WO2024094714A1 - Verfahren zum separieren von pflanzenfasern aus nesselpflanzen, deren verwendung, sowie eine vorrichtung hierzu - Google Patents

Verfahren zum separieren von pflanzenfasern aus nesselpflanzen, deren verwendung, sowie eine vorrichtung hierzu Download PDF

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WO2024094714A1
WO2024094714A1 PCT/EP2023/080393 EP2023080393W WO2024094714A1 WO 2024094714 A1 WO2024094714 A1 WO 2024094714A1 EP 2023080393 W EP2023080393 W EP 2023080393W WO 2024094714 A1 WO2024094714 A1 WO 2024094714A1
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WO
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nettle
silage
bands
stems
degumming
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/080393
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English (en)
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Inventor
Marianne LEUPIN
Erik HAGANDER
Original Assignee
Nettle Circle Gmbh
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    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01B—MECHANICAL TREATMENT OF NATURAL FIBROUS OR FILAMENTARY MATERIAL TO OBTAIN FIBRES OF FILAMENTS, e.g. FOR SPINNING
    • D01B1/00—Mechanical separation of fibres from plant material, e.g. seeds, leaves, stalks
    • D01B1/10—Separating vegetable fibres from stalks or leaves
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01B—MECHANICAL TREATMENT OF NATURAL FIBROUS OR FILAMENTARY MATERIAL TO OBTAIN FIBRES OF FILAMENTS, e.g. FOR SPINNING
    • D01B1/00—Mechanical separation of fibres from plant material, e.g. seeds, leaves, stalks
    • D01B1/50—Obtaining fibres from other specified vegetable matter, e.g. peat, Spanish moss
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01B—MECHANICAL TREATMENT OF NATURAL FIBROUS OR FILAMENTARY MATERIAL TO OBTAIN FIBRES OF FILAMENTS, e.g. FOR SPINNING
    • D01B9/00—Other mechanical treatment of natural fibrous or filamentary material to obtain fibres or filaments
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01C—CHEMICAL OR BIOLOGICAL TREATMENT OF NATURAL FILAMENTARY OR FIBROUS MATERIAL TO OBTAIN FILAMENTS OR FIBRES FOR SPINNING; CARBONISING RAGS TO RECOVER ANIMAL FIBRES
    • D01C1/00—Treatment of vegetable material
    • D01C1/04—Bacteriological retting

Definitions

  • the invention relates to a method for separating plant fibers from nettle plants, the use of the separated plant fibers obtained by the method for further processing, and a device for separating the plant fibers.
  • Plant fibers for example from bast fiber plants such as flax or hemp, are used in a variety of industrial applications.
  • the bast fibers sclerenchyma plant fibers
  • the strengthening tissue i.e. in the outer layer of the plant stem, together with other components such as pectins, hemicelluloses and lignins, mostly as fiber or cell bundles.
  • the cell walls (primary and secondary cell walls) of the individual plant fiber cells consist mainly of cellulose and are connected by middle lamellae, primarily pectins, hemicelluloses and lignins, also known as gum substances, to plant fiber bundles that extend almost the entire length of the stem.
  • middle lamellae primarily pectins, hemicelluloses and lignins, also known as gum substances.
  • the amount of the individual gum components depends on the degree of maturity of the plants. If the plant fibers are to be processed into yarns using a short-staple spinning process, such as the cotton spinning process, the plant fiber bundles must first be freed of the gum components and then broken down into individual plant fibers by means of Lacization, for example by using diluted alkalis to dissolve the pectins.
  • the plant fibres In order to separate the plant fibres from the respective bast fibre plants, the plant fibres must therefore not only be separated from the inside of the stem, i.e. the wood core, but also from the other components of the strengthening tissue.
  • the grown plants are pulled out of the ground with their roots and then subjected to retting in the field, in particular field retting, i.e. the plants are left in the field for a certain period of time - usually four days to several weeks.
  • field retting bacteria and fungi break the bond between the plant fiber bundles and the surrounding tissue.
  • dew retting also known as field retting, in which the flax straw is left in the fields.
  • This process is environmentally friendly because, among other things, nutrients created during retting are partially returned to the soil.
  • the disadvantage of this process is its susceptibility to weather and the length of the retting process.
  • the fibers - and thus the entire harvest - may be destroyed, for example by microbial degradation of the plant fibers.
  • the weather also plays a critical role, as too much rain can have a very negative effect on the plant fibers.
  • the stems are to be kept for later processing, i.e. stored, they must at least be dry. This shows how critical it is to find the right time to process the roses.
  • the roasted plant stalks are dried and mechanically processed in the well-known process for bast fiber plants.
  • the wood cores are first broken and chopped into small pieces, so-called shives.
  • shives During the subsequent swinging, the chopped pieces of the wood core are separated from the bast, for example flax bast.
  • This also produces short flax plant fibers, called tow.
  • the flax is hackled and parallelized and further cleaned.
  • the flax plant fibers, also known as long plant fibers are then twisted into plaits and taken to spinning mills.
  • the short plant fibers either arise as a by-product during the long plant fiber extraction process, or the entire production is geared towards short plant fibers.
  • the large stinging nettle (Urtica dioica), which also contains plant fibers, and the Himalayan nettle (Girardinia diversifolia), also known as the wild Himalayan nettle, the reed nettle (Urtica kioviensis) and the Siberian hemp nettle (Urtica cannabina) are plant species of the genus of nettles (Urticaceae) and thus belong to the nettle plants. These nettles can be grown in Central Europe and have high-quality plant fibers.
  • Fine yarns can be made from them, which are very suitable as a starting material for the production of fabrics for various applications, such as clothing, blankets, cloths, sacks, etc., or for the production of ropes or similar longitudinal elements.
  • the resulting products are characterized in particular by increased durability, lightness, heat regulation, longevity, breathability, antimicrobial properties and moisture-regulating properties. These properties can also be individually adjusted by specifically processing the fibers.
  • a knitted fabric made of cellulose fibers which contains nettle-based plant fibers.
  • the knitted fabric is said to be composed of mixed fibers made of nettle with cotton, linen and/or viscose.
  • the nettle plants are cut just above the ground, i.e. usually mown and then left on the ground for 2-3 weeks for the "field retting". Depending on the weather conditions, this process is better or worse, although the yield and quality of the field retting can be subject to strong fluctuations due to the weather.
  • the stems are collected and dried in order to then extract the fibers in a mechanical process (e.g. hammer mill).
  • a mechanical process e.g. hammer mill
  • DE-A-10 2017 011 741 describes a process for the enzymatic-surfactant breakdown of bast fibers, whereby bast strips or bast fibers or bundles of bast strips or bast fibers are held at one end by a holder, but are otherwise located in a container or hanging in or down from a container.
  • This container is flooded or rinsed with water or a liquid.
  • the bast or bast fibers in the water or liquid are then subjected to a fermentation, decomposition, washing or rinsing process or a combination. tion from these. Air is fed into the container during the washing or rinsing process, ie the process takes place under aerobic conditions.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method and a device for separating plant fibers from nettle plants, in particular from stinging nettles, in which the plant fibers can be separated from the rest of the nettle plant in a simple manner, whereby the excellent material properties of the plant fibers are to be retained as far as possible for versatile use and for industrial processing into a high-quality yarn, in particular for the textile industry.
  • the extraction of the plant fibers should be as independent of the weather as possible. It should also be possible, even in critical weather conditions, to process the entire harvest, i.e. all cut nettle plants, into plant fibers without loss.
  • the plant fibers should be able to be stored during and/or after separation in such a way that they can be processed further, for example, months after the harvest, and thus at any later point in time.
  • the plant fibers (1 ) can be processed directly into a fabric, for example, or by means of industrial processing into a high-quality yarn, for example for the textile industry.
  • the high-quality plant fibers contained in this plant can be extracted efficiently in the required quality and these can be spun into yarns as a starting material for the production of fabrics for various applications, such as clothing, blankets, cloths, sacks, etc. or used for the production of ropes or similar longitudinal elements.
  • the process is carried out without the critical field roasting, which means that there is no need to fear loss of the harvest - and thus of plant fibers (1) - even in unfavorable weather. This also reduces the farmer's workload.
  • the plant fibers (1) are also available for further processing at any time, and the plant fibers (1) can easily be stored for longer periods, i.e. months or years. This means that there is no need for immediate further processing. Accordingly, the machines and equipment for further processing can be better utilized, for example throughout the whole year.
  • the process prevents unwanted fermentation of the nettle plants (2) and thus also an undesirable impairment of the plant fibers (1 ) and their quality.
  • the anaerobic storage of the nettle bands (4) also leads to a controlled breakdown of the plant fibers (1 ) without fermentation. This also allows the use of the plant fibers (1 ) obtained by the process and further processing of the plant fibers (1 ) to particularly high-quality products such as yarns, textiles, ropes, fleeces, cords and strings.
  • the good thermal insulation, water vapor permeability and breathability, which make clothing made of such a material comfortable to wear, the tear and tensile strength of the yarns of this Urtica Dioica or Girardinia diversifolia are higher compared to other types of yarn, depending on the spinning process used.
  • the device (9) according to the invention surprisingly allows simple mechanical processing and storage of the nettle ribbons (4) as well as separation of the plant fibers (1) according to the method according to the invention. It is also possible to carry out the individual process steps in the field in a simple manner using the device (9) - either all together or in one or more partial steps.
  • the method according to the invention for separating plant fibers (1) from nettle plants (2) with stems (3) comprises cutting and dewooding the stems (3), whereby at least one nettle band (4) is obtained for each stem (3), wherein each nettle band (4) contains the plant fibers (1) as well as further components (5) such as lignin, pectin and hemicelluloses.
  • the nettle bands (4) are brought into contact with a silage and degumming solution (6), i.e.
  • the plant fibers (1) separate from the other components (5) of the nettle bands (4), wherein the stems (3) are dewooded within 72 hours, preferably within 48 hours, in particular within 24 hours, after cutting, and thus the moist stem (3) is freshly dewooded without a drying step, the storage, i.e.
  • the nettle plants (2) are the common stinging nettle (Urtica Dioica), the Himalayan nettle (Girardinia diversifolia), the reed nettle (Urtica kioviensis) and/or the Siberian hemp nettle (Urtica cannabina), also called hemp nettle.
  • the plant fibers of the large stinging nettle (Urtica Dioica), the Himalayan nettle (Girardinia diversifolia), the reed nettle (Urtica kioviensis) and the Siberian hemp nettle (Urtica cannabina) differ from the plant fibers of other nettle species and from the plant fibers of other bast plants such as flax, in particular due to the spin structure, which gives the products made from the plant fibers (1) of the nettle plants (2) their excellent properties. This is why the plant fibers (1) of the nettle plants (2) mentioned are much more difficult to separate.
  • the stems (3) are separated into nettle bands (4) and wood core (8).
