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Formteil bestehend aus Strohfasern, Papierfasern und einem Bindemittel sowie Verfahren zur Herstellung eines derartigen Formteils - Dokument DE19618554A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19618554A1 27.11.1997
Titel Formteil bestehend aus Strohfasern, Papierfasern und einem Bindemittel sowie Verfahren zur Herstellung eines derartigen Formteils
Anmelder Rühland, Lothar, 38176 Wendeburg, DE
Erfinder Rühland, Lothar, 38176 Wendeburg, DE
Vertreter GRAMM, LINS & PARTNER, 38122 Braunschweig
DE-Anmeldedatum 09.05.1996
DE-Aktenzeichen 19618554
Offenlegungstag 27.11.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.11.1997
IPC-Hauptklasse D21J 3/10
IPC-Nebenklasse C08J 3/20   C08K 3/38   C08L 7/02   C08L 21/02   C08L 83/02   C08L 91/06   C08J 5/00   D06M 13/02   D06M 15/11   D06N 3/04   
Zusammenfassung Ein Formteil, bestehend aus Strohfasern, Papierfasern und einem Bindemittel, läßt sich mit großer Stabilität und hoher Resistenz gegen Feuchtigkeit und Nässeeinwirkung dadurch bilden, daß die Fasern mit einem Wachsüberzug hydrophobiert sind. Vorzugsweise kann der Formkörper mit einem Latexüberzug versehen sein.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Formteil bestehend aus Strohfasern, Papierfasern und einem Bindemittel. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Formteils.

Formteile aus Strohfasern, Papierfasern und einem Bindemittel, die den Vorteil bieten sollen, aus biologisch abbaubaren Materialien zu bestehen, sind seit langer Zeit vorgeschlagen worden. Bevorzugte Anwendungsgebiete für derartige Formteile sind Grundkörper für die Blumenbinderei, Verpackungsmaterialien und Baumaterialien. In allen Fällen ersetzen die Formkörper aus zellulosehaltigem, pflanzlichem Material in erster Linie bisher verwendete Kunststoffkörper.

In der Terminologie dieser Anmeldung sind "Strohfasern" Zellulosefasern, die in pflanzlichem, verholzten oder Stengelmaterial enthalten sind und in der Pflanze durch Kitsubstanzen miteinander verbunden sind. Die Strohfasern werden aus solchem pflanzlichen Material durch lediglich mechanische Zerkleinerung gewonnen und enthalten somit noch pflanzliche Bindemittel, insbesondere Lignin, weswegen sie als lignozellulosehaltige Materialien bezeichnet werden.

Die in der Papierindustrie verwendeten Papierfasern hingegen bestehen aus Zellulosefasern, die chemisch aufgeschlossen worden sind, d. h. bei denen das pflanzliche Bindemittel entfernt worden ist. Die Zellulosefasern haben die Eigenschaft, bei Trocknung aus wäßriger Umgebung heraus Wasserstoffbrücken zu bilden, die eine feste Verbindung miteinander eingehen.

Die bisher bekannt gewordenen Formkörper, die aus Strohfasern, Papierfasern und einem Bindemittel bestehen, haben sich in der Praxis nicht bewährt, da sie nicht gegen Feuchtigkeitseinflüsse stabil sind und schlechte Oberflächeneigenschaften aufweisen.

Ausgehend von der Problemstellung, Formteile der eingangs erwähnten Art in ihrer praktischen Verwendbarkeit zu verbessern, sind erfindungsgemäße Formteile der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern mit einem Wachsüberzug hydrophobiert sind.

Für Verpackungskörper wird das Problem erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, daß der Formkörper mit einem Latexüberzug versehen ist.

