corkscrew.
  • the backward movement is braked by a hydraulic cylinder or electrically, so that builds a back pressure in the mass.
  • This dynamic pressure in conjunction with the screw rotation compresses and homogenizes the mass.
  • the screw position is measured continuously, and as soon as a sufficient mass of material for the workpiece volume has accumulated, the dosing process is finished and the screw rotation is stopped. Likewise, the screw is actively or passively relieved, so that. the mass is decompressed.
  • the injection unit In the following injection phase, the injection unit is moved to the closing unit of the injection mold, pressed with the nozzle and set the screw back pressure.
  • the mass is forced under high pressure (usually between 500 and 2000 bar) through the open nozzle and the sprue or the sprue system of the injection mold (temperature 180 - 200C °) into the shaping cavity of the mold.
  • a return flow lock prevents a backflow of the mass in the direction of the injection unit.
  • the water content escapes in gaseous form through the holes of the injection mold introduced for this purpose.
  • the holes may be in different positions depending on the product to be produced.
  • the nozzle is closed, and in the injection unit of the plasticizing and dosing process for the next workpiece can begin.
  • the material in the mold continues to cool until the core, the liquid core of the workpiece, has cured and reached its final shape.
  • the ejector mold is opened, the workpiece is ejected through pins penetrating into the cavity, and either falls down (bulk material) or is removed from the mold by handling devices and deposited in an orderly manner or fed directly to further processing.
  • the sprue must either be removed by separate machining or be automatically removed during demolding. Angle-free injection molding is also possible with hot runner systems in which the sprue system remains permanently above the solidification temperature and the material contained can thus be used for the next injection. After demolding, the injection mold is closed again and the cycle begins again. The cycle can be done within 22 seconds.
  • a homogeneous mass of baobab fibers, vegetable starch, water and preservatives is formed. It is also particularly advantageous here to add magnesium stearate to the composition.
  • the mass contains 1-20%, more preferably 2-10% and most preferably 3-8% of magnesium stearate in the dry mass (ie mass without water content).
  • An exemplary suitable composition comprises 8% baobab fibers, 83.5% potato starch, 8% magnesium stearate and 0.5% preservatives.
  • the mass is introduced into the heated cavity of a mold. The mold is closed using a pressure piston. Due to the pressure, the mass obtains the shape dictated by the mold (cup, shell, etc.).
  • the temperature serves to influence the hardening process of the mass.
  • the water content escapes in the form of gas.
  • the products obtained by injection molding or compression molding give the base material produced (Baobab pulp) the desired density and stability. Furthermore, this method makes it possible to produce a water-repellent material. The produced material remains 100% biodegradable and natural.
  • the fiber content of the mass is usually 20-40%. Higher fiber contents, in combination with the relatively low temperatures of 180-200 ° C, result in incomplete filling of the casting or press mold or uneven fiber distribution. Temperatures above 200 ° C lead to fire areas or damage to the material. The lower manufacturing temperatures also result in lower energy requirements and cycle times can be shortened.
  • Injection molding and in particular extended special processes allow a nearly free choice of shape and surface structure such. Smooth surfaces, scars for touch-sensitive areas, patterns, engravings and color effects (food coloring).
  • compositions also referred to above as "bulk" of baobab fibers suitable for use in injection molding and compression molding processes.
  • Magnesium stearate acts as a lubricant and causes the cast object to be more easily released from the mold, preventing damage, for example.
  • the compositions of the present invention preferably contain 1-20%, more preferably 2-10%, and most preferably 3-8% of magnesium stearate in dry matter (ie, mass without water content).
  • the baobab fibers in the composition are recovered by one of the methods described above.
  • the content of the baobab fibers is preferably 1-50% of the dry matter, preferably 2-20% of the dry matter, more preferably 5-10% of the dry matter.
  • the composition also contains starch.
  • the proportion of the starch may be 30-98% of the dry matter, more preferably 60-97% of the dry matter, more preferably 70-90% of the dry matter.
  • preservatives may also be added to make the compositions more durable.
  • the content of preservatives may be, for example, 0.1-2%, preferably 0.5%.
  • An exemplary suitable composition comprises in the dry matter 8% baobab fibers, 83.5% potato starch, 8% magnesium stearate and 0.5% preservatives. Table 1 below shows exemplary embodiments of compositions of the present invention. The percentages are based on the dry matter
  • Example 1 Mechanical fiber pulping Tau-Roste to obtain baobab fibers
  • the baobab sprouts / young trees were pulled out of the ground mechanically by the Simon RPNC-Leek harvester. Then, with a sharp object (knife) by hand leaves and tuber from the stem / trunk of the sprouts / young trees separated. Subsequently, a Enticas s tion was performed.
  • the baobab raw material was introduced into the hydraulic double column press (hydraulic press machine) of Dieffenbacher. This dewatered the baobab by pressure application of 10,000 N / m 2 , thereby improving the exposure of the fibers.
  • the whole stem / stem was then transferred to a fully automatic decorticator machine from Textile & Composite Pty Ltd. introduced.
  • the stems were cut by the Mouthpiece passed to the corrugated feed rollers that held the stems / strains while being fed against a stationary bar.
  • the stripping drum hit the plant material.
  • the club bar, drum diameter, width and speed varied according to the decorticator model and nature of the stems.
  • the drum blew most of the non-fiber vegetable matter, leaving the fibers somewhat roughened and with low levels of non-fiber vegetable matter.
  • baobab fibers were washed and dried mechanically. Finally, the dry fibers were combed, sorted into different varieties and packed in bales.
  • the process gave a yield of a fiber content of 30 to 40% of the total mass of a Baobab young tree.
  • the fiber bundles obtained are approximately 80 cm to 140 cm long, 2 mm to 10 mm thick and 10 mm to 50 mm.
  • the focus of the process was on the extraction of long fibers of the highest possible quality.
  • the roast duration is about 3 to 8 weeks.
  • an effective tau roasting has already been achieved over a period of about 2 weeks. This represents a time saving of 30%.
  • the baobab sprouts / young trees were pulled out of the ground mechanically by the Simon RPNC-Leek harvester. Then, with a sharp object (knife) by hand leaves and tuber from the stem / trunk of the sprouts / young trees separated. Subsequently, a drainage was carried out.
  • the baobab raw material was introduced into the hydraulic double column press (hydraulic press machine) of Dieffenbacher. This dewatered the baobab by pressure application of 10,000 N / m 2 , thereby improving the exposure of the fibers.
  • the dewatered baobab sprouts / young trees were placed in open water containers.
  • heat could be absorbed by sunlight.
  • the baobab sprouts / young trees lay in warm water for about 3 days at tempera- tures of about 34 ° C.
  • the whole stem / stem was then transferred to a fully automatic decorticator machine from Textile & Composite Pty Ltd. introduced.
  • the stems were passed through the mouthpiece to the corrugated feed rollers which held the stems while being fed against a stationary bar.
  • the stripping drum hit the plant material.
  • the club bar, drum diameter, width and speed varied according to the decorticator model and nature of the stems.
  • the drum blew most of the non-fiber vegetable matter, leaving the fibers somewhat roughened and with low levels of non-fiber vegetable matter.
  • baobab fibers were washed and dried mechanically. Finally, the dry fibers were combed, sorted into different varieties and packed in bales.
  • the process gave a yield of a fiber content of 30 to 40% of the total mass of a Baobab young tree.
  • the fiber bundles obtained are approximately 80 cm to 140 cm long, 2 mm to 10 mm thick and 10 mm to 50 mm.
  • the focus of the process was on the extraction of long fibers of the highest possible quality.
  • the duration is about 3 to 7 days at a temperature of over 30 ° C. At temperatures below 30 ° C, the duration is 2 to 3 weeks.
  • the innovative pre-treatment dewatering and fiber-spreading
  • the water roasting at temperatures of about 30 ° C has already been achieved within a period of just under 3 days. At water temperatures below 30 ° C, effective roasting was achieved after the innovative pre-treatment in about 1.5 weeks.
  • the baobab sprouts / young trees - were processed into chips at the time of harvest by a combine harvester from Deutz-Fahr Gigant 500. These wood chips were then in the hydraulic double column press (hydraulic press machine) of Dieffenbacher. The hydraulic double column press dewatered the chips by pressure application of 10,000 N / m 2 , thereby improving the exposure of the fibers.
  • the chips were placed in a water-filled metallic container.
  • the following chemicals were added: 15% sodium hydroxide (NaOH), 4% sodium sulfide (Na 2 S).
  • the amount of chemicals in percent (%) is based on the mass of baobab plant material used.
  • the mixture was heated to a temperature of 90 ° C at a pressure of 10 bar. This allowed a very fast solution of the pectin and Lignins within a period of about 2.5 hours. Due to the previous comminution in wood chips no further connection was necessary.
  • the process gave a yield of 50% dry pulp.
  • the dewatered baobab plant material used had a cellulose content of 53%.
  • the length of the individual fibers in the pulp obtained from the baobab plant material was about 2-4.6 mm, the width about 0.025-0.050 mm.
  • the innovative pre-treatment made it possible to save on the chemicals used. Compared with conventional methods, the saving of sodium hydroxide (NaOH) was 5% and that of sodium sulfide (Na 2 S) was 1%.
  • the duration of the chemical power digestion could also be reduced, with conventional processes it is up to 6 hours. Extending the duration of the chemical pulping process after an innovative pretreatment made it possible to reduce the amount of added chemicals by up to 20% compared to conventional processes.
  • Example 4 Ultrasonic digestion to obtain baobab fibers.
  • the baobab sprouts / young trees were pulled out of the ground mechanically by the Simon RPNC-Leek harvester. Then, with a sharp object (knife) by hand leaves and tuber from the stem / trunk of the sprouts / young trees separated. Subsequently, a drainage was carried out.
  • the baobab raw material was introduced into the hydraulic double column press (hydraulic press machine) of Dieffenbacher. This dewatered the baobab by pressure application of 10,000 N / m 2 , thereby improving the exposure of the fibers.
  • the stem / stem of the baobab sprout / young tree was placed in an aqueous solution.
  • the solution was processed by means of the ultrasound processor Hielscher's Ultrasound UIP16000 with an ultrasonic field. During this process, the fibers were cleaned. Accompanying substances, microorganisms, dyes and odors and soluble organic components have been largely dissolved out.
  • the fibers were opened and cleaned again and dried under heat.
  • the thus removed shives and short fibers are useful as additional products.
  • the fiber-slaughter mixture is usable as a by-product.
  • the dry fibers were combed and sorted into different varieties and packed in bales.