  • the dewooded stems (3) i.e. the nettle bands (4)
  • the nettle bands (4) can first be dried and then brought into contact with the silage and degumming solution (6) and then stored.
  • the term «storage» also called «storage» refers to the anaerobic storage of the nettle bands (4). During this storage of the nettle bands (4), the other components (5) are broken down due to the presence of the silage and degumming solution (6) with additives which are contained in the solution (6) and/or are naturally present on the nettle bands (4), whereby the plant fibres (1) can be easily and separated in a certain way.
  • the term «storage» does not mean the mere storage of the nettle bands (4), but rather a separation of the plant fibers (1) from the nettle bands (4) through a biochemical reaction.
  • the nettle bands (4) are brought into contact with the silage and degumming solution (6) within 24 hours, in particular within 3 hours, after dewooding and stored anaerobically. It is particularly preferred if the nettle bands (4) are brought into contact with and stored with the silage and degumming solution (6) within one hour, or even within 30 minutes, after dewooding.
  • the roots are preferably left in the ground so that the plant can grow again.
  • the cut stems are then processed by dewooding.
  • the aim of this is to ensure that the moisture content of the stems, which is around 70% of the total weight when unharvested, is not or only slightly reduced.
  • the bark or bast layer i.e. the nettle bands (4), is divided into a number of bundles or bands, each of which contains a large number of plant fibers. This dewooding of the stems when they are wet is subsequently referred to as fresh dewooding. This prevents mechanical damage to the plant fibers.
  • the short period of time between cutting and deforestation ensures that the plant fibres retain their moisture content in the unharvested
  • the moisture content should not fall below approximately 70% of the total weight, or should not fall significantly below this.
  • the stem (3) preferably has a moisture content of at least 50% by weight, preferably at least 60% by weight, when dewooded, whereby the stem (3) is bendable, ie flexible, and does not break, which can have negative effects on the plant fibers (1).
  • the moisture content is preferably determined as the relative weight difference of the moist to the dry stems (3), based on the moist stems (3).
  • the stems (3) are also de-leafed and de-tipped, i.e. de-headed, after cutting.
  • the de-leafing and/or de-tipping of the stems (3) is typically carried out mechanically in a manner known to the person skilled in the art.
  • the stems (3) of the nettle plants (2) are preferably processed into nettle bands (4) by dewooding, either directly during harvesting or within a short period of time after cutting, de-topping, i.e. de-heading, and de-leafing.
  • de-topping i.e. de-heading
  • de-leafing i.e. de-heading
  • the stems must be shortened as necessary so that the bands do not wrap during dewooding.
  • the chopped wood core is removed from the bands by shaking, the epidermis by stripping and, if possible, loose and/or water-soluble components are removed by rinsing with water.
  • the release of the plant fibres (1) i.e. the separation of the plant fibres (1) from the other components (5) of the nettle bands (4) is carried out with the silage and degumming solution (6) during storage for a predetermined minimum period of time under anaerobic conditions.
  • the aqueous silage and degumming solution (6) can be applied to the nettle bands simply by spraying and/or dipping them into the liquid. (4) can be applied. Additional decomposition using water and/or air, in particular a water and/or air jet under pressure directed at the stems or bands, could also be carried out. Such decomposition can also be carried out after fresh deforestation in order to remove as many of the loose components as possible and/or after completion of the moist storage, i.e. storage in a moist state or moist storage, in order to wash away the crushed gum substances and, if necessary, also the applied enzymes, lactic acid bacteria and bark parenchyma cells surrounding the plant fibers.
  • the silage and degumming solution (6) is an aqueous solution. It is possible that the solution (6) does not contain any further additives. It has been found that the naturally present bacteria, fungi, etc. on and/or in the nettle bands (4) are sufficient to separate the plant fibers (1) from the nettle bands (4). However, it is often advantageous if the silage and degumming solution (6) comprises at least one additive, in particular an acid, lactic acid bacteria (Lactobacillales), an enzyme and/or a complexing agent.
  • the acid is preferably an organic acid, for example lactic acid or acetic acid, although the acid can also be an inorganic acid, for example hydrochloric acid.
  • the enzyme is preferably a gum-degrading enzyme, for example pectinase, hemicellulase, BioPrep® 3000L, Viscozyme®.
  • the enzyme can be based on natural proteins.
  • the complexing agent is, for example, particularly preferably ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) or a salt thereof.
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • the process according to the invention is thus environmentally friendly and the silage and degumming solution (6) can be used sustainably. If the silage and degumming solution (6) comprises at least one additive, the separation of the plant fibers (1) typically takes place more quickly than if only water is used.
  • the nettle bands (4) obtained in this way are typically brought into contact with the silage agents, i.e.
  • additives such as organic acids, e.g. lactic acid, selected lactic acid bacteria and/or gum-degrading enzymes, e.g. pectinases and hemicellulases, while still wet, i.e. impregnated, and stored airtight, i.e. anaerobically.
  • the stingle bands (4) brought into contact with the silage and degumming solution (6) are stored anaerobically for several weeks, but usually for at least 14 days, in particular for at least 21 days.
  • the desired degumming process i.e.
  • the separation of the plant fibers (1) from the other components (5) of the nettle bands (4), is usually completed after 4 to 6 weeks at the latest, depending on the type and amount of additives present in the silage and degumming solution (6).
  • the nettle ribbons (4) comprising the plant fibers (1) can be stored for up to 12 or 15 months or more without any loss of quality.
  • the silage and degumming solution (6) is composed in such a way and has such a strength or concentration for separating the plant fibers (1 ) that it effectively dissolves, i.e. dissolves, the composite substances present in the middle lamellae, such as pectins, hemicelluloses and lignins, during storage, while leaving the cellulosic cell walls of the plant fibers (1 ), i.e. the bast fibers, intact, so that they remain intact as released, i.e. separated, plant fibers, which can be plant fiber bundles and/or individual plant fibers.
  • the silage and degumming solution (6) advantageously consists of natural components, for example lactic acid, lactic acid bacteria and/or gum-degrading enzymes or similar.
  • the solution (6) is diluted in such a way that it enables a homogeneous distribution of the ingredients on the belts.
  • a silage and degumming solution (6) also called impregnation solution, can be used, by means of which different qualities can be achieved with regard to the plant fibre properties, such as their surface quality and tear strength.
  • the concentration of the acid, the lactic acid bacteria, the enzyme or the complexing agent in the silage and degumming solution (6) is advantageously from 0.002 to 3 wt.%, preferably from 0.01 to 2 wt.%, in particular from 0.01 to 1 wt.%, based on the active content of the respective component or components.
  • the nettle bands (4) are preferably brought into contact with 10 to 200 mg, in particular 20 to 150 mg, of silage and degumming solution (6) per gram (g) of nettle band (4), with anaerobic storage taking place afterwards, or stored anaerobically in the silage and degumming solution (6), i.e. stored, with the nettle bands (4), preferably completely, surrounded by the silage and degumming solution (6).
  • the nettle bands (4) are preferably not held by a holder.
  • the nettle bands (4) i.e. the bands (4), are advantageously brought into contact with the silage and degumming solution (6) by spraying, rolling, reversible dipping, and/or spraying.
  • the anaerobic storage of the nettle bands (4) brought into contact with the silage and degumming solution (6) takes place in an anaerobic sealable container, for example in a tank or autoclave under exclusion of air. Storage is particularly preferably carried out - typically in compacted form - in a silage bale (7).
  • the silage bales (7) are preferably completely covered with a plastic film. wrapped and packaged so that anaerobic conditions prevail within the silage bale (7).
  • the plastic film is preferably a commercially available, colored silage film, for example made of polyethylene (PE). This is a particularly simple and cost-effective storage method that can last for 12 months or longer.
  • the silage bales (7) can be stored in a suitable, particularly protected, location, if necessary under cover.
  • the silage bales (7) can be opened at any time after the decomposition of the other components has been completed and the separated plant fibers (1) can be fed for preparation and, if necessary, further processing.
  • Silage bales (7) are known in agriculture for storing cut grass.
  • the expert would not store the nettle bands (4) in silage bales (7) for separating the plant fibers present in the nettle bands (4), especially since according to the method according to the invention the silage bales (7) also serve as a chemical or biochemical reactor.
  • the silage bales (7) also serve as a chemical or biochemical reactor.
  • the expert would therefore select a container for storage that is easy to control, for example an anaerobically sealable tank, as is often described in the literature.
  • the conditions of the nettle bands (4) stored in silage bales (7) cannot be controlled or can only be controlled with difficulty, which deters the expert from this solution.
  • the nettle bands (4) are preferably stored at a minimum temperature of +1 °C or higher, preferably room temperature, i.e. 20 °C, or higher, whereby the temperature should preferably not exceed 60 °C.
  • the plant fibres (1) separated by the process according to the invention can advantageously be processed into a yarn, fabric, rope, fleece, Cord and/or string can be further processed, whereby the products obtained in this way have the advantages mentioned.
  • a spinning process can also be used during further processing if required.
  • the separated plant fibers (1) obtained by the process according to the invention can be used particularly well for further processing into a yarn, surface textile, rope, fleece, cord and/or string.
  • the moist and enzymatically degummed tapes (4) or the plant fibers (1) separated in this way are typically rinsed with water after storage, preferably washed with cleaning agents and refined.
  • the temperature of the washing process can be - typically over a predetermined period of time - from room temperature to temperatures, for example in an autoclave, of over 100° Celsius.
  • the cleaned and separated plant fibers (1) After washing and drying the cleaned and separated plant fibers (1), they can be refined in a conventional manner. For example, they can be mechanically opened or separated, i.e. completely separated from each other, and processed into a yarn by a spinning process.
  • a device (9) for separating the plant fibers (1) from nettle plants (2) according to the method according to the invention comprising a dewooding and separation unit (C) for fresh dewooding of the stems (3) and for separating the nettle bands (4) from the wood core (8), a silage and degumming unit (D) with which the nettle bands (4) are brought into contact with the silage and degumming solution (6), a silage unit (E) with which the nettle bands (4) brought into contact with the silage and degumming solution (6) are compacted and packaged airtight by means of a film, wherein the device (9) can be one-part or multi-part.
  • the dewooding and separation unit (C) for fresh dewooding of the stems (3) comprises a mechanical device for separating the wood core (8), also called shives, as well as the leaves and possibly the seeds of the harvested nettle plant from the outer bark or bast layer (13) of the stem (3).
  • the latter form the nettle bands (4) after dewooding.
  • Dewooding is typically carried out by crushing, beating and scraping the stem (3) using at least one rotating cylinder with evenly arranged blades and a crusher or scraper block or other rotating cylinders.
  • the silage and degumming unit (D), with which the nettle bands (4) are brought into contact with the silage and degumming solution (6) preferably comprises a vessel for receiving the silage and degumming solution (6) and a device connected to the vessel for bringing the nettle bands (4) into contact with the solution (6).