Die erfindungsgemäßen Formkörper sind auch bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100% noch formstabil und auch mehrere Tage gegen intensiven Regen unempfindlich. Der erfindungsgemäß vorgesehene Latexüberzug sorgt für eine verbesserte Elastizität und Flexibilität des Formkörpers sowie für eine staub- und kratzfreie Oberfläche, wodurch die Akzeptanz der erfindungsgemäßen Formkörper erheblich erhöht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Formkörpers weist folgende Verfahrensschritte auf:

  • - grob zerrissenes Papier wird in Wasser suspendiert,
  • - der Papiersuspension wird ein Bindemittel so zugegeben, daß es noch nicht verkleistert,
  • - mechanisch zerkleinertes Stroh wird in die Suspension eingemischt,
  • - der Suspension wird vor oder nach dem Einmischen des Strohs ein emulgierter Wachs hinzugefügt,
  • - der Rohstoffbrei wird entwässert, geformt und bei Temperaturen oberhalb der Verkleisterungstemperatur des Bindemittels getrocknet,
  • - nach der Trocknung werden die Formkörper in ein Latexbad getaucht.


Vorteile der erfindungsgemäßen Formkörper sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie bevorzugte Ausführungsformen werden im folgenden anhand der Beschreibung von bevorzugten Herstellungsverfahren näher erläutert.

Die Aufbereitung des Strohs erfolgt zweckmäßigerweise dadurch, daß ein Getreidestrohballen in einem Zerreißer grob vorzerkleinert wird und anschließend in einem Häcksler auf ca. 30 mm Länge gehäckselt und in einer dritten Stufe durch eine Feinprallmühle auf Längen von 1 mm, 1,5 mm, 2 mm oder 3 mm - je nach Anwendungsfall - zerkleinert wird.

In einem Papierzerreißer wird Tageszeitungspapier (ohne Glanzpapier) grob auf ca. halbe Postkartengröße zerrissen. Das so zerrissene Papier wird in definierter Menge in ein Rührwerk gefüllt. In diesem Rührwerk befindet sich ca. 45°C warmes Wasser. Die Wassermenge entspricht etwa der 9-13fachen Menge der Gesamtmenge an zerrissenen Papier- und Strohfasern. Das grob zerrissene Papier wird in dem schnell laufenden Rührwerk in Wasser suspendiert. Die Verwendung des warmen Wassers erfolgt, um eine möglichst kurze Auflösezeit des Papiers zu erzielen.

Nachdem das Papier aufgelöst ist, wird ein wasseremulgiertes, anionisches Paraffinwachs zugegeben. Für die Herstellung von Verpackungsformkörpern beträgt der Anteil von Paraffinwachs am Gesamttrockengewicht des Papiers und Strohs ca. 5%, für Floristikteile vorzugsweise ca. 8%. Der anionische Paraffinwachs zieht auf die Zellulosefaser auf und hydrophobiert diese.

Ferner wird ein wasserunlöslicher Konservierungsstoff (abbaubares Biozid) in pulveriger Form in einer Menge von ca. 1% des Papierstoffes und Strohs zugegeben. Der Konservierungsstoff hat die Aufgabe, die an den später zugegebenen Strohfasern haftenden Pilzsporen und Bakterien abzutöten. Er ist nur in feuchter Umgebung wirksam und verhindert dann eine Schimmelbildung auf den Formkörpern bzw. eine Geruchsbildung durch Bakterien. Dadurch können die teilweise sehr ausgeprägten Eigengeruchsbildungen der Formteile unterbunden werden.

Der Suspension wird ferner eine veresterte Getreiderohstärke in einer Menge von 2-8 Gew.% vom Papiergewicht zugegeben. Die Verkleisterungstemperatur der Stärke wird über 65°C gewählt, damit eine Verkleisterung in dem 45°C warmen Wasser noch nicht stattfindet.

Nachdem die Suspension mit allen Zusatzstoffen intensiv vermischt worden ist, wird das Getreidestroh eingemischt. Für Verpackungs-Formkörper werden bevorzugt 1,5 und 2 mm lange Fasern verwendet, für den Floristikbereich Faserlängen des Strohs von etwa 3 mm.