  • the process gave a yield of a fiber content of 30 to 40% of the total mass of a Baobab young tree.
  • the fiber bundles obtained are approximately 80 cm to 140 cm long, 2 mm to 10 mm thick and 10 mm to 50 mm.
  • the focus was on the extraction of long fibers of the highest possible quality.
  • Example 5 Vapor pressure digestion to soften baobab fibers nn Lai ormafi sab.
  • the baobab sprouts / young trees were pulled out of the ground mechanically by the Simon RPNC-Leek harvester. Then, with a sharp object (knife) by hand leaves and tuber from the stem / trunk of the sprouts / young trees separated. Subsequently, a drainage was carried out.
  • the baobab raw material was introduced into Davi's press roll round bending machine. This dewatered the baobab by pressure application of 8,000 N / m 2 and improved the exposure of the fibers.
  • the baobab plant material was treated under high pressure (50 bar) at a temperature of 200 ° C in a saturated vapor state with alkaline steam for a period of 5 minutes. This was followed by a rapid drop in pressure. The water evaporated in the baobab plant material. This caused a disintegration of the cell composite in single fibers.
  • the fibers were dried, the dry fibers combed and sorted into different varieties and packed in bales.
  • the process gave a yield of a fiber content of 30 to 40% of the total mass of a Baobab young tree.
  • the fiber bundles obtained are approximately 80 cm to 140 cm long, 2 mm to 10 mm thick and 10 mm to 50 mm.
  • the focus is on the extraction of long fibers of the highest possible quality.
  • the baobab sprouts / young trees were processed into chips at the harvest by a combine harvester from Deutz-Fahr Gigant 500. These wood chips were then in the hydraulic double column press (hydraulic press machine) of Dieffenbacher. The hydraulic double column press dewatered the chips by pressure application of 10,000 N / m 2 , thereby improving the exposure of the fibers.
  • baobab chips were then boiled together with formic acid and hydrogen peroxide (HjO ⁇ ) for 3 hours at a temperature of 120 ° C. in a metallic container, and a pressure of 7 bar was applied.
  • concentrations of formic acid and hydrogen peroxide were 10 % and 17% (taken together 27%) of the mass of the baobab plant material used.
  • the formic acid could be recovered by about 97% of the steps by the preliminary comminution of the baobab plant material in woodchips, no further digestion step was necessary.
  • the process gave a yield of 50% dry pulp.
  • the dewatered baobab plant material used had a cellulose content of 53%.
  • the length of the individual fibers in the pulp obtained from the baobab plant material is about 2-4.6 mm, the width about 0.025-0.050 mm.
  • the desired result could be achieved with a time saving of 15%.
  • the dewatering and exposure of the fibers also reduced the amount of chemicals supplied by about 10%.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bietet Verfahren zum Gewinnung von Baobab-Fasern aus Baobab-Bäumen. Die Verfahren umfassen die Gewinnung von Baobab-Pflanzenmaterial, die Entwässerung jenes Baobab-Pflanzenmaterials und den Aufschluss des entwässerten Baobab-Pflanzenmaterials. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Entwässerung des Baobab-Pflanzenmaterials einen ressourcensparenden Aufschluss ermöglicht. Die mit einem Verfahren der vorliegenden Erfindung gewonnen Baobab-Fasern können anschließend zu verschiedenen Zwecken genutzt werden, etwa zur Herstellung von Zellstoff, Papier, Pappe, Karton, Spezialpapieren, Stoffen und faserverstärkten Kunststoffen.

Description

VERFAHREN ZUM FASERAUFSCHLUSS VON BAOBAB-FASERN
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung gehört zum Gebiet des Faseraufschlusses zum Erhalt von Lang- und Kurzfasem und bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Baobab-Fasern unter Verwendung von Baobab-Sprösslingen und Jungbäumen als Rohstoff, sowie auf durch dieses Verfahren erhaltene Baobab-Fasern. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung jener Fasern für die Weiterverarbeitung zu Zellstoff, Papier, Pappe, Karton, Spezialpapiere, Stoffe (Bekleidung), Natur-Dämm-Stoffe, Leichtbauplatten und faserverstärktem Kunststoff (Matrix Polyethylen PE).
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Faser-Industrie ist mit der sozioökonomischen Entwicklung und dem Lebensstandard der Menschen eng verbunden. Mit der rasanten wirtschaftlichen Entwicklung und dem Anstieg des Lebensstandards der Menschen erhöhte sich der Faserverbrauch deshalb dramatisch. Die enorm zunehmende Abfallentsorgung und das damit verbundene Umweltproblem belasten unseren Planeten erheblich. Die rasante Erschöpfung von nicht-nachwachs enden Ressourcen hat die Nachfrage nach nachwachsenden Ressourcen erheblich gesteigert. Aus diesem Grund besteht eine zunehmende N otwendigkeit, Materialien aus natürlichen Ressourcen herzustellen.
Daher haben zahlreiche Wissenschaftler aus aller Welt begonnen, das Potenzial von Naturfasern und ihre vielfältigen V erwendungen aufzuzeigen. Die N otwendigkeit eines Verfahrens für den N atur faseraufs chlus s , der auf schnell regenerierenden Rohstoffen basiert und damit die U mwelts chädigung nachhaltig reduziert, ist somit groß. Baobab-Fasern sind hier eine sehr gute Alternative, da Baobabs leicht zu kultivieren sind und zahlreiche weitere V erarbeitungsmöglichkeiten für alle Komponenten der Faser-Ernte existieren.
Generell ist zu erwähnen, dass der Baobab-Baum der Mittelpunkt kultureller, wirts chaftlicher und gesellschaftlicher Betätigung vieler Menschen ist. Beispielsweise ist in Afrika die Baobab-Frucht mit ihrem Samen und dem Fruchtfleisch ein wertvolles Nahrungsmittel. Der besondere Stellenwert des Baobab-Baumes wird zudem durch die Bezeichnung „Apothekerbaum“ verdeutlicht, die auf dem weitgefächerten medizinis chen Einsatz seiner Teile beruht. Beispielsweise werden Fieber, Ruhr, Pocken und Masern mit Extrakten aus Fruchtfleisch und Samen bekämpft, auch dient er als Gegenmittel bei Verletzungen durch Giftpflanzen der Gattung Strophanthus, die in Afrika in vielen Gegenden beheimatet sind. Ein Baobab-Baum kann das Zentrum eines Dorfes bilden und Schauplatz eines Markts und gesellschaftlicher Ereignisse sein. Eine Weiterentwicklung zur Massennutzung der vom Baobab-Baum gewonnen Fasern könnte die wirtschaftliche Situation der Menschen in den V erbreitungsgebieten des Baobabs verbessern.
Der Baobab-Baum mit seinen hellbeigen bis hellbraunen Fasern bietet der Naturfaser-Industrie eine Faser-Nutzpflanze, die in einer als„schwierige Aufzucht" einzustufenden Bodenart und bei einem vergleichsweise geringeren Wasser- und Pestizidbedarf gedeiht. Zudem ist hinzuzufügen, dass sich in dem Zeitraum der Aufzucht eine positive C02-Bilanz ergibt.
Für den Anbau von Baobab-Sprösslingen und Jungbäumen sind viele Böden geeignet, einschließlich sandiger Lehm und Laterit. Die Bäume sind in der Regel tief verwurzelt und bieten eine feste Verankerung, die in der Lage, ist Wasser zu absorbieren und Nährstoffe aus einem weiten Bereich aufzunehmen, was den Widerstand gegen Dürre erhöht. Der Baum weist keine Vorgeschichte von Schädlingsausbrüchen auf. Die Fähigkeit, extremem Stress durch Dürre und Feuer zu widerstehen, lässt den Baum wachsen, wo andere Arten von Faser-Pflanzen nicht überleben würden. Der Baobab eignet sich für marginales Land mit schlechten Böden. Daher hat der Baobab-Anbau den Vorteil, dass kein potenzieller Raum für den Lebensmittelanbau blockiert wird. Somit wird durch die Nutzung des Baobabs auch dem Welthunger entgegengewirkt.
Der Stamm und die Stängel des Baobabs liefern aus allen Teilen verwendbare Fasern, die vielseitig verarbeitet werden können. Ein umweltfreundliches Verfahren macht es möglich, die Produktion und Verarbeitung der Baobab-Fasern in eine tragfähige und nachhaltige Industrie umzusetzen. Baobab-Fasern zeichnen sich durch hohe Reißfestigkeit und eine hohe Aufnahme von Feuchtigkeit aus. Obwohl die langen Baobab-Fasern sich sehr weich anfühlen, sind sie zugleich sehr fest und stark. Zudem sind die hellbeigen Baobab-Fasern biologisch abbaubar und für Mensch und Tier nicht schädlich. Aus diesen Gründen ist zu erschließen, dass die Baobab- Faser als nachhaltige Ressource für Fertigung und technische Anwendungen sehr gut verwendbar ist.
Gegenwärtig gibt es zahlreiche Verfahren für Röst- und Aufschluss-Prozesse unter Verwendung von konventionellen Faser-Pflanzen. Allerdings findet der Anbau konventioneller Faser-Pflanzen auf einer Bodenart für potenziellen Lebensmittelanbau statt. Die Faser-Pflanzen werden in Monokulturen aufgezogen und, um diese vor Krankheitserregern zu bewahren, werden meist Chemikalien /Pestizide eingesetzt, die das Grundwasser verschmutzen und negative Auswirkungen auf die Umwelt haben können. Zudem benötigen diese Pflanzenarten einen hohen Wasserbedarf in der Aufzucht. Im Gegensatz zu den eben erwähnten konventionellen Faser-Pflanzen, wie zum Beispiel Zuckerrohr, Bambus und Kenaf, ist bei der Baobab-Aufzucht ein weitaus geringerer Bedarf an Pestiziden und Wasser erforderlich. Zudem ist die V erwirklichung einer Baobab-Monokultur auch in unfruchtbareren Gebieten realisierbar, wo kein potentieller Anbau von Lebensmitteln stattfinden kann. Die Aufzucht des Baobabs als nachwachsender Nutzpflanze ist als umweltschonend einzustufen.
Im Vergleich mit anderen Verfahren entfallen bei der Zellstoffweiterverarbeitung von Baobab- Fasern viele chemische Aufbereitungsschritte. Beispielsweise muss im Gegensatz zu anderen konventionellen Fasern wenig Lignin entfernt werden, dessen Entfernung üblicherweise den Einsatz umweltschädlicher und letztlich auch den Endverbraucher schädigender Chemikalien bedarf.