  • This device is advantageously a nozzle with which the nettle bands (4) can be sprayed with the solution (6).
  • the silage unit (E) compacts the nettle bands (4) that have been brought into contact with the silage and degumming solution (6) and uses a film completely airtight, whereby the silage bales (7) are obtained. These can then be stored in a suitable location in a known manner, for example with a tractor with appropriate lifting equipment.
  • the film is preferably light in color, for example white, so that the stored nettle bands (4) and separated plant fibers (1) do not heat up too much in the sun.
  • the device (9) comprises an upstream cutting unit (A) for cutting the nettle plants (2), and/or a unit (B) for removing the tips and/or defoliating the stems.
  • the unit (B) is preferably arranged upstream of the dewooding and separating unit (C) and, if present, downstream of the cutting unit (A). This allows the stems (3) to be freshly dewooded directly after the stems have been cut and/or defoliated.
  • the device (9) can comprise a receiving unit for receiving the cut nettle plants (2) and introducing them into the unit (B) or (C).
  • the receiving unit can, for example, be in the form of a rotatable axis on which outwardly directed metal rods are arranged.
  • the dewooding and separating unit (C) can form a separate unit, or can be connected to the unit (B) for removing the tips and/or leaves from the stems, whereby these can also be connected to the cutting unit (A) if necessary.
  • the resulting nettle bands (4) are separated from the wood core (8) and then pressed into silage bales (7) with another unit comprising the silage and degumming unit (D) and the silage unit (E).
  • the cutting unit (A) can be part of the entire device (9) or part of the first part of the device (9), comprising, for example, the unit (B) for topping and/or defoliating and/or the dewooding and separating unit (C).
  • the cutting unit (A) can also be a separate unit, for example in the form of a conventional mower.
  • a large number of nettle bands (4) can surprisingly be packed and degummed in silage bales (7), i.e. the plant fibers (1) can be separated from the nettle bands (4) in a simple manner. This is done without any manipulation, such as stirring, having to be carried out.
  • the nettle bands (4) - and after degumming also the separated plant fibers (1) - are stored in the silage bales (7) until further use.
  • the container for the anaerobic storage of the nettle bands (4) brought into contact with the silage and degumming solution (6) can be provided with a control device by means of which the temperatures and/or pressure in the container or in the room in which the silage bales (7) are stored can be controlled or regulated. This enables optimization and shortening of the minimum storage time of the plant fibers.
  • the grown nettle plants (2) in the form of the large stinging nettle (Urtica Dioica) were cut in a field in July with a motor mower and manually defoliated.
  • the result was stems (3) with a length of approx. 1.4 meters.
  • the stems (3) were treated within 12 hours after cutting with a commercially available
  • the bast fibers were dewooded using a commercially available bast fiber dewooding machine, whereby the nettle bands (4) comprising the plant fibers (1) were obtained.
  • the wood core (8) was separated from the nettle bands (4) and collected in the form of shives.
  • silage and degumming solutions 1 to 3 were prepared and added to the nettle bands (4):
  • a silage and degumming solution 1 consisting of 65.33 ml of water, 1 ml of a 0.5 wt. % aqueous lactic acid solution and 0.33 ml of a commercially available enzymatic solution (BioPrep® 3000L from novozymes®) were used.
  • Viscozyme® L contains beta-glucanase (endo-1,3(4)-) in a concentration of 1-5 wt.%.
  • Experiment 3 of Examples 1 and 2 Experiment 1 was repeated omitting the addition of the lactic acid solution to obtain an ensiling and degumming solution 3.
  • Implementation example 1 500 g of the nettle strips (4) obtained in this way, also called dewooded fresh bast, were then stuffed into an airtight container (mason jar) with a capacity of 500 ml using a lever press within 3 hours of dewooding.
  • the moisture content of the nettle strips (4) was between 63.2 and 73.4% by weight, measured with an Agreto HFM II moisture meter.
  • the nettle strips (4) were stuffed in layers, with a portion of the silage and degumming solution (6) from the respective experiments being added to each layer. Depending on the experiment, up to 70 ml of solution (6) was added.
  • the stuffed containers were then sealed airtight, i.e.
  • Example 1 was repeated with the difference that the compressed nettle strips (4) were removed with a spatula after plugging and covered several times with a green-coloured commercially available silage film of the brand Tenospin®. completely wrapped so that no air could enter.
  • the resulting silage bale (7) in the form of a misshapen ball had a diameter of about 10 cm.
  • the foil was removed and the separated plant fibers (1) were separated from the other components (5) of the nettle tapes (4) as described above.
  • the separated plant fibers (1) have a length that corresponds - at least approximately - to the original length, which is a clear advantage over the state of the art.
  • Initial tests have shown that the plant fibers separated in this way (1 ) can be used to produce very fine yarns and blended yarns with other plant fibers, which can be further processed into high-quality fabrics for a wide range of applications.
  • clothes made from this material are very comfortable to wear, have high breathability, moisture regulation, durability, longevity, good antimicrobial properties and excellent heat regulation, as well as being lightweight.
  • silage and degumming solutions (6) with different compositions and proportions could be presented.
  • the solution could also contain at least one acid without enzymes, in which case a similar proportion would be used as in the above examples. More than one acid or more than one enzyme could also be contained in the solution (6).
  • Fig. 1 shows a partial cross-section of an enlarged stem (3) of the large stinging nettle (Urtica Dioica), i.e. the nettle plant (2) which is found in many places around the world.
  • the cross-sections of the other nettle species i.e. the Himalayan nettle (Girardinia diversifolia) from the Himalayan region, the reed nettle (Urtica kioviensis) and the Siberian hemp nettle (Urtica cannabina), are of comparable composition.
  • the stem (3) has an outer bark or bast layer (13) comprising the plant fibers (1 ) extending longitudinally therein (sclerenchyma fiber strands).
  • the latter are one between an outer covering fabric (15) and a ring-shaped reinforcing wood structure or wood core (8) (central cylinder) and are embedded in the bark parenchyma.
  • the bast and individual fibers (1) as well as the plant fiber bundles of the bark layer (13) are surrounded by the covering fabric (15) (bark parenchyma), the plant cells of which are removed by deforestation, since they sometimes have a negative effect on the spinning process as dust.
  • Additional components (5) such as pectins, hemicelluloses and lignin are arranged between the plant fibers (1). Not all components of the stem (3) shown are explained, only those in connection with the invention.
  • the outer region of the stem (3) which after dewooding is present as a nettle band (4), is separated from the wood core (8).
  • the nettle band (4) encloses the final tissue (15), called the epidermis.
  • the final tissue (15) is removed so that the gum-degrading enzymes in the silage and degumming solution (6) can better penetrate to the middle lamellae between the individual plant fiber cells of the plant fibers (1), but also between the plant fiber cells and the cells of the bark parenchyma, in order to break down the pectins and hemicelluloses during storage.
  • the plant cells of the bark parenchyma (dust) are then only removed during the washing process, which is carried out after storage, or during the subsequent mechanical opening, i.e. the separation of the plant fibers.
  • Fig. 2 shows the schematic representation of the device (9) comprising the optional cutting unit (A), the optional unit (B) for removing the tips and/or leaves from the stems, the dewooding and separating unit (C), the silage and degumming unit (D), and the silage unit (E).
  • the device (9) is shown as an example in one piece.
  • the dashed The lines with arrows show the processing direction through which the nettle plants (2) and their products pass.
  • the optional cutting unit (A) cuts the nettle plant (2) so that the roots of the nettle plants (2) remain in the soil and can sprout again.
  • the cut nettle plants (2) essentially the stems (3) with leaves, can then be de-tipped and/or defoliated in the optional unit (B) so that only the stems (3) are processed further.
  • These are de-wooded in the dewooding and separation unit (C), whereby the wood cores (8) are separated from the resulting nettle bands (4).
  • the latter are brought into contact with the silage and degumming solution (6) from the silage and degumming unit (D) and then compacted in the silage unit (E) and processed into bales, which are packed airtight using a film and thus processed into silage bales (7).
  • the plant fibers (1) contained in the nettle bands (4) of the nettle plants (2) are then separated from the nettle plants (2) in the resulting silage bales (7) during the anaerobic storage of the nettle bands (4).

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Separieren von Pflanzenfasern (1) aus Nesselpflanzen (2) mit Stängel (3) beansprucht, umfassend das Schneiden und Entholzen der Stängel (3), wodurch je Stängel (3) mindestens ein Nessel-Band (4) erhalten wird, wobei jedes Nessel-Band (4) die Pflanzenfasern (1) sowie weitere Komponenten (5) enthält, wobei - die Nessel-Bänder (4) mit einer Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebracht und aufbewahrt werden, wobei - die Stängel (3) innerhalb von 72 Std. nach dem Schneiden entholzt werden, - die Aufbewahrung der mit der Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebrachten Nessel-Bänder (4) unter anaeroben Bedingungen erfolgt, und - die Nesselpflanzen (2) die grosse Brennnessel (Urtica Dioica), die Himalayanessel (Girardinia diversifolia), die Röhricht-Brennnessel (Urtica kioviensis) und/oder die Sibirische Hanfnessel (Urtica cannabina) darstellt. Beansprucht wird auch die Verwendung der nach dem Verfahren erhaltenen separierten Pflanzenfasern (1), sowie eine Vorrichtung (9) zum Separieren der Pflanzenfasern (1), umfassend eine Entholzungseinheit (B), eine Trenneinheit (C), eine Silier- und Degummiereinheit (D), sowie eine Silagiereinheit (E).

Description

Verfahren zum Separieren von Pflanzenfasern aus Nesselpflanzen, deren Verwendung, sowie eine Vorrichtung hierzu
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Separieren von Pflanzenfasern aus Nesselpflanzen, die Verwendung der nach dem Verfahren erhaltenen separierten Pflanzenfasern zur Weiterverarbeitung, sowie eine Vorrichtung zum Separieren der Pflanzenfasern.
Pflanzenfasern, beispielsweise von Bastfaserpflanzen wie Flachs oder Hanf, werden industriell vielfältig genutzt. Dabei liegen die Bastfasern (Sklerenchym Pflanzenfasern), d.h. die Pflanzenfasern der Bastfaserpflanzen, im Festigungsgewebe, d.h. in der äusseren Schicht des Pflanzenstängels zusammen mit weiteren Komponenten, wie Pektinen, Hemicellulosen und Ligninen, zumeist als Faser- resp. Zellenbündel vor.
Die Zellwände (Primär- und Sekundärzellwände) der einzelnen Pflanzenfaserzellen bestehen zur Hauptsache aus Zellulose und sind mittels Mittellamellen, primär Pektine, Hemicellulosen und Lignine, gleichsam Gum- substanzen genannt, zu nahezu über die gesamte Stängellänge reichende Pflanzenfaserbündeln verbunden. Die Menge der einzelnen Gumbestandteile ist abhängig vom Reifegrad der Pflanzen. Sollen die Pflanzenfasern beispielsweise mittels Kurzstapelspinnverfahren, wie beim Baumwollspinnverfahren, zu Garnen verarbeitet werden, müssen die Pflanzenfaserbündel zunächst von den Gumbestandteilen befreit und anschliessend u.a. durch Kotonisierung in Einzel-Pflanzenfasern zerlegt werden, beispielsweise durch den Einsatz von verdünnten Laugen zum Auflösen der Pektine.
Um die Pflanzenfasern aus den jeweiligen Bastfaserpflanzen zu separieren, müssen daher die Pflanzenfasern nicht nur vom Inneren des Stängels, d.h. dem Holzkern, befreit werden, sondern auch von den weiteren Komponenten des Festigungsgewebes.
Bei der traditionellen Pflanzenfaseraufarbeitung von Bastfaserpflanzen, wie zum Beispiel bei Flachs, werden die gewachsenen und Pflanzen mit den Wurzeln aus dem Boden gezogen und anschliessend auf dem Feld einer Röste, insbesondere einer Feldröste, unterworfen, d.h. die Pflanzen werden für eine gewisse Zeit - in der Regel vier Tage bis mehrere Wochen - auf dem Feld liegen gelassen. Bei der Röste wird durch Bakterien und Pilze die Bindung zwischen den Pflanzenfaserbündeln und dem sie umgebenden Gewebe gelöst. Die vorherrschende Röstmethode ist die Tauröste, auch Feldröste genannt, bei dem das Flachsstroh auf den Feldern liegengelassen wird. Dieses Verfahren ist umweltfreundlich, da u.a. während der Röste entstehende Nährstoffe teilweise wieder in den Boden zurück gelangen. Bei diesem Verfahren ist aber die Witterungsanfälligkeit und die lange Dauer der Röste nachteilig. So ist es möglich, dass beispielsweise bei zu langem Rösten und ungünstigem Wetter die Fasern - und somit die ganze Ernte - zerstört werden, beispielsweise mittels mikrobiellen Abbaus der Pflanzenfasern. Auch spielt das Wetter eine kritische Rolle, da zu viel Regen sich äusserst negativ auf die Pflanzenfasern auswirken kann. Und falls die Stängel für eine spätere Verarbeitung aufbewahrt, d.h. eingelagert, werden sollten, müssen diese zumindest trocken sein. Dies zeigt, wie kritisch es ist, den richtigen Zeitpunkt für die Weiterverarbeitung der Röse zu finden.
Nach der Röste werden beim bekannten Verfahren für Bastfaserpflanzen die gerösteten Pflanzenhalme getrocknet und mechanisch weiterverarbeitet. Dabei werden die Holzkerne zunächst gebrochen und in kleine Stücke, sogenannte Schäben, zerkleinert. Beim anschliessenden Schwingen werden die zerkleinerten Stücke des Holzkerns vom Bast, beispielsweise Flachsbast, getrennt. Dabei fallen auch kurze Flachs-Pflanzenfasern, genannt Schwingwerg, an. Der Flachs wird gehechelt und dabei parallelisiert und weiter gereinigt. Die Flachs Pflanzenfasern, auch als Lang-Pflanzenfasern bezeichnet, werden danach zu Zöpfen gedreht und so in Spinnereien gebracht. Die Kurz-Pflanzenfasern fallen entweder bei der Lang-Pflanzen- fasergewinnung als Nebenprodukt an, oder die gesamte Produktion ist auf Kurz-Pflanzenfasern ausgerichtet.
Die ebenfalls Pflanzenfasern aufweisende grosse Brennnessel (Urtica dioica) und die Himalayanessel (Girardinia diversifolia), auch bekannt als wilde Himalayanessel, die Röhricht-Brennnessel (Urtica kioviensis) sowie die Sibirische Hanfnessel (Urtica cannabina) sind Pflanzenarten der Gattung der Brennnesselgewächse (Urticaceae) und somit den Nesselpflanzen zuzurechnen. Diese Brennnesseln können u.a. in Mitteleuropa angepflanzt werden und weisen hochwertige Pflanzenfasern auf. Daraus können u.a. feine Game hergestellt werden, welche beispielsweise sehr gut als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Stoffen für verschiedene Anwendungen, wie Bekleidungen, Decken, Tücher, Säcke etc., oder auch für die Herstellung von Seilen oder ähnlichen Längselementen eignen. Dabei zeichnen sich die erhalten Produkte insbesondere durch eine erhöhte Strapazierfähigkeit, Leichtigkeit, Wärmeregulierung, Langlebigkeit, Atmungsaktivität, antimikrobielle Eigenschaften, sowie feuchtigkeitsregulierende Eigenschaften aus. Mittels spezifischer Verarbeitung der Fasern können diese Eigenschaften auch individuell eingestellt werden.
Gemäss der WO-A-2017/108036 ist ein Gestrick aus Cellulosefasern offenbart, bei welchem Pflanzenfasern auf Nesselbasis enthalten sind. Insbesondere soll das Gestrick aus Mischfasern aus Brennnessel mit Baumwolle, Leinen und/oder Viskose zusammengesetzt sein.
Allerdings ist es bekannt, dass es - im Gegensatz zu anderen Bastfaserpflanzen wir Flachs - äusserst herausfordernd ist, die Pflanzenfasern aus den genannten Brennnesseln zu gewinnen. Dabei ist ein wichtiger Unterschied, dass die Pflanzenfasern der geeigneten Nesselpflanzen wie die grosse Brennnessel einen Spin, d.h. eine Spiralform, aufweisen, wobei die Pflanzenfasern der anderen Bastfaserpflanzen wie Flachs gerade, d.h. zylinderförmig, sind. Aufgrund dieser Struktur zerknittern Produkte basierend auf Flachsfasern schnell, während Produkte aus Nesselpflanzenfasern dehn- und biegbar sind und dadurch wesentlich weniger zerknittern. Aufgrund der Spin-Struktur der Nesselpflanzenfasern - zusammen mit der im Vergleich zu Flachsfasern kürzeren Länge - sind die aus der Herstellung der Flachsfasern bekannten Verfahren für Pflanzenfasern der Nesselpflanze nicht geeignet.
Bei der traditionellen Vorgehensweise werden die Nesselpflanzen knapp über dem Boden abgeschnitten, d.h. in der Regel gemäht und dann auf dem Boden für 2-3 Wochen für die «Feldröste» liegen gelassen. Je nach Wetterbedingungen verläuft dieser Prozess besser oder schlechter, wobei der Ertrag und die Qualität der Feldröste wetterbedingt starken Schwankungen unterliegen kann. In den weiteren Verarbeitungsschritten werden die Stängel eingesammelt und getrocknet, um dann die Fasern in einem mechanischen Prozess (z. B. Hammermühle) zu extrahieren. Bei dieser mechanischen Verarbeitung der trockenen Stängel zeigt die Erfahrung, dass viele der feinen Pflanzenfasern typischer Nesselpflanzen gebrochen werden und zu einer ungünstigen Faserlängenverteilung beim Endprodukt führt (zu hoher Kurzfaseranteil), was die Verspinnbarkeit deutlich einschränkt.
Die DE-A-10 2017 011 741 beschreibt ein Verfahren für einen enzymatisch- tensidischen Aufschluss von Bastfasern, wobei Baststreifen oder Bastfasern oder Bündel von Baststreifen oder Bastfasern an einem Ende durch eine Halterung gehalten werden, ansonsten sich aber in einem Behälter befinden oder in einen Behälter hinein oder herab hängen. Dieser Behälter wird mit Wasser oder einer Flüssigkeit geflutet oder gespült. Die im Wasser oder der Flüssigkeit befindlichen Bast oder Bastfasern unterliegen nun einem Fermentations-, Zersetzungs-, Wasch- oder Spülprozess oder einer Kombina- tion aus diesen. Dabei wird während dem Wasch- oder Spühlvorgang Luft in den Behälter geleitet, d.h. der Prozess findet unter aeroben Bedingungen statt. Da die Fasern bei geeigneten Nesselpflanzen wie der grossen Brennnesseln wie der Urtica Dioica kurz sind und bei deren vollständigen Separierung, d.h. Auslösung, aus der Halterung fallen und nur noch lose im Tank herumschwimmen würden, ist dieser Ansatz für Brennnesselfasern nicht oder höchstens eingeschränkt anwendbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Separieren von Pflanzenfasern aus Nesselpflanzen, insbesondere aus Brennnesseln, bereit zu stellen, bei welchen die Pflanzenfasern auf einfache Art und Weise vom Rest der Nesselpflanze separiert werden kann, wobei die vorzüglichen Materialeigenschaften der Pflanzenfasern für eine vielseitige Verwendung und bei einer industriellen Weiterverarbeitung zu einem qualitativ hochstehenden Garn, insbesondere für die Textilindustrie, möglichst erhalten bleiben sollen. Dabei soll die Gewinnung der Pflanzenfasern möglichst unabhängig vom Wetter sein. Auch soll es möglich sein, auch bei kritischen Wetterverhältnissen, die ganze Ernte, d.h. alle geschnittenen Nesselpflanzen, ohne Verlust zu Pflanzenfasern weiter verarbeiten zu können. Zudem sollen die Pflanzenfasern während und/oder nach dem Separieren, so eingelagert werden können, dass sie beispielsweise auch Monate nach der Ernte, und somit zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt, weiterverarbeitet werden können.
Diese herausfordernde Aufgabe wurde erfindungsgemäss durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 , 12 und 13 gelöst.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es überraschenderweise auf einfache Art und Weise möglich, die Pflanzenfasern (1 ) der grossen Brennnesseln, genannt Urtica Dioica, der Himalayanessel, genannt Girardinia diversifolia, der Röhricht-Brennnessel (Urtica kioviensis) sowie der Sibirischen Hanfnessel (Urtica cannabina), auch Hanf-Brennnessel genannt, - trotz den obgenannten naturbedingten schwierigen Verarbeitungseigenschaften - vom Rest der Nesselpflanze zu separieren, wobei die vorzüglichen Matenaleigenschaften der Pflanzenfasern (1 ) für eine vielseitige Verwendung erhalten bleiben. Dadurch können die Pflanzenfasern (1 ) beispielsweise direkt zu einem Gewebe oder mittels einer industriellen Weiterverarbeitung zu einem qualitativ hochstehenden Garn, beispielsweise für die Textilindustrie, weiterverarbeitet werden. So können aus dieser Pflanze ihre enthaltenden hochwertigen Pflanzenfasern auf effiziente Weise in der erforderlichen Qualität gewonnen werden und diese zu Garnen als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Stoffen für verschiedene Anwendungen, wie Bekleidungen, Decken, Tücher, Säcke etc. zu spinnen oder auch für die Herstellung von Seilen oder ähnlichen Längselementen zu nutzen.