Allerdings besteht der Bedarf nach einem Verfahren, das den effektiven Faseraufschluss von Baobab-Pflanzenmaterial ermöglicht. Hier schafft die vorliegende Erfindung Abhilfe. Die Baobab-Fasern, die durch das erfindungsgemäße Faseraufschluss-Verfahren hergestellt werden, zeichnen sich durch ihre erhöhte natürliche Reißfestigkeit aus. Ein wesentlicher Aspekt ist auch der Verzicht auf umweltschädliche Chemikalien bei der Lignin-Entfernung. Baobab-Fasern sind biologisch abbaubar und enthalten einen eher geringen Lignin-Anteil.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Hierin bereitgestellt wird ein Verfahren zum Faseraufschluss von Baobab-Pflanzenmaterial zum Erhalt von Baobab-Fasern.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Gewinnung von Baobab-Pflanzenmaterial b) Entwässerung des Baobab-Pflanzenmaterials aus Schritt a) c) Aufschluss des entwässerten Baobab-Pflanzenmaterials aus Schritt b).
Optional wird zudem zwischen den Schritten b) und c) eine Röste des Baobab-Pflanzenmaterials aus Schritt b) durchgeführt.
Optional wird zudem Schritt d), eine Nachbehandlung der Baobab-Fasern aus Schritt c) durchgeführt. Optional werden zudem zwischen den Schliten b) und c) eine Röste des Baobab- Pflanzenmaterials aus Schritt b) und Schritt d), eine Nachbehandlung der aufgeschlossenen Baobab-Fasern aus Schritt c), durchgeführt.
In manchen Ausführungsformen umfasst das in Schritt a) gewonnene Baobab-Pflanzenmaterial Bast und/oder Stamm eines Baobab-Baumes.
In bevorzugten Aus führungs form wird in Schritt a) das Baobab-Pflanzenmaterial von einem Baobab-Sprössling oder Baobab-Jungbaum gewonnen.
In manchen Ausführungsformen wird in Schritt a) das Baobab-Pflanzenmaterial in kleine Fragmente/Hackschnitzel zerkleinert.
In manchen Ausführungsformen werden vor Schrit b) Blätter und Knolle aus dem Baobab- Pflanzenmaterial entfernt.
In manchen Ausführungsformen erfolgt in Schritt b) die Entwässerung durch eine hydraulische Presse und/ oder eine Presswalze/Rundbiegemaschine. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt in Schrit b) die Entwässerung durch eine hydraulische Presse und eine Presswalze/Rundbiegemaschine. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind hydraulische Presse und Presswalze/Rundbiegemaschine in einer Maschine integriert.
In manchen Ausführungsformen wird in Schrit b) ein Druck von 500 N/m2 bis 200.000 N/m2 auf das Baobab-Pflanzenmaterial ausgeübt.
In manchen Ausführungsformen wird die Röste zwischen Schritt b) und c) durch ein Verfahren durchgefuhrt wird, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Tau-Röste/Feld-Röste, Wasser- Röste, chemische Röste. In bevorzugten Ausführungsformen wird in Schrit c) die Röste durch T au-Röste / F eld-Röste oder Wasser-Röste durchgeführt.
In manchen Ausführungsformen erfolgt in Schritt c) der Aufschluss des Baobab- Pflanzenmaterials durch ein Aufschlussverfahren, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Dampfdruck- Aufschluss, Ultras chall- Aufs chlus s , chemischer Kraftaufschluss, mechanischer Aufschluss, Natural Pulping.
In einer bevorzugten Aus führungs form erfolgt in Schrit c) der Aufschluss des Baobab- Pflanzenmaterials durch mechanischen Aufschluss. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der mechanische Aufschluss durch eine Decorticator-Maschine. In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form erfolgt der mechanische Aufschluss durch das S chliff- V erfahren oder durch ein thermodynamisches Verfahren (TMP-Erzeugung) .
In manchen Aus führungs formen umfasst in Schritt d) die Nachbehandlung das Trocknen der durch Schritt c) erhaltenen Baobab-Fasern.
In manchen Ausführungsformen umfasst in Schritt d) die Nachbehandlung zudem das Kämmen der getrockneten Baobab-Fasern.
In manchen Ausfuhrungsformen umfasst in Schritt d) die Nachbehandlung zudem das Sortieren der gekämmten Baobab-Fasern.
Durch das hierin bereitgestellte Verfahren zum Faseraufschluss können Lang- und Kurzfasem erhalten werden. Je nach angewandten V erfahrensschritten werden bevorzugt Langfasem oder bevorzugt Kurzfasern erhalten. Dies stellt einen Vorteil gegenüber herkömmlichen Verfahren dar, die solche Kontrollmöglichkeiten nicht beinhalten.
Die beschriebenen Verfahren zum Erhalt von Baobab-Fasern weisen etliche Vorteile im Gegensatz zu herkömmlichen Faser-Gewinnungsverfahren auf. Die Entwässerung in Schritt b) ermöglicht ökologische und ökonomische Vorteile beim den nachfolgenden Röstprozessen und/ oder Aufschlussprozessen. Durch die Entwässerung gelingt der Faser- Aufschluss effektiver, was Zeitersparnis mit sich bringt und Ressourcen schont. Das bessere Resultat der Röstprozesse und Aufschlussprozesse beruht auf einer verbesserten F aserfreilegung und auf einer Verringerung von Geweb e-Dichte und Gewebe-Zusammenhalts durch die Entwässerung. Zudem erleiden die Fasern durch die Entwässerungsverfahren der vorliegenden Erfindung weder einen Schaden noch eine Kürzung.
Um den Röstprozess und/ oder Aufschlussprozess zu optimieren, kann das Baobab- Pflanzenmaterial vor der Entwässerung von Blättern und Knollen befreit werden.
In einem anderen Aspekt umfasst die vorhegende Erfindung Zusammensetzungen, die Baobab- Fasern umfassen, die nach den oben vorgestellten Verfahren gewonnen wurden. Die Zusammensetzungen sind insbesondere als Ausgangsmaterial für Spritzguss- und F ormpres s verfahren geeignet. Vorzugsweise umfassen die Zusammensetzungen der vorhegenden Erfindung Baobab-Fasern, die nach einem Verfahren der Erfindung hergesteht sind, sowie
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In einer Ausführungsform beträgt der Anteil der Baobab-Fasern 1-50% der Trockenmasse. In einer Ausführungsform beträgt der Anteil des Magnesiumstearats 1-20% der Trockenmasse. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Anteil der Baobab-Fasem 1-50% der Trockenmasse und der Anteil des Magnesiumstearats 1-20% der Trockenmasse. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hiervon beträgt der Anteil des Magnesiumstearats 2- 10% der Trockenmasse. In einer Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung zudem Stärke und/ oder Konservierungsstoffe.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Definitionen:
Naturfasern sind alle Fasern, die von natürlichen Quellen wie Pflanzen, Tieren oder Mineralien stammen und sich ohne weitere chemische Umwandlungsreaktionen direkt einsetzen lassen. Sie sind damit abzugrenzen von synthetischen Fasern, die chemisch hergestellt werden.
Als„Faserstoff* wird aus Pflanzen gewonnenes Fasermaterial bezeichnet. Der Begriff umfasst sowohl primäre Faserstoffe, also erstmals in der Produktion eingesetzte Rohstoffe, als auch sekundäre Faserstoffe, also nach dem Gebrauch noch einmal dem Produktionsprozess zugeführte Recyclingstoffe. Die wichtigsten Faserstoffbestandteile sind die aus Cellulose bestehenden Anteile. Daneben ist auch Lignin ein Faserstoffbestandteil. Holzstoffe, wie z. B. Holzschliff, enthalten große Anteile an Lignin. Bei „Halbzellstoffen“ ist der Lignin-Anteil reduziert, so dass der Cellulose- Anteil dominiert.„Zellstoff* hingegen besteht fast ausschließlich aus Cellulose.
Baobab-Sprössling bezeichnet einen Sprössling, der bis zu 9 Wochen alt ist. Baobab-Jungbaum bezeichnet eine junge Pflanze, die älter als 9 Wochen und bis zu 7 Jahre alt ist. Für die angewendeten Verfahren werden Baobab-Jungbäume von einem Alter von 1 bis 2 Jahren bevorzugt. Die Wachstumsrate weist 80cm bis 100cm pro Jahr auf. Somit wird von einer Emtegröße von zirka 80cm bis 200cm gerechnet. Baobab-Bäume wachsen anfangs ohne ausgeprägtes Dickwachstum. Dieses setzt erst ab einer Höhe von 4 bis 6 Metern ein.
Faserarten
Fasern unterscheiden sich einerseits durch den Teil des Baumes, aus dem sie gewonnen werden, und andererseits durch zur Gewinnung und Verarbeitung verwendete Verfahren. Fasern befinden sich im ersten Teil der Rinde, dabei sind die Fasern sehr hart und starr. Dagegen sind die Fasern des inneren Bastes, die sog. Bastfasern, sehr dauerhaft und kräftig und doch zugleich weich. Außerdem werden schwammige Fasern aus dem weichen Holz gewonnen, diese sind weich und lang. Zuletzt können Fasern aus der Wurzelrinde gewonnen werden, diese Fasern - weisen aber eine minderwertigere Qualität als die Rindenfasem in der ersten Schicht auf. Die Bastfaser-Schicht weist die höchste Qualität auf. Geordnet nach Faser-Qualität folgen danach Holzfasern, Rindenfasem und zuletzt Fasern aus der Rinde der Wurzel/Knolle.
Langfasem
Langfasern weisen eine Länge von über 100 mm auf. Zur Gewinnung von Langfasem werden die Baobab-Bäume werden bevorzugt als Ganzes geerntet. Danach folgt meist eine Röste und anschließend der mechanische Aufschluss. Langfasern werden für die W eiterverarbeitung zu Textilien (Bekleidung), Stoffen, Seilen etc. gewonnen.
Kurzfasern
Kurz fasern weisen eine durchschnittliche Länge von 40 bis 100 mm auf. Bei ihrer Gewinnung erfolgt keine Röste vor dem Faseraufschluss. Aus Kurzfasern werden Filze oder Vliese hergestellt, die nicht versponnen werden. Außerdem werden Formpressteile hergestellt, Naturdämmstoffe und auch Geo- und Agrartextilien. Sie werden auch zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoff verwendet und in Spritzgussverfahren.
Superkurze Fasen
Superkurze Fasern weisen im Durchschnitt eine Länge von wenigen Millimetern auf und werden überwiegend für Spritzgussverfahren verwendet.