Äusserst vorteilhaft ist, dass das Verfahren ohne die kritische Feldröstung durchgeführt wird, wodurch auch bei unvorteilhaftem Wetter kein Verlust der Ernte - und somit von Pflanzenfasern (1 ) befürchtet werden muss. Dies reduziert zudem auch die Arbeitslast des Bauers. Auch stehen die Pflanzenfasern (1 ) - nach der minimalen Aufbewahrungszeit - jederzeit zur Weiterverarbeitung zur Verfügung, wobei die Pflanzenfasern (1 ) problemlos auch länger, d.h. Monate bis Jahre, gelagert werden können. So besteht keine Notwendigkeit für die sofortige weitere Verarbeitung. Dementsprechend können die Maschinen und Apparaturen für die Weiterverarbeitung besser ausgelastet werden, beispielsweise über das ganze Jahr.
Zudem verhindert das Verfahren eine ungewollte Gärung der Nesselpflanzen (2) und damit auch eine unerwünschte Beeinträchtigung der Pflanzenfasern (1 ) und deren Qualität. Auch führt die anaerobe Aufbewahrung der Nessel- Bänder (4) zu einem kontrollierten Aufschluss der Pflanzenfasern (1 ) ohne Gärung. Dies erlaubt zudem die Verwendung der nach dem Verfahren erhaltenen Pflanzenfasern (1 ) sowie Weiterverarbeitung der Pflanzenfasern (1 ) zu besonders hochwertigen Produkten wie Garnen, Textilien, Seilen, Vliesen, Kordeln und Schnüren. So sind beispielsweise nebst dem Wärme- bzw. Wasserdampfdurchgangswiderstand, die gute Wärmeisolation, Wasserdampfdurchlässigkeit und Atmungsaktivität, welche ein angenehmes Tragen einer Bekleidung aus einem solchen Stoff ermöglichen, die Reiss- bzw. Zugfestigkeit der Garne dieser Urtica Dioica oder Girardinia diversifolia im Vergleich zu anderen Garnsorten je nach verwendetem Spinnverfahren höher.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung (9) erlaubt überraschenderweise eine einfache maschinelle Verarbeitung und Aufbewahrung der Nessel-Bänder (4) sowie Separierung der Pflanzenfasern (1 ) gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren. Auch ist es mittels der Vorrichtung (9) auf einfache Art und Weise möglich, die einzelnen Verfahrensschritte auf dem Feld durchzuführen - sei es alle gemeinsam oder in einem oder mehreren Teilschritten.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Separieren von Pflanzenfasern (1 ) aus Nesselpflanzen (2) mit Stängel (3) umfasst das Schneiden und Entholzen der Stängel (3), wodurch je Stängel (3) mindestens ein Nessel-Band (4) erhalten wird, wobei jedes Nessel-Band (4) die Pflanzenfasern (1 ) sowie weitere Komponenten (5) wie Lignin, Pektin und Hemicellulosen enthält. Dabei werden die Nessel-Bänder (4) mit einer Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebracht, d.h. imprägniert, und aufbewahrt, wobei während der Aufbewahrung sich die Pflanzenfasern (1 ) von den weiteren Komponenten (5) der Nessel-Bänder (4) separieren, wobei die Stängel (3) innerhalb von 72 Std., bevorzugt innerhalb 48 Std., insbesondere innerhalb von 24 Std., nach dem Schneiden entholzt, und somit ohne Trocknungsschritt der feuchte Stängel (3) frisch- entholzt, wird, die Aufbewahrung, d.h. Einlagerung, der mit der Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebrachten Nessel-Bänder (4) unter anaeroben Bedingungen erfolgt, und die Nesselpflanzen (2) die grosse Brennnessel (Urtica Dioica), die Himalayanessel (Girardinia diversifolia), die Röhricht-Brennnessel (Urtica kioviensis) und/oder die Sibirische Hanfnessel (Urtica cannabina), auch Hanf-Brennnessel genannt, darstellt.
Anstelle des Begriffs «Separieren von Pflanzenfasern» werden vom Fachmann oft auch die Worte «Extrahieren von Pflanzenfasern» verwendet.
Die Pflanzenfasern der grossen Brennnessel (Urtica Dioica), die Himalayanessel (Girardinia diversifolia), die Röhricht-Brennnessel (Urtica kioviensis) sowie die Sibirische Hanfnessel (Urtica cannabina) unterscheiden sich von den Pflanzenfasern der anderen Brennnesselarten sowie von den Pflanzenfasern anderer Bast-Pflanzen wie Flachs insbesondere durch die Spin- Struktur, welche den aus den Pflanzenfasern (1 ) der Nesselpflanzen (2) hergestellten Produkte die hervorragenden Eigenschaften gibt. Deshalb sind die Pflanzenfasern (1 ) der genannten Nesselpflanzen (2) deutlich schwieriger zu Separieren.
Die Stängel (3) werden beim Entholzen in Nessel-Bänder (4) und Holzkern (8) getrennt. Die entholzten Stängel (3), d.h. die Nessel-Bänder (4), können direkt, und somit feucht, der Aufbewahrung zugeführt werden. Alternativ können die Nessel-Bänder (4) zunächst getrocknet werden und anschliessend mit der Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebracht werden und anschliessend der Aufbewahrung zugeführt werden.
Der Begriff «Aufbewahrung», auch «Einlagerung» genannt, bezieht sich auf das anaerobe Lagern der Nessel-Bänder (4). Während dieser Aufbewahrung der Nessel-Bänder (4) werden die weiteren Komponenten (5) aufgrund der Anwesenheit der Silier- und Degummierlösung (6) mit Additiven, welche in der Lösung (6) enthalten sind und/oder sich naturbedingt auf den Nessel-Bändern (4) befinden, abgebaut, wodurch die Pflanzenfasern (1 ) sich auf einfache Art und Weise separieren lassen. Somit beinhaltet der Begriff «Aufbewahrung» nicht das reine Aufbewahren der Nessel-Bänder (4), sondern eine durch eine biochemische Reaktion bedingte Separierung der Pflanzenfasern (1 ) aus den Nessel-Bändern (4).
Zudem werden die Nessel-Bänder (4) innerhalb von 24 Std., insbesondere innerhalb von 3 Std., nach dem Entholzen mit der Silier- und Degummier- lösung (6) in Kontakt gebracht und anaerob aufbewahrt wird. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das in Kontaktbringen und Einlagern der Nessel- Bänder (4) mit der Silier- und Degummierlösung (6) innerhalb einer Stunde, oder sogar innerhalb 30 Minuten, nach dem Entholzen erfolgt.
Beim Schneiden, d.h. typischerweise Mähen, der Stängel werden vorzugsweise die Wurzeln in der Erde belassen, sodass die Pflanze erneut wachsen kann. Anschliessend werden die geschnittenen Stängel durch Entholzung verarbeitet. Es wird damit bezweckt, dass der Feuchtigkeitsgehalt der Stängel, der im ungeernteten Zustand ca. 70% des Gesamtgewichtes beträgt, nicht oder nur geringfügig unterschritten wird. Nach dem Entholzen wird die Rinden- resp. Bastschicht, d.h. die Nessel-Bänder (4), in eine Anzahl von Bündeln bzw. Bändern geteilt, welche jeweils eine Vielzahl der Pflanzenfasern enthalten. Diese Entholzung der Stängel im feuchten Zustand wird in der Folge als Frischentholzung bezeichnet. Dadurch wird eine mechanische Schädigung der Pflanzenfasern verhindert. Dabei hat sich gezeigt, dass bekannte Apparaturen, die zur Entholzung von anderen Pflanzenstängel, wie beispielsweise Hanfstängel, bekannt sind, auch zur Entholzung von Stängeln (3) der Nesselpflanzen (2) eingesetzt werden können, obwohl sich die Pflanzenfasern (1 ) und somit auch die Bänder (4) der Nesselpflanzen (2) von denjenigen der anderen Bastfaserpflanzen deutlich unterscheiden.
Durch die kurze Zeitdauer vom Schneiden bis nach dem Entholzen wird erreicht, dass die Pflanzenfasern ihren Feuchtigkeitsgehalt im ungeernteten Zustand von ca. 70% des Gesamtgewichts nicht resp. nicht signifikant unterschreiten. Dabei weist der Stängel (3) beim Entholzen bevorzugt einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 60 Gew.-%, auf, wodurch der Stängel (3) biegbar, d.h. flexibel, ist und nicht zerbricht, was für die Pflanzenfasern (1 ) negative Auswirkungen haben kann. Der Feuchtigkeitsgehalt wird bevorzugt als relative Gewichtsdifferenz der feuchten zu den trockenen Stängeln (3), bezogen auf die feuchten Stängel (3), bestimmt.
Vorteilhafterweise werden die Stängel (3) nach dem Schneiden auch entblättert und entspitzt, d.h. geköpft. Das Entblättern und/oder Entspitzen der Stängel (3) erfolgt typischerweise auf für den Fachmann bekannte Art und Weise maschinell.
Die Stängel (3) der Nesselpflanzen (2) werden bevorzugt bei der Ernte direkt oder innerhalb einer kurzen Zeitdauer nach dem Schneiden, Entspitzen, d.h. Entköpfen, und Entblättern durch Entholzung zu Nessel-Bändern (4) verarbeitet. Je nach Auslegung des verwendeten Entholzungssystems müssen die Stängel soweit nötig eingekürzt werden, damit die Bänder während der Entholzung nicht wickeln. Beim Entholzungsprozess wird der kleingehackte Holzkern durch Ausschütteln, die Epidermis durch Abstreifen und gegebenenfalls lose und/oder wasserlösliche Bestandteile falls möglich durch Spülen mit Wasser von den Bändern entfernt.
Das Auslösen der Pflanzenfasern (1 ), d.h. das Separieren der Pflanzenfasern (1 ) von den weiteren Komponenten (5) der Nessel-Bänder (4) erfolgt mit der Silier- und Degummierlösung (6) während der Aufbewahrung über eine vorgegebene Mindestzeitdauer unter anaeroben Bedingungen.