Besondere Vorteile der vorliegenden Erfindung
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass vor der Röste/dem Aufschluss die Vorb ehandlung des Baobab-Pflanzenmaterials durch Hydraulikpresse und/ oder Presswalze/Rundbiegemaschine stattfindet. Der Baobab-Baum weist im Gegensatz zu Einjahrespflanzen (z.B. Hanf, Bambus) oder anderen Baumarten einen sehr niedrigen Lignin- Gehalt auf. Insbesondere die für die vorliegende Erfindung bevorzugten Baobab-Jungbäume (1 - 2 Jahre alt, 80cm - 200cm Höhe) haben einen niedrigeren Lignin-Anteil als ältere Bäume in späteren Wachstumsperioden. Aus diesem Grund besteht bei Baobab-Jungbäumen nur eine geringe Verholzung. Die Druckaufbringung während der V orbehandlung führt bei Baobab- Jungbäumen zu besonders guten Resultaten, da der niedriger Lignin-Gehalt und die damit verbundene geringe Verholzung eine gute Freilegung der Fasern und Auflockerung des
Pflanzengewebes ermöglicht.
Zudem weisen die schwammartigen Fasern des Baobab-Holzes im Vergleich zu den oben genannten Einjahrespflanzen und anderen Baumarten einen sehr hohen Wassergehalt auf. Die hohe Wasserspeicherkapazität zeigt sich vor allem im Stamm. Im Stamm befindet sich die größte Menge an Fasern, die Rinden-, Bast- und Holzfasern. Die V orbehandlung gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren dient neben der Freilegung der Fasern auch dazu, den Wassergehalt im Pflanzengewebe zu reduzieren. Die wirkt sich positiv auf die Resultate folgender Röst- und Aufschlussverfahren aus. Entwässerung durch orbehandlung ist aus den oben genannten Gründen bei Baobab-Pflanzenmaterial wichtig er als bei andere Pflanzen.
Bedingt durch die angewendete Entwässerung des Baobab-Pflanzenmaterials, der Freilegung der Fasern und der Auflockerung des Pflanzengewebes wird bei den anschließenden Röst- und Aufschlussverfahren eine zeitliche Einsparung von 5-30% erreicht. Konventionelle V orbehandlungen, wie z.B. das Trocknen durch zugeführte Hitze, benötigen einen wesentlich höheren Energieaufwand. Zudem liegen hier keine Freilegung der Fasern und keine Auflockerung des Pflanzengewebes vor. der Erfindung
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Die hierin bereitgestellten Verfahren beziehen sich auf den Faseraufschluss von Baobab- Pflanzenmaterial zum Erhalt von Baobab-Fasern. Sie beziehen sich bevorzugt auf die Baobab- Pflanzenfasern, die als Leitbündel im Stängel/ Stamm und als Bast in der Rinde Vorkommen. Die Innenschichten der Borke bestehen aus zähen Längsfasem. Das Holz ist faserig und weich, verrottet im Wasser schnell und hinterlässt lange Fasern.
Die hierin bereitgestellt Verfahren umfassen mindestens die folgenden Schritte: a) Gewinnung von Baobab-Pflanzenmaterial b) Entwässerung des Baobab-Pflanzenmaterials aus Schritt a) c) Aufschluss des entwässerten Baobab-Pflanzenmaterials aus Schritt b).
Optional wird zudem zwischen den Schritten b) und c) eine Röste des Baobab-Pflanzenmaterials aus Schritt b) durchgeführt. Optional wird zudem Schritt d), eine Nachbehandlung des aufgeschlossenen Pflanzenmaterials aus Schritt c) durchgefuhrt.
Gewinnung von B. bab-PilauzenmatetiaL Schritt ^
Der für den Rohstoffgewinn genutzte Baobab-Baum, auch Affenbrotbaum genannt, ist eine Gattung großer, markanter und häufig bizarr wachsender Laubbäume aus der Unterfamilie der Wollbaumgewächse {Bombacoideae), die wiederum aus der Familie der Malvengewächse (Miΐΐn inaή stammen. Die Affenbrotbäume sind in weiten Teilen des afrikanischen Kontinents, auf der Insel Madagaskar und in Australien verbreitet. Die zur Gewinnung von Baobab-Pflanzenmaterial verwendeten Baobab-Bäume umfassen die Arten Adansonia grandidieri, Adansonia mn ig sciriensis, Adansonia perrieri, Adansonia mbrostipa {Adansonia fony), Adansonia suare^ensis, Adansonia Za, Adansonia digitata, Adansonia kilima, oder Adansonia gregori {Adansonia gibbos ) .
Die Gewinnung des Baobab-Pflanzenmaterials kann erfolgen, indem die Baobab- Sprösslinge/Jungbäume per Hand oder Maschinell aus dem Boden gezogen werden. Vorzugsweise werden Blättern und Knollen vom Stamm entfernt. Alternativ können die Baobab- Sprösslinge/Jungbäume von einem Mähdrescher geerntet und zu kleinen Fragmenten („Hackschnitzel“) verarbeitetet.
Entwässerung des Baobab-P tanzctim-.Uemls. Schrill bi
Die Fasern des Baobab-Baumes finden sich unter der Borke und im Inneren des Holzes. Um ein besseres und schnelleres Resultat bei Röst- und/ oder Aufschlussverfahren zu erzielen, wird eine V orbehandlung, die Entwässerung einschließt, angewendet. Um den Röstprozess zu optimieren, ist es sinnvoll das Baobab-Pflanzenmaterial, das bevorzugt den Stängel/ Stamm umfasst, von Blättern und Knollen zu befreien. Danach wird der das Pflanzenmaterial entwässert, vorzugsweise, indem es in eine Hydraulische-Presse- und Presswalze/Rundbiege-Maschine eingefiihrt wird. Diese entwässert den Baobab durch Druckaufbringung (500 N/m2 bis 200.000 N/m2) und verbessert so die Freilegung der Fasern. Bei der Entwässerung kann ein Druck zwischen 500 N/m2 und 200.000 N/m2, zwischen 1.000 N/m2 und 100.000 N/m2, zwischen 5.000 N/m2 und 50.000 N/m2 oder zwischen 10.000 N/m2 und 30.000 N/m2 aufgebracht werden. Die Entwässerung erfolgt in einem Zeitraum von zwischen 30 Sekunden und 1 Stunde, zwischen 60 Sekunden und 30 Minuten, zwischen 5 Minuten und 15 Minuten oder für 10 Minuten. Ein bevorzugter Zeitraum sind 30 Sekunden bis 3 Minuten. Bevorzugt wird eine mehrfache Wiederholung der Entwässerung (1 -4-mal) in einem bevorzugten Zeitraum von 30 Sekunden bis 3 Minuten.
Wenn das Pflanzenmaterial mittels Mähdrescher geerntet und zu Hackschnitzeln verarbeitet wird, erfolgt die Entwässerung in einer hydraulischen Presse.
Durch Entwässern, Ausbreiten und Freilegen der Fasern erhöht sich die Effektivität der folgenden Röst- und Aufschlussprozesse. Dadurch kann in einem kürzeren Zeitraum eine höhere Fasergewinnung erreicht werden.
Eine erhöhte Effektivität stellt auch einen ökologischen Vorteil dar, speziell für chemische Röst- und Aufschlussverfahren hat dies die positive Wirkung, dass weniger Ausgangsmaterial an zugeführten Chemikalien benutzt werden kann und der Energieaufwand geringer ist.
Ebenfalls ergibt sich eine positive Auswirkung beim Dampfdruck- Aufschluss. Da bereits durch die V orbehandlung ein geringer Wasseranteil im Pflanzenmaterial vorhanden ist, muss hier ebenfalls weniger Energie aufwendet werden.
Nach der Entwässerung des Pflanzenmaterials erfolgt entweder die Röste des Pflanzenmaterials, gefolgt von einem Aufschlussverfahren, oder der direkte Aufschluss des Pflanzenmaterials.
Röste des Baobab -Pflanzcnmaterials zwischen Schritt b) und c)
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Durch die Röste wird das Baobab-Pflanzenmaterial für den folgenden Aufschluss vorbereitet. Dabei lösen sich während des Röst-Prozesses Pektine im Stamm auf und es wird ein Großteil des Lignins entfernt. Pektine und Lignin wirken als„Pflanzenleim“, der die Fasern mit den festen Holzbestandteilen des Baumes verbindet. Ihre Entfernung schwächt den Zusammenhalt der Fasern, was wiederum die Effektivität des nachfolgenden Aufschlusses erhöht. Nach der Röste schließt sich der Aufschluss an, bevorzugt durch ein mechanisches Aufschlussverfahren.
Für den Röst-Prozess stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung (Tau-Röste/Feld-Röste, Wasser-Röste, chemische Röste)
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Für dieses Röst-V erfahren werden die Baobab-Sprösslinge/Jungbäume per Hand oder Maschinell aus dem Boden gezogen. Anschließend werden sie auf einer Fläche ausgelegt, bevorzugt direkt auf dem Boden der Ernte. Der Vorgang hat eine Dauer von zirka 3 bis 8 Wochen, vorzugsweise von 4 und 6 Wochen oder von 5 Wochen. Durch Entstehung von Tau wird die Entwicklung von Bakterien und Mikroorganismen begünstigt. Diese tragen erheblich zur Auflösung der Pektine bei. Somit lösen sich langsam die Fasern von dem Rest des Pflanzengewebes. Die Effektivität der Tau-Röste kann durch diverse U mweltfaktor en beeinflusst werden.
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Für dieses Röst-V erfahren werden die Baobab-Sprösslinge/Jungbäume nach der Ernte in Wasserbehälter oder in Wassergräben auf das Feld gelegt, die teils offen sind. Somit kann Hitze durch S onneneins trahlung aufgenommen werden. Dies beschleunigt den gewollten Prozess. Die geernteten Baobab-Sprösslinge /Jungbäume liegen in warmem Wasser bei einer Temperatur von 30 bis 100 °C, vorzugsweise 40 bis 80 °C oder 60 °C, für zirka 3 bis 7 Tage, vorzugsweise 4-6 Tage oder 5 Tage. Bei der Benutzung von kaltem Wasser (unter 30 °C) liegt die Dauer bei zwei bis vier Wochen, vorzugsweise 3 Wochen. Der Röstprozess kann durch T emperatursteigerung des Wassers oder Zusatz von Chemikalien oder Bakterien beschleunigt werden.