Im Prinzip kann die wässerige Silier- und Degummierlösung (6) einfach durch Besprühen und/oder durch Eintauchen in die Flüssigkeit auf die Nesselbänder (4) aufgebracht werden. Es könnte auch ein zusätzlicher Aufschluss durch Wasser und/oder Luft, insbesondere ein Wasser- und/oder Luftstrahl unter Druck, welcher auf die Stängel bzw. Bänder gerichtet wird, erfolgen. Ein solcher Aufschluss kann auch im Anschluss an die Frischentholzung ausgeführt werden, um bereits möglichst viele der losen Bestandteile zu entfernen, und/oder nach Abschluss der Feuchteinlagerung, d.h. Aufbewahrung im feuchten Zustand, resp. Feuchtaufbewahrung, um neben dem Wegwaschen der zerkleinerten Gumsubstanzen gegebenenfalls auch die aufgebrachten Enzyme, Milchsäurebakterien und die Pflanzenfasern umgebenden Rindenparenchymzellen wegzuwaschen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform stellt die Silier- und Degummierlösung (6) eine wässrige Lösung dar. Dabei ist es möglich, dass die Lösung (6) keine weiteren Additive enthält. So wurde gefunden, dass die natürlich vorhandenen Bakterien, Pilze etc. auf und/oder in den Nessel- Bändern (4) genügen, um die Pflanzenfasern (1 ) aus den Nessel-Bändern (4) zu separieren. Oft ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Silier- und Degummierlösung (6) mindestens ein Additiv, insbesondere eine Säure, Milchsäurebakterien (Lactobacillales), ein Enzym und/oder einen Komplexbildner umfasst. Dabei ist bevorzugt die Säure eine organische Säure, beispielsweise Milchsäure oder Essigsäure, wobei die Säure jedoch auch eine anorganische Säure, beispielsweise Salzsäure, sein kann. Das Enzym ist bevorzugt ein Gum-abbauendes Enzym, beispielsweise Pektinase, Hemi- cellulase, BioPrep® 3000L, Viscozyme®. Das Enzym kann auf natürlichen Proteinen basieren. Der Komplexbildner ist beispielsweise, insbesondere bevorzugt, Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), oder ein Salz davon. Somit ist das erfindungsgemässe Verfahren umweltverträglich und die Silier- und Degummierlösung (6) nachhaltig einsetzbar. Umfasst die Silier- und Degummierlösung (6) mindestens ein Additiv, erfolgt das Separieren der Pflanzenfasern (1 ) typischerweise schneller, als wenn nur Wasser verwendet wird. Diese so gewonnenen Nessel-Bänder (4) werden typischerweise noch in feuchtem Zustand mit den Siliermitteln, d.h. Additiven, wie organische Säuren, z.B. Milchsäure, selektierten Milchsäurebakterien und/oder Gum abbauenden Enzymen, z.B. Pektinasen und Hemicellulasen, in Kontakt gebracht, d.h. imprägniert, und luftdicht, d.h. anaerob, aufbewahrt. Dabei erfolgt die anaerobe Aufbewahrung der mit Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebrachten Nessel-Bänder (4) während mehrerer Wochen, jedoch in der Regel mindestens 14 Tagen, insbesondere während mindestens 21 Tagen. Dabei ist der gewünschte Degummierprozess, d.h. das Separieren der Pflanzenfasern (1 ) von den weiteren Komponenten (5) der Nessel-Bänder (4), je nach Art und Menge der in der Silier- und Degummierlösung (6) vorhandenen Additive in der Regel spätestens nach 4 bis 6 Wochen abgeschlossen. Die Aufbewahrung der Nessel-Bänder (4) umfassend die Pflanzenfasern (1 ) kann ohne Qualitätsverlust beispielsweise bis zu 12 oder 15 Monate oder mehr erfolgen.
Die Silier- und Degummierlösung (6) ist derart zusammengesetzt und weist eine solche Stärke bzw. Konzentration für das Separieren der Pflanzenfasern (1 ) auf, dass sie die in den Mittellamellen vorhandenen Verbundstoffe, wie Pektine, Hemicellulosen und Lignine, während der Aufbewahrung wirksam löst, d.h. auflöst, und dabei aber die zellulosischen Zellwände der Pflanzenfasern (1 ), d.h. der Bastfasern, unversehrt lässt, so dass diese als ausgelöste, d.h. separierte, Pflanzenfasern intakt verbleiben, bei denen es sich um Pflanzenfaserbündel und/oder einzelne Pflanzenfasern handeln kann.
Die Silier- und Degummierlösung (6) besteht vorteilhafterweise aus natürlichen Bestandteilen, zum Beispiel aus Milchsäure, Milchsäurebakterien und/ oder Gum abbauenden Enzymen oder ähnliches. Dabei ist die Lösung (6) derart verdünnt, dass sie eine homogene Verteilung der Inhaltsstoffe auf den Bändern ermöglicht. Selbstverständlich können unterschiedliche zusammen- gesetzte Silier- und Degummierlösung (6), auch Imprägnierlösung genannt, verwendet werden, mittels denen verschiedene Qualitäten hinsichtlich der Pflanzenfasereigenschaften erzielt werden können, wie unter anderem ihre Oberflächengüte und Reissfestigkeiten.
Die Konzentration der Säure, der Milchsäurebakterien, des Enzyms oder des Komplexbildners in der Silier- und Degummierlösung (6) beträgt vorteilhafterweise von 0.002 bis 3 Gew.-%, bevorzugt von 0.01 bis 2 Gew.-%, insbesondere von 0.01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf den Aktivgehalt der jeweiligen Komponente oder Komponenten.
Die Nessel-Bänder (4) werden bevorzugt mit 10 bis 200 mg, insbesondere 20 bis 150 mg, Silier- und Degummierlösung (6) je Gramm (g) Nessel-Band (4) in Kontakt gebracht, wobei die anaerobe Aufbewahrung anschliessend erfolgt, oder anaerob in der Silier- und Degummierlösung (6) aufbewahrt, d.h. eingelagert, wobei die Nessel-Bänder (4), bevorzugt ganz, von der Silier- und Degummierlösung (6) umgeben sind. Dabei werden die Nessel-Bänder (4) bevorzugt nicht durch eine Halterung gehalten.
Die Nessel-Bänder (4), d.h. die Bänder (4), werden vorteilhafterweise mit der Silier- und Degummierlösung (6) durch Aufsprühen, Rollen, reversiblem Eintauchen, und/oder Bespritzen in Kontakt gebracht.
Die anaerobe Aufbewahrung der mit Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebrachten Nessel-Bänder (4) erfolgt in einem anaerob verschliessbaren Behältnis, beispielsweise in einem Tank oder Autoklaven unter Luftausschluss. Ganz besonders bevorzugt erfolgt die Aufbewahrung - typischerweise in kompaktierter Form - in einem Silageballen (7). Dabei werden die Silageballen (7) bevorzugt vollständig mit einer Kunststoff-Folie umwickelt und verpackt, sodass innerhalb des Silageballen (7) anaerobe Bedingungen herrschen. Die Kunststoff-Folie ist bevorzugt eine kommerziell erhältliche, eingefärbte Silagierfolie, beispielsweise aus Polyethylen (PE). Dies ist eine besonders einfache und kosteneffiziente Lagerung, die auch 12 Monate und länger dauern kann. Dabei können die Silageballen (7), gegebenenfalls überdacht, an einem geeigneten, insbesondere geschützten, Ort gelagert werden. Die Silageballen (7) können, nachdem der Abbau der weiteren Komponenten abgeschlossen ist, jederzeit geöffnet und die separierten Pflanzenfasern (1 ) der Aufbereitung und gegebenenfalls der Weiterverarbeitung zugeführt werden.
Silageballen (7) sind in der Landwirtschaft für das Lagern von geschnittenem Gras bekannt. Allerdings würde der Fachmann die Nessel-Bänder (4) zum Separieren der in den Nessel-Bändern (4) vorhandenen Pflanzenfasern nicht in Silageballen (7) einlagern, zumal gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren die Silageballen (7) auch als chemischer resp. biochemischer Reaktor dienen. Dies ist nicht nur nicht bekannt, sondern der Fachmann würde deshalb als Behälter zur Aufbewahrung einen gut kontrollierbaren Behälter, beispielsweise einen anaerob verschliessbaren Tank, auswählen, wie dies in der Literatur vielfach beschrieben ist. Im Gegensatz dazu sind die Bedingungen der in Silageballen (7) aufbewahrten Nessel-Bänder (4) nicht oder nur schwierig zu kontrollieren, was den Fachmann von dieser Lösung abhält.
Die Aufbewahrung der Nessel-Bänder (4) erfolgt bevorzugt bei einer Mindesttemperatur von +1 °C oder höher, bevorzugt Raumtemperatur, d.h. 20°C, oder höher, wobei bevorzugt die Temperatur von 60°C nicht überschritten werden soll.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren separierten Pflanzenfasern (1 ) können vorteilhafterweise zu einem Garn, Flächentextil, Seil, Vlies, einer Kordel und/oder Schnur weiterverarbeitet werden, wobei die so erhaltenen Produkte die genannten Vorteile aufweisen. Dabei kann bei der Weiterverarbeitung bei Bedarf auch ein Spinnvorgang zur Anwendung kommen.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen separierten Pflanzenfasern (1 ) können besonders gut zur Weiterverarbeitung zu einem Garn, Flächentextil, Seil, Vlies, einer Kordel und/oder Schnur verwendet werden.
Die feucht aufbewahrten und enzymatisch degummierten Bänder (4) resp. die so separierten Pflanzenfasern (1 ) werden nach der Lagerung typischerweise mit Wasser gespült, vorzugsweise mit Reinigungsmitteln gewaschen und veredelt. Die Temperatur des Waschvorgangs kann dabei - typischerweise während einer vorgegebenen Zeitdauer - von Raumtemperatur bis zu Temperaturen, beispielsweise in einem Autoklav, von oberhalb 100° Celsius betragen.
Möglich wäre zusätzlich auch eine mechanische Nassbehandlung (Quetschwalzen) und/oder Avivage, die an sich bekannt sind und nicht näher im Detail erläutert sind.
Nach dem Reinwaschen und Trocknen der so gereinigten separierten Pflanzenfasern (1 ) können sie auf herkömmliche Weise veredelt werden. Beispielsweise können sie mechanisch geöffnet resp. vereinzelt, d.h. voneinander vollständig separiert, und durch einen Spinnvorgang zu einem Garn verarbeitet werden.
Beansprucht wird auch eine Vorrichtung (9) zum Separieren der Pflanzenfasern (1 ) aus Nesselpflanzen (2) gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren, umfassend eine Entholzungs- und Trenneinheit (C) zur Frisch-Entholzung der Stängel (3) und zum Trennen der Nessel-Bänder (4) vom Holzkern (8), eine Silier- und Degummiereinheit (D), mit welcher die Nessel- Bänder (4) mit der Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebracht werden, eine Silagiereinheit (E), mit welcher die mit der Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebrachten Nessel-Bänder (4) kompaktiert und mittels einer Folie luftdicht verpackt werden, wobei die Vorrichtung (9) ein- oder mehrteilig sein kann.
Die Entholzungs- und Trenneinheit (C) zur Frisch-Entholzung der Stängel (3) umfasst eine mechanische Vorrichtung zum Trennen des Holzkerns (8), auch Schäben genannt, sowie der Blätter und gegebenenfalls der Samen der geernteten Nesselpflanze von der äusseren Rinden- resp. Bastschicht (13) des Stängels (3). Letztere bilden nach dem Entholzen die Nessel-Bänder (4). Dabei erfolgt das Entholzen typischerweise durch Zerkleinern, Schlagen und Schaben des Stängels (3) mittels mindestens einem rotierenden Zylinder mit gleichmässig angeordneten Klingen und einem Brecher- oder Schaberblock oder weiteren rotierenden Zylindern.