Chemische Röste
Die chemische Röste ähnelt der Wasser-Röste. Das Pflanzenmaterial wird in einen mit Wasser gefüllten metallischen Behälter gelegt. Allerdings werden im Gegensatz zur Wasser-Röste Hitze (20-170 °C) und Chemikalien zugeführt, z.B. Schwefelsäure (H2S04) (z.B. 27%),
Natriumhydroxid (NaOH) oder Kaliumcarbonat (K2C03) (z.B. 20%). Geeignete
Konzentrationen der Chemikalien sind etwa: 27 % oder 20 % für Schwefelsäure, 27 % oder 20 % für Natriumhydroxid und 20 % oder 18 % für Kaliumcarbonat (K2 C03)
Das Gemisch wird auf Temperaturen von 20 bis 170 °C, vorzugsweise auf 40 bis 80 °C, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform auf 60 °C erhitzt. Dies ermöglicht eine sehr schnelle Lösung des Pektins und Lignins innerhalb eines Zeitraums von zirka 30 Minuten bis 6 Stunden.
Aufschluss des Baobab-Pflanzenmatemls. Schritt c'i
Durch den Aufschluss werden die Fasern des Baobab-Pflanzenmaterials von anderen Resten der Pflanze getrennt sowie in einzelne Faserbündel oder Fasern zerlegt.
Für den Aufschluss stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung (mechanischer Aufschluss, Dampfdruck-Aufschluss, Ultraschall-Aufschluss, chemischer Kraftaufschluss). Die Aufs chlus s verfahren können mit oder ohne eine vorherige Röste des Pflanzenmaterials durchgeführt werden. Dabei ist die Röste für einige Verfahren (Dampfdruck-Aufschluss, Ultraschall- Aufschluss, chemischer Kraftaufschluss) entbehrlich, während sie bei anderen Verfahren (mechanischer Aufschluss) das Aufschluss-Resultat substantiell verbessert. Dies liegt daran, dass mechanische Aufschlussverfahren die Zementierungsverbindungen (Wachse, Hemicellulosen, Lignin und Kohlenwasserstoffe) zwischen Fasern nicht sehr wirksam entfernen können.
Mechanischer uf-chhiss
Ein bevorzugtes Aufschlussverfahren ist der mechanische Aufschluss. Er wird mittels Maschinen durchgeführt, die das Baobab-Pflanzenmaterial mechanisch zerkleinern. Eine besonders geeignete Maschine ist hier der Decorticator, alternativ können hier das Schliff-V erfahren oder ein thermodynamisches Verfahren (TMP-Erzeugung) zum Einsatz kommen.
Beim halbautomatischen mechanischen Aufschluss wird die Baobab-Faser bevorzugt mit dem Decorticator extrahiert. Während des mechanischen Aufschlussprozesses im Decorticator werden die durch Röste vorbearbeiteten Stängel/ Stämme von einem rotierenden Radsatz mit stumpfen Messern zerkleinert und geschlagen, so dass nur Fasern übrig bleiben und die restliche Pflanzenmasse sich ablöst. Bei der halbautomatischen Variante des Decorticator werden die Stängel/ Stämme per Hand eingeführt und der Pflanzenbrei wird zuerst aus einer der Hälften eines der Stängel/ Stammes geschabt, der Stängel/ Stamm wird zurückgezogen, dann wird die entgegengesetzte Hälfte zum Schaben eingeführt.
Bei Verwendung einer vollautomatischen Maschine kann der ganze Stängel/ Stamm eingeführt werden. Der Baobab wird durch das Mundstück geleitet, dann geht es durch die geriffelten Zuführwalzen, die die Stängel/ Stämme halten, während sie gegen einen stationären Stab gefüttert werden. Zugleich schlägt eine Stripp-Trommel das Pflanzenmaterial. Die Schlägerbar, der Trommeldurchmesser, die Breite und die Geschwindigkeit variieren je nach verschiedenen Modellen. Die Trommel, die gegen das Blatt kratzt und durch die Schlagstange und die Zuführwalzen in Position gehalten wird, schlägt den Großteil der pflanzlichen nicht-Faser- Materie ab und hinterlässt die Fasern etwas aufgeraut und mit einem geringen Rückstand an pflanzlichen Stoffen, die darauf verbleiben.
Ein mechanischer Aufschluss kann auch kleine Fragment („Hackschnitzel“) als Ausgangspflanzenmaterial verwende. Die Hackschnitzel können hierbei zu Fasern verschliffen werden (Schliff-V erfahren) . Dies kann geschehen, indem die Hackschnitzel in einen rotierenden Schleifstein gepresst werden. Eine weitere Variante ist es, die Hackschnitzel mittels Hitze und Druck zwischen zwei rotierenden Scheiben zu zerfasern. Alternativ kann die Zerfaserung unter Verwendung eines Mahlwerks oder einer Hammermühle bewerkstelligt werden. Die Zerfaserung kann durch alle im Stand der Technik Verfahren zum Faseraufschluss von Baobab-Fasern bekannten Verfahren erfolgen.
Beim sogenannten Refiner- V erfahren (thermomechanisches Verfahren) erfolgt zunächst eine Zerkleinerung in Hackschnitzel und, nach weiteren Prozessschritten, die Zerfaserung im Refiner. Hierbei werden die Baobab-Hackschnitzel Temperaturen von 70 °C bis 140 °C, bevorzugt von 90 °C bis 120 °C oder 100 °C, ausgesetzt (Erzeugung von TMP (thermomechanical pulp). Das Zerfasern erfolgt dann zwischen den Kanten des Refiners. Hierbei löst sich das der Faserbund auf und das Lignin wird weitgehend entfernt.
Dam p fd ruc k- A u t s ch 1 u s
Bei diesem Verfahren wird das Baobab-Pflanzenmaterial mittels hohen Drucks (1 bis 70 bar) bei einer Temperatur von 100 bis 300 °C, bevorzugt von 130 bis 200 °C oder 150 °C, in einem Sattdampfzustand mit alkalischem Dampf für einen Zeitraum vom 5 bis 20 Minuten, bevorzugt 10 Minuten, behandelt. Daraufhin folgt eine rapide Absenkung des Drucks. Hierbei verdampft das Wasser im Baobab-Pflanzenmaterial. Dies bewirkt einen Zerfall des Zellverbundes in Einzelfasem.
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Hier wird das Baobab-Pflanzenmaterial in eine wässrige Lösung gelegt. Anschließend wird das Gemisch in einem Ultraschallfeld bearbeitet. Während des Prozesses werden die Fasern gereinigt. Begleitstoffe, Mikroorganismen, Färb- und Geruchsstoffen, und lösliche organische Bestandteile werden weitgehend herausgelöst.
Chemischer Kia tau scliiuss
Der chemische Kraftaufschluss ähnelt der chemischen Röste. Allerdings werden beim chemischen Kraftaufschluss Baobab-Hackschnitzel als Ausgangsmaterial verwendet, was ein nachfolgendes, z.B. mechanisches Aufschluss-V erfahren überflüssig macht. Für den chemischen Aufschluss werden Baobab-Hackschnitzel in einen mit Wasser gefüllten metallischen Behälter gelegt. Es werden Chemikalien zugeführt, z.B. Kaliumcarbonat (K2 C03), Natriumsulfid (Na2S), Natronlauge(NaOH) und Natriumsulfat (Na2S04). Geeignete Konzentrationen der Chemikalien sind etwa: 20 % oder 18 % für Kaliumcarb onat ( j C03), 27 % oder 20 % für N atriumsulfid (Na2S), 27 % oder 20 % für Natronlauge (NaOH), 27 % oder 20 % für Natriumsulfat (NäjSO^). Das Gemisch wird auf Temperaturen von 30 bis 170 °C, vorzugsweise auf 40 bis 80 °C, in einet besonders bevorzugten Aus führungs form auf 60 °C erhitzt, bei einem Druck von 7 bis 10 bar, vorzugsweise 8 bar. Dies ermöglicht eine sehr schnelle Lösung des Pektins und Lignins innerhalb eines Zeitraums von zirka 30 Minuten bis 6 Stunden.
Natural
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Ein sehr umweltfreundliches Aufschlussverfahren ist das N atural-Pulping-V erfahren. Das Verfahren dient zur Herstellung von Zellstoff. Hierbei werden die Baobab-Hackschnitzel zusammen mit Ameisensäure (biologisch abbaubar) und Wasserstoffperoxid (HjC^ (wässrige Lösung > 70 %), bei einer Temperatur von 30 - 170 °C für einem Zeitraum von 30 min bis 6 Stunden einen metallischen Behälter gekocht. Ameisensäure und Wasserstoffperoxid-Lösung liegen bevorzugt in einem Verhältnis von 70% zu 30% vor. Zusätzlich kann Druck (2 - 10 bar) aufgebracht werden. Dies beschleunigt den Prozess. Durch diese Behandlung wird das Lignin weitgehend abgebaut und somit eine Freilegung der Fasern erreicht. Im Anschluss kann die Ameisensäure durch destillative Schritte zu zirka 95-99% zurückgewonnen werden. Dieses Verfahren weist deutliche Vorteile bezüglich der Umweltfreundlichkeit gegenüber der chemischen Röte und dem chemischen Aufschluss auf. Natural Pulping stellt ein bevorzugtes Verfahren zum Erhalt von Kurzfasern/ Zellstoff dar.
Nachbehandlung des aufgeschlossenen Pflanzenmaterials. Sclmti i
Nach dem Aufschluss werden die gewonnen Baobab-Fasem einer Nachbehandlung unterzogen.
Die durch das Aufschlussverfahren extrahierten Baobab-Fasem werden gewaschen. Danach werden die Baobab-Fasem entweder mit mechanischen Trocknern oder in der Sonne getrocknet. Ausreichende Trocknung ist wichtig, da der Feuchtigkeitsgehalt in der Faser die Faserqualität beeinflusst. Künstliche Trocknung führt zu qualitativ besseren Fasern als Sonnentrocknung. Trockene Fasern werden dann gekämmt, in verschiedene Sorten sortiert und in Ballen verpackt.
Baobab-Zellstoffe, die durch chemischen Kraftaufschluss erzeugten worden sind, werden in einer bevorzugten Ausführungsform einer Bleiche unterzogen. Diese erfolgt vorzugsweise durch ein TCF (totally chlorine free) -V erfahren mittels Wasserstoffperoxid (HJOJ) oder Ozon. Diese Verfahren sind umweltfreundlich. Hierbei wird der Baobab- Zellstoff in einem bis zu 25 m hohen Bleichturm eingeführt. Anschließend wird bei einer Temperatur von 85 °C bis 95 °C, bevorzugt 90 °C, unter Zugabe von Bleichchemikalien der gewünschte Bleichungsgrad erzeugt. Zuletzt wird der gebleichte Baobab-Zellstoff einen Schneckenförder-Mechanismus heraus befördert.