Die Silier- und Degummiereinheit (D), mit welcher die Nessel-Bänder (4) mit der Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebracht werden, umfasst bevorzugt ein Gefäss zur Aufnahme der Silier- und Degummierlösung (6) sowie eine mit dem Gefäss verbundene Vorrichtung zum in Kontaktbringen der Nessel-Bänder (4) mit der Lösung (6). Diese Vorrichtung ist vorteilhafterweise eine Düse, mit welcher die Nessel-Bänder (4) mit der Lösung (6) besprüht werden können.
Mit der Silagiereinheit (E) werden die mit der Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebrachten Nessel-Bänder (4) kompaktiert und mittels einer Folie vollständig luftdicht verpackt, wodurch die Silageballen (7) erhalten werden. Diese können anschliessend, beispielsweise mit einem Traktor mit entsprechendem Hebewerkzeug, auf bekannte Art und Weise an einem geeigneten Ort, gelagert werden. Die Folie weist bevorzugt eine helle, beispielsweise weisse, Farbe auf, damit sich die aufbewahrten Nessel-Bänder (4) und separierten Pflanzenfasern (1 ) an der Sonne nicht zu stark erhitzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung (9) umfasst diese eine vorgelagerte Schneideinheit (A) zum Schneiden der Nesselpflanzen (2), und/oder eine Einheit (B) zum Entspitzen und/oder Entblättern der Stängel. Dabei ist die Einheit (B) bevorzugt vor der Entholzungs- und Trenneinheit (C) und, falls vorhanden, nach der Schneideinheit (A) angeordnet. Dadurch können die Stängel (3) direkt nach dem Schneiden und/oder Entblättern der Stängel frischentholzt werden.
Zudem kann die Vorrichtung (9) eine Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen der geschnittenen Nesselpflanzen (2) und Einführen in die Einheit (B) oder (C) umfassen. Die Aufnahmeeinheit kann beispielsweise in Form einer rotierbaren Achse vorliegen, an welcher nach aussen gerichtete Metallstäbe angeordnet sind.
Ist die Vorrichtung (9) mehrteilig, ist eine zwei- oder dreiteilige Vorrichtung oft von Vorteil. So kann beispielsweise die Entholzungs- und Trenneinheit (C) eine separate Einheit bilden, oder zusammen mit der Einheit (B) zum Entspitzen und/oder Entblättern der Stängel verbunden sein, wobei gegebenenfalls diese auch mit der Schneideinheit (A) verbunden sein können. In der Entholzungs- und Trenneinheit (C) werden die resultierenden Nessel- Bänder (4) vom Holzkern (8) getrennt und anschliessend mit einer anderen Einheit umfassend die Silier- und Degummiereinheit (D) sowie die Silageeinheit (E) zu Silageballen (7) gepresst. Die Schneideinheit (A) kann Teil der ganzen Vorrichtung (9) oder Teil des ersten Teils der Vorrichtung (9) sein, umfassend beispielsweise die Einheit (B) zum Entspitzen und/oder Entblättern und/oder die Entholzungs- und Trenneinheit (C). Alternativ kann die Schneideinheit (A) auch eine separate Einheit sein, beispielsweise in Form eines herkömmlichen Mähers.
Mit einer solchen Vorrichtung (9) kann überraschenderweise auf einfache Art und Weise eine grosse Anzahl von Nessel-Bändern (4) in Silageballen (7) verpackt und degummiert, d.h. die Pflanzenfasern (1 ) von den Nessel-Bändern (4) separiert, werden. Dies geschieht, ohne dass irgendwelche Manipulationen, wie beispielsweise Rühren, vorgenommen werden müssen. Zudem werden die Nessel-Bänder (4) - und nach dem Degummieren auch die separierten Pflanzenfasern (1 ) - in den Silgageballen (7) bis zur Weiterverwendung aufbewahrt.
Das Behältnis für die anaerobe Aufbewahrung der mit Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebrachten Nessel-Bänder (4) kann dabei mit einer Steuerungseinrichtung versehen sein, durch welche die Temperaturen und/oder Druck im Behältnis oder im Raum, in welchem die Silageballen (7) aufbewahrt werden, gesteuert bzw. geregelt werden können. Dies ermöglicht eine Optimierung und Verkürzung der minimalen Aufbewahrungszeit der Pflanzenfasern.
Beispiele
Bei konkreten Ausführungsbeispielen wurden die gewachsenen Nesselpflanzen (2) in Form der grossen Brennnessel (Urtica Dioica) auf einem Feld im Juli mit einem Motormäher geschnitten und manuell entblättert. Es resultierten Stängel (3) von einer Länge von ca. 1 .4 Meter. Die Stängel (3) wurden innerhalb von 12 Stunden nach dem Schneiden mit einer kommerziell erhältlichen Bastfaserentholzungsmaschine entholzt, wodurch die Nessel- Bänder (4) umfassend die Pflanzenfasern (1 ) erhalten wurden. Der Holzkern (8) wurde von den Nessel-Bändern (4) getrennt und in Form von Schäben eingesammelt.
Herstellung von Silier- und Degummierlösungen (6):
Es wurden die folgenden Silier- und Degummierlösungen 1 bis 3 hergestellt, welche den Nessel-Bändern (4) zugegeben wurden:
Bei Versuch 1 der Beispiele 1 und 2 wurden 66.66 ml einer Silier- und Degummierlösung 1 bestehend aus 65.33 ml Wasser, 1 ml einer 0.5 Gew.- %igen wässrigen Milchsäurelösung und 0.33 ml einer kommerziell erhältlichen enzymatischen Lösung (BioPrep® 3000L von novozymes®) verwendet.
Bei Versuch 2 der Beispiele 1 und 2 wurden 70 ml einer Silier- und Degummierlösung 2 bestehend aus 68.8 ml Wasser, 1 ml einer 0.5 Gew.- %igen wässrigen Milchsäurelösung und 0.2 ml einer kommerziell erhältlichen enzymatischen Lösung (Viscozyme® L von novozymes®), verwendet. Viscozyme® L enthält Beta-glucanase (endo-1 ,3(4)-) in einer Konzentration von 1 -5 Gew.-%.
Bei Versuch 3 der Beispiele 1 und 2 wurde Versuch 1 wiederholt, wobei die Zugabe der Milchsäurelösung weggelassen wurde, wodurch eine Silier- und Degummierlösung 3 erhalten wurde.
Ausführunqsbeispiel 1 : 500 g der so erhaltenen Nessel-Bänder (4), auch entholzter Frischbast genannt, wurden anschliessend, d.h. innerhalb von 3 Stunden nach dem Entholzen, mittels einer Hebelpresse in einen luftdicht verschliessbaren Behälter (Weckglas) mit einem Fassungsvermögen von 500 ml gestopft. Der Feuchtigkeitsgehalt der Nessel-Bänder (4) betrug zwischen 63.2 bis 73.4 Gew.-%, gemessen mit einem Feuchtigkeitsmessgerät Agreto HFM II. Das Stopfen der Nessel-Bändern (4) erfolgte schichtweise, wobei mit jeder Schicht ein Teil der Silier- und Degummierlösung (6) der jeweiligen Versuche hinzugegeben wurde. Dabei wurden je nach Versuch bis zu 70 ml Lösung (6) zugegeben. Die gestopften Behälter wurden anschliessend luftdicht, d.h. anaerob, verschlossen und während 21 Tagen bei Raumtemperatur aufbewahrt. Anschliessend wurde der Behälter geöffnet und die darin aufbewahrten Nessel-Bänder (4) entfernt. In allen Fällen haben sich die Pflanzenfasern (1 ) von den weiteren Komponenten (5) der Nessel-Bänder (4) separiert, wodurch die noch vorhandenen Abbauprodukte der weiteren Komponenten (5) auf einfache Art und Weise abgetrennt werden konnten. Dies erfolgte durch manuelles Waschen mit handwarmem Wasser, welchem 0.2 Gew.-% eines kommerziellen Flüssigwaschmittels («Total» der Migros) zugegeben wurde. Anschliessend wurden die so separierten Pflanzenfasern (1 ) mittels Zentrifuge von der Wasserphase getrennt. In einem nächsten Schritt wurde auf die so erhaltenen Pflanzenfasern (1 ) eine Avivage enthaltend Weichspüler aufgetragen, die Pflanzenfasern (1 ) abzentrifugiert und bei 40°C bis 50°C trocknen gelassen.
Ausführungsbeispiel 2:
Ausführungsbeispiel 1 wurde wiederholt mit dem Unterschied, dass die zusammengepressten Nessel-Bänder (4) nach dem Stopfen mit einem Spachtel herausgenommen wurden und mit einer grün eingefärbten kommerziell erhältlichen Silagierfolie der Marke Tenospin® mehrmals vollständig umwickelt, sodass kein Luftzutritt möglich war. Der so erhaltene Si lagierballen (7) in Form von einer unförmigen Kugel wies einen Durchmesser von ca. 10 cm auf.
Nach der Aufbewahrungszeit von 21 Tagen bei Raumtemperatur wurde die Folie entfernt und die so separierten Pflanzenfasern (1 ) wie oben beschrieben von den weiteren Komponenten (5) der Nessel-Bänder (4) separiert.
Es hat sich bei beiden Ausführungsbeispielen und allen Versuchen mit den oben angegebenen spezifischen Silier- und Degummierlösungen 1 bis 3 eine ausreichende Degummierung der Pflanzenfasern (1 ) für ein erfolgsreiches Weiterverarbeiten zu Garnen ergeben. Dabei waren die Pflanzenfasern (1 ) aus Ausführungsbeispiel 1 mit den Pflanzenfasern (1 ) aus Ausführungsbeispiel 2 vergleichbar.
Die Versuche zeigen eindrücklich, dass die Pflanzenfasern (1 ) der Nesselpflanzen (2) auf äusserst einfache Art und Weise vom Stängel (3) und den darin enthaltenden weiteren Komponenten (5) separiert werden können. Da beim erfindungsgemässen Verfahren keine Feldröste durchgeführt werden muss, ist die Ausbeute der so separierten Pflanzenfasern (1 ) äusserst hoch, d.h. praktisch alle Pflanzenfasern (2) des Nessel-Bänder (4) - und somit der Stängel (3), resp. der Nesselpflanze (2) - können mit diesem Verfahren separiert und anschliessend weiterverarbeitet werden. Da keine Feldröste durchgeführt wird, gibt es - unabhängig vom Wetter - auch keinen Verlust an separierten Pflanzenfasern (1 ).
Zudem weisen die separierten Pflanzenfasern (1 ) eine Länge auf, die - zumindest annähernd - der ursprünglichen Länge entspricht, was ein deutlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist. Erste Versuche zeigten, dass aus den so separierten Pflanzenfasern (1 ) u.a. sehr feine Garne und Mischgarne mit anderen Pflanzenfasern hergestellt werden können, welche beispielsweise zu hochwertigen Stoffen für verschiedenste Anwendungen weiterverarbeitet werden können. So weisen beispielweise daraus hergestellte Kleider einen sehr hohen Tragkomfort mit hoher Atmungsaktivität, Feuchtigkeitsregulierung, Strapazierfähigkeit, Langlebigkeit, gute antimikrobielle Eigenschaften und hervorragende Wärmeregulierung, sowie einem geringen Gewicht auf.
Selbstverständlich könnten im Rahmen der Erfindung noch weitere Beispiele von Silier- und Degummierlösung (6) mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Mengenanteilen dargetan werden. So könnte beispielsweise die Lösung auch nur wenigstens eine Säure ohne Enzyme beinhalten, bei dem ein ähnliches Mengenverhältnis wie bei den obigen Beispielen genommen würde. Auch könnten jeweils mehr als eine Säure bzw. mehr als ein Enzym in der Lösung (6) enthalten sein.
Die folgenden Figuren sind nicht eingeschränkt auszulegen und werden als Bestandteil der Beschreibung verstanden. Es zeigen:
Fig. 1 einen teilweisen Querschnitt eines vergrössert dargestellten Stängels (3) der grossen Brennnessel (Urtica Dioica), d.h. der Nesselpflanze (2), welche weltweit vielerorts vorkommt. Die Querschnitte der anderen Brennnesselarten, d.h. der Himalayanessel (Girardinia diversifolia) aus dem Himalaya Gebiet, der Röhricht-Brennnessel (Urtica kioviensis) und der Sibirische Hanfnessel (Urtica cannabina), sind vergleichbar zusammengesetzt.
Der Stängel (3) weist dabei eine äussere Rinden- resp. Bastschicht (13) auf, umfassend die darin in Längsrichtung erstreckenden Pflanzenfasern (1 ) (Sklerenchym-Faserstränge). Letztere sind zum einen zwischen einem äusseren Abschlussgewebe (15) und einem ringförmigen verstärkenden Holzgefüge bzw. Holzkern (8) (Zentralzylinder) angeordnet und sind im Rindenparenchym eingebettet. Die Bast- und Einzelfasern (1 ) sowie die Pflanzenfaserbündel der Rindenschicht (13) sind durch das Abschlussgewebe (15) (Rinden parenchym) umgeben, deren Pflanzenzellen durch die Entholzung entfernt werden, da sie die Spinnprozesse mitunter als Staub negativ beeinflussen. Zwischen den Pflanzenfasern (1 ) sind weitere Komponenten (5) wie Pektine, Hemicellulosen und Lignin angeordnet. Es sind nicht alle Bestandteile des gezeigten Stängels (3) erläutert, sondern nur diejenigen im Zusammenhang mit der Erfindung.
Bei der Entholzung geht es darum, den äusseren Bereich des Stängels (3), welcher nach der Entholzung als Nessel-Band (4) vorliegt, vom Holzkern (8) zu trennen. Dabei umfasst das Nessel-Band (4) das Abschlussgewebe (15), genannt Epidermis. Bei der Entholzung wird das Abschussgewebe (15) entfernt, so dass die Gum abbauenden Enzyme der Silier- und Degummierlösung (6) besser zu den Mittellamellen zwischen den einzelnen Pflanzenfaserzellen der Pflanzenfasern (1 ), aber auch zwischen die Pflanzenfaserzellen und die Zellen des Rindenparenchym Vordringen können, um die Pektine und Hemicellulosen während der Aufbewahrung abzubauen. Die Pflanzenzellen des Rindenparenchyms (Staub) werden dann erst durch den Waschprozess, welcher nach der Einlagerung durchgeführt wird, bzw. während dem anschliessenden mechanischen Öffnen, d.h. dem Vereinzeln der Pflanzenfasern, entfernt.
Fig. 2 die schematische Darstellung der Vorrichtung (9) umfassend die optionale Schneideinheit (A), die optionale Einheit (B) zum Entspitzen und/oder Entblättern der Stängel, die Entholzungs- und Trenneinheit (C), die Silier- und Degummiereinheit (D), sowie die Silagiereinheit (E). Die Vorrichtung (9) ist beispielhaft einteilig dargestellt. Die gestrichel- ten Linien mit Pfeilen zeigen die Verarbeitungsrichtung, welche die Nesselpflanzen (2) und deren Produkte durchlaufen.
Die optionale Schneideinheit (A) schneidet die Nesselpflanze (2), sodass die Wurzeln der Nesselpflanzen (2) weiterhin im Boden bleiben und wieder austreiben können. Die geschnittenen Nesselpflanzen (2), im Wesentlichen die Stängel (3) mit Blättern, können anschliessend in der optionalen Einheit (B) entspitzt und/oder entblättert werden, sodass nur die Stängel (3) weiterverarbeitet werden. Diese werden in der Entholzungs- und Trenneinheit (C) entholzt, wobei die Holzkerne (8) von den erhaltenen Nessel-Bänder (4) getrennt werden. Letztere werden mit der Silier- und Degummier- lösung (6) aus der Silier- und Degummiereinheit (D) in Kontakt gebracht und anschliessend in der Silagiereinheit (E) kompaktiert und zu Ballen verarbeitet, welche mittels einer Folie luftdicht verpackt und so zu Silageballen (7) verarbeitet werden.
Die in den Nessel-Bänder (4) der Nesselpflanzen (2) befindlichen Pflanzenfasern (1) werden anschliessend in den erhaltenen Silageballen (7) während der anaeroben Aufbewahrung der Nessel-Bänder (4) aus den Nesselpflanzen (2) separiert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Separieren von Pflanzenfasern (1 ) aus Nesselpflanzen
(2) mit Stängel (3) umfassend das Schneiden und Entholzen der Stängel
(3), wodurch je Stängel (3) mindestens ein Nessel-Band (4) erhalten wird, wobei jedes Nessel-Band (4) die Pflanzenfasern (1 ) sowie weitere Komponenten (5) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Nessel-Bänder (4) mit einer Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebracht und aufbewahrt werden, wobei während der Aufbewahrung sich die Pflanzenfasern (1 ) von den weiteren Komponenten (5) der Nessel-Bänder (4) separieren, wobei
- die Stängel (3) innerhalb von 72 Std. nach dem Schneiden entholzt werden,
- die Aufbewahrung der mit der Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebrachten Nessel-Bänder (4) unter anaeroben Bedingungen erfolgt, und
- die Nesselpflanzen (2) die grosse Brennnessel (Urtica Dioica), die Himalayanessel (Girardinia diversifolia), die Röhricht-Brennnessel (Urtica kioviensis) und/oder die Sibirische Hanfnessel (Urtica cannabina) darstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- die Stängel (3) innerhalb 48 Std. nach dem Schneiden entholzt werden, und/oder
- die Nessel-Bänder (4) innerhalb von 24 Std., insbesondere innerhalb von 3 Std., nach dem Entholzen mit der Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebracht und anaerob aufbewahrt werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stängel (3) beim Entholzen einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 60 Gew.-%, aufweist.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Silier- und Degummierlösung (6) eine wässrige Lösung darstellt umfassend mindestens ein Additiv, insbesondere eine Säure, Milchsäurebakterien (Lactobacillales) ein Enzym und/oder ein Komplexbildner, wobei bevorzugt die Säure eine organische Säure, beispielsweise Milchsäure oder Essigsäure, das Enzym ein Gum- abbauendes Enzym, beispielsweise Pektinase, Hemicellulase, BioPrep® 3000L, novozymes®, Viscozyme®, und der Komplexbildner ein Calcium- Komplexbildner, insbesondere Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), oder ein Salz davon, darstellt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Säure, der Milchsäurebakterien, des Enzyms oder des Komplexbildners in der Silier- und Degummierlösung (6) von 0.002 bis 3 Gew.-%, bevorzugt von 0.01 bis 2 Gew.-%, insbesondere von 0.01 bis 1 Gew.-%, beträgt,
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nessel-Bänder (4) mit 10 bis 200 mg, insbesondere 20 bis 150 mg, Silier- und Degummierlösung (6) je g Nessel-Band (4) in Kontakt gebracht werden, wobei die anaerobe Aufbewahrung anschliessend erfolgt, oder anaerob in der Silier- und Degummierlösung (6) aufbewahrt werden, wobei die Nessel-Bänder (4) von der Silier- und Degum- mierlösung (6) umgeben sind. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nessel-Bänder (4) mit der Silier- und Degum- mierlösung (6) durch Aufsprühen, Rollen, reversiblem Eintauchen, und/oder Bespritzen in Kontakt gebracht wird. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die anaerobe Aufbewahrung der mit Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebrachten Nessel-Bänder (4) in einem Silageballen (7) erfolgt. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die anaerobe Aufbewahrung der mit Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebrachten Nessel-Bänder (4) während mindestens 14 Tagen, insbesondere während mindestens 21 Tagen, und beispielsweise bis 12 Monaten oder mehr erfolgt. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbewahrung bei einer Mindesttemperatur von +1 °C oder höher erfolgt, wobei bevorzugt die Temperatur von 60°C nicht überschritten wird. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die separierten Pflanzenfasern (1 ), zu einem Garn, Flächentextil, Seil, Vlies, einer Kordel und/oder Schnur weiterverarbeitet werden, wobei zur Weiterverarbeitung bei Bedarf auch ein Spinnvorgang zur Anwendung kommen kann. Verwendung der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 bis 10 erhaltenen separierten Pflanzenfasern (1 ) zur Weiterverarbeitung zu einem Garn, Flächentextil, Seil, Vlies, einer Kordel und/oder Schnur. Vorrichtung (9) zum Separieren der Pflanzenfasern (1 ) aus Nesselpflanzen (2) gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 , umfassend eine Entholzungs- und Trenneinheit (C) zur Frisch-Entholzung der Stängel (3) und zum Trennen der Nessel-Bänder (4) vom Holzkern (8), eine Silier- und Degummiereinheit (D), mit welcher die Nessel- Bänder (4) mit der Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebracht werden, eine Silagiereinheit (E), mit welcher die mit der Silier- und Degummierlösung (6) in Kontakt gebrachten Nessel-Bänder (4) kompaktiert und mittels einer Folie luftdicht verpackt werden, wobei die Vorrichtung (9) ein- oder mehrteilig sein kann. Vorrichtung (9) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9) eine vorgelagerte Schneideinheit (A) zum Schneiden der Nesselpflanzen (2), und/oder eine Einheit (B) zum Entspitzen und/oder Entblättern der Stängel umfasst, wobei die Einheit (B) zum Entspitzen und/oder Entblättern bevorzugt vor der Entholzungs- und Trenneinheit (C) und, falls vorhanden, nach der Schneideinheit (A) angeordnet ist.
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