Eigenscha ften und Einsatz der gewonnen fasern
Baobab-Fasem sind hellbeige (gelb) bis braun und befinden sich unter der Borke (Bastfaser), im Inneren des Holzes des Baobab-Baumes oder in der Schale der Fmcht des Baobab-Baumes. Die Fasern zeigen große Festigkeit. Sie sind kräftig gebaut und walzenförmig. Die Fasern sind teilweise schwammig und weisen eine hohe Saugfähigkeit auf. Sowohl die Beschaffenheit der Fasern, als auch die Zusammensetzung kann stark variieren. Dies ist auf die Anbaubedingungen zurückzuführen . Eine exemplarische Zusammensetzung von luftgetrockneten Baobab-Holzkem bestehst aus: Feuchtigkeit = 10,2%, Asche = 4,4%, Cellulose = 52,5% Restmasse = 33,9%. Die Zusammensetzung von luftgetrockneter Baobab-Bast-Faser ist: Feuchtigkeit = 13,18%, Asche = 4,72%, Cellulose = 58,82%, Fett und Wachs = 0,41% Restmasse = 22,87%.
Baobab-Bastfasern sind zirka 80 cm bis 140 cm lang, 2 mm bis 10 mm dick und 10 mm bis 50 mm breit. Die Länge der einzelnen Fasern von aus Baobab-Pflanzenmaterial gewonnenem Zellstoff, etwa nach chemischem Kraftaufschluss oder Natural Pulping, beträgt etwa 2-4,6 mm, die Breite etwa 0,025-0,050 mm.
Die Faserausbeute bei Anwendung von Röste und anschließendem physikalischen Aufschluss liegt bei 30% bis 40% der Gesamtmasse eines Baobab-Jungbaumes
Durch die Verfahren dieser Erfindung werden Langfasem und/ oder Kurzfasem herstellt. Die traditionelle Langfaser-Gewinnung dient hauptsächlich der Produktion von Textilien. Dagegen ermöglicht die Kurzfasertechnik einen universellen Anwendungsbereich, z.B. Zellstoffgewinnung. Für die Produktion von Langfasem gemäß der vorliegenden Erfindung werden ganze Baobab-Stämme / Stängel geerntet, entwässert und, oft nach einer Röste, aufgeschlossen. Für die Produktion von Kurzfasern kommt hingegen bevorzugt die Ernte durch einen Mähdrescher und die Verarbeitung zu Hackschnitzeln zum Einsatz, gefolgt von chemischem Kraftaufschluss.
Aus Baobab-Kurzfasern und superkurzen Fasern, die durch erfindungsgemäße Verfahren gewonnen wurden, können andere Objekte mittels Spritzgießen oder Formpressen hergestellt werden. Flierbei wird aus den Baobab-Fasern ein Faserbrei (Pulpe) hergestellt. Anschließend wird die Pulpe mittels konventioneller und im Stand der Technik bekannter Verfahren zum Spritzgießen oder Formpressen verarbeitet, um die gewünschten Objekte zu erhalten. In einem beispielhaften Spritzgießverfahren wird die Pulpe mit pflanzlicher Stärke (V erhältnis Baobab- Fasem/Stärke gleich 1:4 bis 2:3), Wasser und Konservierungsstoffen in einen industriellen Mixer gegeben, um eine homogene Masse herzustellen. Besonders vorteilhaft ist es, zu dieser Masse auch Magnesiumstearat hinzuzugeben. Magnesiumstearat wirkt als Gleitmittel und bewirkt, dass sich das gegossene Objekt leichter aus der Form lösen lässt. Dabei enthält die resultierende Masse vorzugsweise 1-20%, noch bevorzugter 2-10% und am bevorzugtesten 3-8% Magnesiumstearat in der Trockenmasse (d.h. Masse ohne Wasseranteil). Eine beispielhafte geeignete Zusammensetzung umfasst 8% Baobab-Fasern, 86,5% Kartoffelstärke, 5% Magnesiumstearat und 0,5% Konservierungsstoffe. Diese Masse wird so lange verrührt (5 min - 120 min), bis sich eine dickflüssige Konsistenz bildet. Die homogene Masse wird dann in dickflüssiger Form in eine sich nach unten verjüngende Spritzeinheit gegossen, die eine rotierende Schnecke und eine Düse an der Spitze enthält. Die Masse wird durch Rotieren der Schnecke in Richtung Düse gefördert. Die Masse sammelt sich vor der Düse, da diese zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist. Da die Schnecke axial beweglich ist, weicht sie dem sich vor der Düse aufbauenden Druck aus und schraubt sich ähnlich einem Korkenzieher aus der Masse heraus. Die Rückwärtsbewegung wird durch einen Hydraulikzylinder oder elektrisch gebremst, so dass sich in der Masse ein Staudruck aufbaut. Dieser Staudruck in Verbindung mit der Schneckenrotation verdichtet und homogenisiert die Masse. Die Schneckenposition wird kontinuierlich gemessen, und sobald sich eine für das Werkstückvolumen ausreichende Matetialmenge der Masse angesammelt hat, ist der Dosiervorgang beendet und die Schneckenrotation wird eingestellt. Ebenso wird die Schnecke aktiv oder passiv entlastet, so dass . die Masse dekomprimiert wird. In der nun folgenden Einspritzphase wird die Spritzeinheit an die Schließeinheit der Spritzgussform gefahren, mit der Düse angedrückt und die Schnecke rückseitig unter Druck gesetzt. Dabei wird die Masse unter hohem Druck (meist zwischen 500 und 2000 bar) durch die geöffnete Düse und den Anguss bzw. das Angusssystem der Spritzgussform (Temperatur 180 - 200C°) in den formgebenden Hohlraum der Form gedrückt. Eine Rückstromsperre verhindert dabei ein Zurückströmen der Masse Richtung Spritzeinheit. Durch das Erhitzen der Masse entweicht der Wasseranteil in Gasform durch die hierfür eingebrachten Löcher der Spritzgussform. Die Löcher können sich, je nach zu erzeugendem Produkt, in unterschiedlichen Positionen befinden. Während des Einspritzens wird versucht, ein möglichst laminares Fließverhalten der Masse zu erreichen, das heißt, die Masse wird in der Form dort, wo sie die beheizte Wand der Form berührt, sofort erhitzt und dadurch verfestigt. Die neu eingespritzte Masse wird mit hoher Geschwindigkeit durch den Einspritzkanal nachgedrückt. Diese hohe Einspritzgeschwindigkeit erzeugt in der Masse eine Schergeschwindigkeit, welche die Masse leichter fließen lässt. Mit der Feinabstimmung der Einspritzphase werden die Struktur der Oberfläche und das Aussehen beeinflusst. Nach dem Einspritzen wird die Düse geschlossen, und in der Spritzeinheit kann der Plastifizier- und Dosiervorgang für das nächste Werkstück beginnen. Das Material in der Form kühlt weiter ab, bis auch die Seele, der flüssige Kern des Werkstückes, ausgehärtet ist und die Endform erreicht hat. Zum Entformen wird die Aus wer fers eite der Spritzgussform geöffnet, das Werkstück wird durch in den Hohlraum hineindtingende Stifte ausgeworfen und fällt entweder herunter (Schüttgut) oder wird durch Handhabungsgeräte aus der Form entnommen und geordnet abgelegt oder gleich einer Weiterverarbeitung zugeführt. Der Anguss muss entweder durch separate Bearbeitung entfernt werden oder wird beim Entformen automatisch abgetrennt. Auch angussloses Spritzgießen ist mit Heißkanalsystemen, bei denen das Angusssystem ständig über der Erstarrungstemperatur bleibt und das enthaltene Material somit für das nächste Einspritzen verwendet werden kann, möglich. Nach dem Entformen wird die Spritzgussform wieder geschlossen und der Zyklus beginnt von neuem. Der Zyklus kann innerhalb von 22 Sekunden erfolgen.
In einem beispielhaften Formpressverfahren wird wie beim Spritzgussverfahren eine homogene Masse aus Baobab-Fasern, pflanzlicher Stärke, Wasser und Konservierungsstoffen gebildet. Besonders vorteilhaft ist es auch hier, zu der Masse auch Magnesiumstearat hinzuzugeben. Dabei enthält die Masse vorzugsweise 1-20%, noch bevorzugter 2-10% und am bevorzugtesten 3-8% Magnesiumstearat in der Trockenmasse (d.h. Masse ohne Wasseranteil). Eine beispielhafte geeignete Zusammensetzung umfasst 8% Baobab-Fasern, 83,5% Kartoffelstärke, 8% Magnesiumstearat und 0,5% Konservierungsstoffe. Nach dem Mischen wird die Masse in den erhitzten Hohlraum einer Pressform eingebracht. Die Pressform wird unter Einsatz eines Druckkolbens geschlossen. Durch den Druck erlangt die Masse die von der Pressform vorgegebene Form (Becher, Schale, etc.). Hier dient die Temperatur zur Beeinflussung des Aushärtevorgangs der Masse. Dabei entweicht der Wasseranteil in Form von Gas. Nach dem Abkühlen kann das fertige Produkt aus der Pressform entnommen und ggf. nach- oder weiterverarbeitet werden (Abtrennung von Materialüberschuss, Bedrucken etc.).
Die durch Spritzgießen oder Formpressen erhaltenen Produkte geben dem erzeugten Grundmaterial (Baobab-Pulpe) die gewünschte Dichte und Stabilität. Des Weiteren ermöglicht dieses Verfahren, ein wasserabweisenderes Material zu erzeugen. Das erzeugte Material bleibt 100% biologisch abbaubar und natürlich.
Der Faseranteil der Masse beträgt in der Regel 20—40 %. Höhere Faseranteile führen in Kombination mit den relativ geringen Temperaturen von 180-200°C zu einer unvollständigen Füllung der Guss- oder Pressform oder zu einer ungleichmäßigen Faserverteilung. Temperaturen über 200 °C führen zu Brandflächen bzw. zu einer Beschädigung des Materials. Die geringeren Temperaturen bei der Herstellung führen auch zu einem geringeren Energiebedarf und die Zykluszeiten können verkürzt werden.
Das Spritzgießen und insbesondere erweiterte spezielle Verfahren erlauben eine nahezu freie Wahl von Form und Oberflächenstruktur wie z. B. glatte Oberflächen, Narbungen für berührungsffeundliche Bereiche, Muster, Gravuren und Farbeffekte (Lebensmittelfarbe) .
Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf Zusammensetzungen (oben auch als „Masse“ bezeichnet) aus Baobab-Fasern, die für den Einsatz in Spritzguss- und Formpressverfahren geeignet sind. Wie oben erwähnt, ist es dabei besonders vorteilhaft, zu diesen Zusammensetzungen Magnesiumstearat hinzuzugeben. Magnesiumstearat wirkt als Gleitmittel und bewirkt, dass sich das gegossene Objekt leichter aus der Form lösen lässt, was z.B. Beschädigungen verhindert. Dabei enthalten die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise 1-20%, noch bevorzugter 2-10% und am bevorzugtesten 3-8% Magnesiumstearat in der Trockenmasse (d.h. Masse ohne Wasseranteil). Die Baobab-Fasem in der Zusammensetzung werden nach einem der oben beschriebenen Verfahren gewonnen. Der Anteil der Baobab-Fasern beträgt vorzugsweise 1-50% der Trockenmasse, bevorzugtet 2-20% der Trockenmasse, noch bevorzugter 5-10% der Trockenmasse. Vorzugsweise enthält die Zusammensetzung auch Stärke. Der Anteil der Stärke kann 30-98% der Trockenmasse, bevorzugter 60-97% der Trockenmasse, noch bevorzugter 70- 90% der Trockenmasse betragen. Zusätzlich können auch Konservierungsstoffe zugegeben werden, um die Zusammensetzungen haltbarer zu machen. Der Gehalt an Konservierungsstoffen kann z.B. 0,1-2% betragen, vorzugsweise 0,5%. Eine beispielhafte geeignete Zusammensetzung umfasst in der Trockenmasse 8% Baobab-Fasem, 83,5% Kartoffelstärke, 8% Magnesiumstearat und 0,5% Konservierungsstoffe. Die untenstehende Tabelle 1 zeigt beispielhafte Ausführungsformen von Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung. Die Prozentangaben beziehen sich auf die Trockenmasse
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BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden, nicht einschränkenden Beispiele detailliert beschrieben.
Beispiel 1 : Mechanischer Faseraufschluss Tau-Roste zürn Erhalt von Baobab -Fasern
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(Durchführung ui Andalusien. Spanien i.
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Die Baobab-Sprösslinge/Jungbäume wurden maschinell mittels des Simon RPNC-Leek Harvesters aus dem Boden gezogen. Danach wurden mit einem scharfen Gegenstand (Messer) per Hand Blätter und Knolle vom Stängel/Stamm der Sprösslinge/Jungbäume getrennt. Anschließend wurde eine Entwäs s erung durchgeführt. Dazu wurde der Baobab-Rohstoff in die Hydraulische Doppelständerpresse (hydraulische Press-Maschine) von Dieffenbacher eingeführt. Diese entwässerte den Baobab durch Druckaufbringung von 10.000 N/m2 und verbesserte damit die Freilegung der Fasern.
Danach wurden die entwässerten Baobab-Sprös slinge /Jungbäume der Tau-Röste durchzogen. Die Sprösslinge/Jungbäume wurden auf direkt auf dem Boden der Ernte ausgelegt. Der Röst- Prozess hatte eine Dauer von 2,5 Wochen. Die Bildung von Tau auf und im Pflanzenmaterial führte es zu einer Entwicklung von Bakterien und Mikroorganismen. Diese lösen die Pektine im Pflanzenmaterial auf. Dadurch lösten sich langsam die Fasern von dem Rest des Pflanzengewebes. Durch die angewendete V orbehandlung (Entwäs s erung, Faser-Freilegung) wurde eine Beschleunigung des Pektin- Abbaus der Tau-Röste bewirkt.
Anschließend wurde der ganze Stängel/ Stamm in eine vollautomatische Decorticator-Maschine von Textile & Composite Pty Ltd. eingefuhrt. Die Stängel/ Stämme wurden durch das Mundstück zu den geriffelten Zuführwalzen geleitet, die die Stängel/ Stämme hielten, während sie gegen einen stationären Stab gefüttert wurden. Zugleich schlug die Stripp-Trommel das Pflanzenmaterial. Die Schlägerbar, der Trommeldurchmesser, die Breite und die Geschwindigkeit variierten je nach Decorticator-Modell und Beschaffenheit der Stängel/ Stämme. Die Trommel schlug den Großteil der pflanzlichen Nicht-Faser-Materie ab und hinterließ die Fasern etwas aufgeraut und mit geringen Rückständen an pflanzlicher Nicht-Faser-Materie.
Nachfolgend wurden die Baobab-Fasern gewaschen und mechanisch getrocknet. Zuletzt wurden die trockenen Fasern gekämmt, in verschiedene Sorten sortiert und in Ballen verpackt.
Das Verfahren ergab eine Ausbeute von einem Faseranteil von 30 bis 40% der Gesamtmasse eines Baobab-Jungbaumes. Die gewonnen Faserbündel sind zirka 80 cm bis 140 cm lang, 2 mm bis 10 mm dick und 10 mm bis 50 mm. Der Fokus des Verfahrens lag auf der Gewinnung von Langfasern möglichst hoher Qualität.
Bei konventioneller Feld/Tau-Röste beträgt die Röst-Dauer zirka 3 bis 8 Wochen. Mit der innovativen V orbehandlung (Entwäs s erung und F aserfreilegung) wurde eine effektive Tau-Röste bereits in einem Zeitraum von etwa 2 Wochen erreicht. Dies stellt eine Zeitersparnis von 30% dar.
Beispiel 2: Mechanischer nach Wasser-Roste zum Erhalt von Baob-ab-
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FasctnüDurchführung in 1 ludva Andalusien. Spanien).
Die Baobab-Sprösslinge/Jungbäume wurden maschinell mittels des Simon RPNC-Leek Harvesters aus dem Boden gezogen. Danach wurden mit einem scharfen Gegenstand (Messer) per Hand Blätter und Knolle vom Stängel/ Stamm der Sprösslinge/Jungbäume getrennt. Anschließend wurde eine Entwässerung durchgeführt. Dazu wurde der Baobab-Rohstoff in die Hydraulische Doppelständerpresse (hydraulische Press-Maschine) von Dieffenbacher eingeführt. Diese entwässerte den Baobab durch Druckaufbringung von 10.000 N/m2 und verbesserte damit die Freilegung der Fasern.
Danach wurden die entwässerten Baobab-Sprösslinge/Jungbäume in offene Wasserbehälter gelegt. Somit konnte Hitze durch Sonneneinstrahlung aufgenommen werden. Die Baobab- Sprösslinge /Jungbäume lagen für knapp 3 Tage in warmem Wasser bei T emp er atur en von etwa 34°C. Anschließend wurde der ganze Stängel/ Stamm in eine vollautomatische Decorticator-Maschine von Textile & Composite Pty Ltd. eingeführt. Die Stängel/Stämme wurden durch das Mundstück zu den geriffelten Zufuhrwalzen geleitet, die die Stängel/ Stämme hielten, während sie gegen einen stationären Stab gefüttert wurden. Zugleich schlug die Stripp-Trommel das Pflanzenmaterial. Die Schlägerbar, der Trommeldurchmesser, die Breite und die Geschwindigkeit variierten je nach Decorticator-Modell und Beschaffenheit der Stängel/ Stämme. Die Trommel schlug den Großteil der pflanzlichen Nicht-Faser-Materie ab und hinterließ die Fasern etwas aufgeraut und mit geringen Rückständen an pflanzlicher Nicht-Faser-Materie.
Nachfolgend wurden die Baobab-Fasern gewaschen und mechanisch getrocknet. Zuletzt wurden die trockenen Fasern gekämmt, in verschiedene Sorten sortiert und in Ballen verpackt.
Das Verfahren ergab eine Ausbeute von einem Faseranteil von 30 bis 40% der Gesamtmasse eines Baobab-Jungbaumes. Die gewonnen Faserbündel sind zirka 80 cm bis 140 cm lang, 2 mm bis 10 mm dick und 10 mm bis 50 mm. Der Fokus des Verfahrens lag auf der Gewinnung von Langfasern möglichst hoher Qualität.
Bei konventioneller Wasser-Röste beträgt die Dauer zirka 3 bis 7 Tage bei einer Temperatur von über 30 °C. Bei Temperaturen von unter 30 °C beträgt die Dauer 2 bis 3 Wochen. Mit der innovativen V orbehandlung (Entwässerung und Faserffeilegung) wurde die Wasser-Röste bei Temperaturen von etwa 30 °C bereits in einem Zeitraum von knapp 3 Tagen erreicht. Bei Wassertemperaturen von unter 30 °C wurde eine effektive Röste nach der innovativen V orbehandlung in etwa 1,5 Wochen erreicht.
Beispiel 3: Chemischer KrnftauEchluss zum Krlmk von Baobab-Fasern.
Die Baobab-Sprösslinge /Jungbäume -wurden direkt bei der Ernte von einem Mähdrescher von Deutz-Fahr Gigant 500 zu Hackschnitzeln verarbeitet. Diese Hackschnitzel wurden anschließend in die Hydraulische Doppelständerpresse (hydraulische Press-Maschine) von Dieffenbacher. Die hydraulische Doppelständerpresse entwässerte die Hackschnitzel durch Druckaufbringung von 10.000 N/m2 und verbesserte dadurch die Freilegung der Fasern.
Anschließend wurden die Hackschnitzel in einen mit Wasser gefüllten metallischen Behälter gelegt. Es wurden die folgenden Chemikalien zugeführt: 15% Natriumhydroxid (NaOH), 4% Natriumsulfid (Na2S). Die Menge der Chemikalien in Prozent (%) ist bezogen auf die Masse des eingesetzten Baobab-Pflanzenmaterials. Das Gemisch wurde bei einem Druck von 10 bar auf eine Temperatur von 90 °C erhitzt. Dies ermöglichte eine sehr schnelle Lösung des Pektins und Lignins innerhalb eines Zeitraums von zirka 2,5 Stunden. Durch die vorausgehende Zerkleinerung in Hackschnitzel war kein weiterer Aufs chlus s s chtitt nötig.
Zuletzt wurde der erzeugte Zellstoff getrocknet, gesäubert und verpackt.
Das Verfahren ergab eine Ausbeute von 50 % trockenem Zellstoff. Das eingesetzte, entwässerte Baobab-Pflanzenmaterial hatte einen Cellulose-Gehalt von 53 %.
Die Länge der einzelnen Fasern im Zellstoff, gewonnen aus dem Baobab-Pflanzenmaterial, betrug etwa 2-4,6 mm, die Breite etwa 0,025-0,050 mm.
Durch die innovative V orbehandlung (Entwässerung/Faserfreilegung) war eine Einsparung der eingesetzten Chemikalien möglich. Verglichen mit konventionellen Verfahren betrug die Einsparung bei Natriumhydroxid (NaOH) 5%, bei Natriumsulfid (Na2S) 1%. Auch die Dauer des chemischen Kraftaufschlusses konnte verringert werden, bei konventionellen Verfahren beträgt diese bis zu 6 Stunden. Wurde die Dauer des chemischen Kraftaufschlusses nach innovativer V orbehandlung verlängert, ermöglichte dies eine weitere Reduzierung der zugefuhrten Chemikalien von bis zu 20% verglichen mit konventionellen Verfahren.
Beispiel 4. Ultraschall Aufschluss zum Erhalt von Baobab-Fasern.
Die Baobab-Sprösslinge/Jungbäume wurden maschinell mittels des Simon RPNC-Leek Harvesters aus dem Boden gezogen. Danach wurden mit einem scharfen Gegenstand (Messer) per Hand Blätter und Knolle vom Stängel/Stamm der Sprösslinge/Jungbäume getrennt. Anschließend wurde eine Entwässerung durchgefuhrt. Dazu wurde der Baobab-Rohstoff in die Hydraulische Doppelständerpresse (hydraulische Pres s-Maschine) von Dieffenbacher eingefuhrt. Diese entwässerte den Baobab durch Druckaufbringung von 10.000 N/m2 und verbesserte damit die Freilegung der Fasern.
Danach wurde der Stängel/ Stamm des Baobab-Sprösslings/Jungbaums in eine wässrige Lösung gelegt. Die Lösung wurde mittels des Ultraschall-Prozessors Hielscher's Ultraschall UIP16000 mit einem Ultraschallfeld bearbeitet. Während dieses Prozesses wurden die Fasern gereinigt. Begleitstoffe, Mikroorganismen, Färb- und Geruchstoffe und lösliche organische Bestandteile wurden weitgehend herausgelöst.
Anschließend wurden die Fasern geöffnet und nochmals gereinigt und unter Hitzeeinwirkung getrocknet. Die dadurch entfernten Scheben und Kurzfasern sind als Zusatzprodukte verwendbar. Das Faser-Scheben-Gemisch ist als Nebenprodukt verwertbar. Zuletzt wurden die trockenen Fasern gekämmt und in verschiedene Sorten sortiert und in Ballen verpackt.
Das Verfahren ergab eine Ausbeute von einem Faseranteil von 30 bis 40% der Gesamtmasse eines Baobab- Jungbaumes. Die gewonnen Faserbündel sind zirka 80 cm bis 140 cm lang, 2 mm bis 10 mm dick und 10 mm bis 50 mm. Der Fokus lag auf der Gewinnung von Langfasern möglichst hoher Qualität.
Im Vergleich zu einem Verfahren ohne Entwässerung, ergab sich ein besseres Ergebnis. Durch Entwässern des Pflanz enmaterials und Freilegen der Fasern wurde innerhalb 30% kürzerer Zeit das gleiche Resultat erzielt.
Beispiel 5: Dampfdruck- Aufschluss zum Erhall· von Baobab- Fasern nn Lai ormafi sab.
Die Baobab-Sprösslinge /Jungbäume wurden maschinell mittels des Simon RPNC-Leek Harvesters aus dem Boden gezogen. Danach wurden mit einem scharfen Gegenstand (Messer) per Hand Blätter und Knolle vom Stängel/ Stamm der Sprösslinge/Jungbäume getrennt. Anschließend wurde eine Entwässerung durchgeführt. Dazu wurde der Baobab- Rohstoff in die Presswalze-Rundbiege-Maschine von Davi eingeführt. Diese entwässerte den Baobab durch Druckaufbringung von 8.000 N/m2 und verbesserte die Freilegung der Fasern.
Danach wurde das Baobab-Pflanzenmaterial mittels hohen Drucks (50 bar) bei einer Temperatur von 200 °C in einem Sattdamp fzustand mit alkalischem Dampf für einen Zeitraum vom 5 Minuten behandelt. Daraufhin folgte eine rapide Absenkung des Drucks. Hierbei verdampfte das Wasser im Baobab-Pflanzenmaterial. Dies bewirkte einen Zerfall des Zellverbundes in Einzelfasern.
Die Fasern wurden getrocknet, die trockenen Fasern gekämmt und in verschiedene Sorten sortiert und in Ballen verpackt.
Das Verfahren ergab eine Ausbeute von einem Faseranteil von 30 bis 40% der Gesamtmasse eines Baobab- Jungbaumes. Die gewonnen Faserbündel sind zirka 80 cm bis 140 cm lang, 2 mm bis 10 mm dick und 10 mm bis 50 mm. Der Fokus liegt auf der Gewinnung von Langfasem möglichst hoher Qualität.
Im Vergleich zu einem Verfahren ohne Entwässerung ergab sich durch die V orbehandlung ein besseres Ergebnis. Durch das Entwässern musste weniger Wasser verdampfen, somit hatte das Baobab-Pflanzenmaterial einen niedrigeren Wasseranteil. Daraus folgend wurde 30% weniger Zeit für das gleiche Resultat in Anspruch genommen. Eine kürzere Anwendung des Dampfdruck-Aufschlusses bringt auch eine erhebliche Energieerspamis mit sich.
Beispiel : Natural-Pulpmg zum Lühalt von Baobab- Fasern Zells Loft
Die Baobab-Sprösslinge/Jungbäume wurden direkt bei der Ernte von einem Mähdrescher von Deutz-Fahr Gigant 500 zu Hackschnitzeln verarbeitet. Diese Hackschnitzel wurden anschließend in die Hydraulische Doppelständerpresse (hydraulische Press-Maschine) von Dieffenbacher. Die hydraulische Doppelständerpresse entwässerte die Hackschnitzel durch Druckaufbringung von 10.000 N/m2 und verbesserte dadurch die Freilegung der Fasern.
Anschließend wurden die Baobab-Hackschnitzel zusammen mit Ameisensäure und Wasserstoffperoxid (HjO^ bei einer Temperatur von 120 °C für 3 Stunden in einen metallischen Behälter gekocht. Zudem wurde ein Druck von 7 bar angelegt. Die Konzentrationen von Ameisensäure und Wasserstoffperoxid lagen bei 10% und 17% (zusammengenommen also 27%) der Masse des eingesetzten Baobab-Pflanzenmaterials· Im Anschluss konnte die Ameisensäure über destiHative Schritte zu zirka 97% zurückgewonnen werden. Durch die vorausgehende Zerkleinerung des Baobab-Pflanzenmaterials in Hackschnitzel war kein weiterer Aufschlussschritt nötig.
Zuletzt wurde der erzeugte Zellstoff getrocknet, gesäubert und verpackt.
Das Verfahren ergab eine Ausbeute von 50 % trockenem Zellstoff. Das eingesetzte entwässerte Baobab-Pflanzenmaterial hatte einen Cellulose-Gehalt von 53 %.
Die Länge der einzelnen Fasern im Zellstoff, gewonnen aus dem Baobab-Pflanzenmaterial, beträgt etwa 2-4,6 mm, die Breite etwa 0,025-0,050 mm.
Im Vergleich zu einem Verfahren ohne Entwässerung, konnte das gewünschte Ergebnis mit einer Zeitersparnis von 15% erreicht werden. Durch die Entwässerung und Freilegung der Fasern wurde zudem die Menge der zugeführten Chemikalien um etwa 10% reduziert.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Ein Verfahren zum Erhalt von Baobab-Fasern, umfassend die folgenden Schritte:
a) Gewinnung von Baobab-PfLanzenmaterial
b) Entwässerung des Baobab-Pflanzenmaterials aus Schritt a),
wobei die Entwässerung des Baobab-Pflanzenmaterials vor dessen Aufschluss stattfindet und durch eine hydraulische Presse und/oder eine Pres swalz e/ Rundbiegemas chine erfolgt,
c) Aufschluss des entwässerten Baobab-Pflanzenmaterials aus Schritt b).
2. Das Verfahren von Anspruch 1, wobei zudem zwischen Schritt b) und Schritt c) eine Röste des Pflanzenmaterials aus Schritt b) durchgeführt wird.
3. Das Verfahren von Anspruch 1 oder 2, wobei zudem Schritt d), eine Nachbehandlung der Baobab-Fasern aus Schritt c), durchgeführt wird.
4. Das Verfahren von einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt a) das Baobab-Pflanzenmaterial von einem Baobab-Sprössling oder Baobab-Jungbaum gewonnen wird.
5. Das Verfahren von einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor Schritt b) Blätter und Knolle aus dem Baobab-Pflanzenmaterial entfernt werden.
6. Das Verfahren von einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt b) ein Druck von 500 N/m2 bis 200.000 N/m2 auf das Baobab-Pflanzenmaterial ausgeübt wird.
7. Das Verfahren von einem der Ansprüche 2-6, wobei die Röste durch ein Verfahren durchgeführt wird, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Tauröste/Feldröste, Wasserröste, chemische Röste.
8. Das Verfahren von einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt c) der Aufschluss des Baobab-Pflanzenmaterials durch ein Verfahren erfolgt, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Dampfdruck-Aufschluss, Ul traschall- Aufschluss, chemischer Kraftaufschluss, mechanischer Aufschluss, Natural Pulping.
9. Das Verfahren von einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt d) das Trocknen der durch Schritt c) erhaltenen Baobab-Fasern und optional zudem das Kämmen der getrockneten Baobab-Fasern und optional zudem das das Sortieren der gekämmten Baobab-Fasern umfasst.
10. Eine Zusammensetzung, umfassend Baobab-Fasern, die nach einem Verfahren der Ansprüche 1-9 hergestellt sind, sowie Magnesiumstearat.
11. Die Zusammensetzung von Anspruch 10, wobei der Anteil der Baobab-Fasern 1-50% der Trockenmasse beträgt.
12. Die Zusammensetzung von Anspruch 10 oder 11, wobei der Anteil des Magnesiumstearats 1-20% der Trockenmasse beträgt.
13. Die Zusammensetzung von Anspruch 12, wobei der Anteil des Magnesiumstearats 2- 10% der Trockenmasse beträgt.
14. Die Zusammensetzung von einem der Ansprüche 10-13, wobei die Zusammensetzung zudem Stärke und/ oder Konservierungsstoffe umfasst.
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