Der Papier/Stroh-Anteil beträgt im Verpackungsbereich vorzugsweise 18 bis 35 zu 82 bis 65%, im Floristikbereich liegt der Papieranteil vorzugsweise bei etwa 15% und der Strohanteil bei etwa 85%.

Nachdem das Stroh in die Suspension eingemischt worden ist, wird ein kationisches Ausfällungsmittel als letzter Zusatz zugegeben. Mit diesem in der Menge ganz genau definierten Ausfällungsmittel wird der bis dahin im Wasser emulgierte Paraffinwachs neutralisiert und dadurch ausgefällt. Würde diese Ausfällung nicht durchgeführt, würde das Wachs zusammen mit dem Brauchwasser beim Entwässerungsprozeß zum größten Teil abgenutscht. Da die Ausfällung als letztes durchgeführt wird, zieht das Wachs zuvor auch noch auf die Strohfaser, wie bereits vorher auf die Papierfaser, auf.

Mit der so erreichten Hydrophobierung können die Formkörper so stabilisiert werden, daß sie auch bei bis zu 100% relativer Luftfeuchtigkeit noch formstabil sind. Je nach Wachsmenge können sie auch mehrere Tage gegen intensiven Regen unempfindlich sein.

Der so gefertigte Rohstoffbrei wird in speziellen Saugformen mittels Druck und Vakuum entwässert und geformt und anschließend auf Trocknungsblechen in einem Transportwagen abgelegt und bei anfänglich 130°C und mit zunehmender Trocknungsdauer bei 110°C getrocknet. Bei der Trocknung verkleistert die Stärke, und es bilden sich Wasserstoffbrücken zwischen den Zellulosefasern, was zur Verhärtung des Materials führt. Bevor die Formkörper auf das Blech zur Trocknung abgelegt werden, werden sie von allen Seiten mit flüssiger Zitronensäure besprüht. Dieses Besprühen hat den Vorteil, daß die Formkörper während der Trocknung nicht zu dunkelfarbig werden. Nach der Trocknung, die je nach Materialdicke 4 bis 6 Stunden dauern kann, werden die Formkörper, insbesondere zur Verwendung als Verpackungsmittel, in ein Latexbad getaucht und anschließend oberflächengetrocknet.

Die Latexmischung kann mit Naturkautschuk oder mit synthetischem Latex gebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Latexmischung aus

30 Anteilen reinem Naturkautschuk, vermischt mit 20 Anteilen Wasser,

10 Anteilen feinstem Talkum,

1,5 Anteilen mit Wasser verdünnbarem Siliconöl,

1,5 Anteilen in Wasser emulgiertem Paraffinwachs,

0,1 Anteil biologischem Entschäumer.

Die Menge des zugegebenen Wassers bestimmt die Schichtdicke auf dem Formteil. Gibt man mehr Wasser zu, so wird die Schichtdicke dünner, gibt man weniger Wasser zu, wird die Schichtdicke größer.

Das Talkum verhindert, daß sich der auf dem Formteil getrocknete Kautschuk bei Reibung aufribbelt und sich zu Klümpchen aufrollt.

Das in Wasser verdünnbare Siliconöl weist vorzugsweise einen ca. 40%igen Feststoffanteil auf, der in einem Hochviskosenöl gelöst ist. Da der Naturkautschuk auch nach dem Trocknen eine hohe unerwünschte Oberflächenklebrigkeit aufweist, dient das Silikonöl zur Herstellung einer Trennwirkung, die die Oberflächenklebrigkeit unterbindet. Das Hochviskoseöl als Trägermedium für das Silikonöl hat den Vorteil, daß es nahezu keine Schmierspuren auf dem Verpackungsgut hinterläßt. Allerdings reicht die Trennwirkung des Silikonöls allein nicht aus. Als weiteres Trennmittel wird daher das in Wasser emulgierte Paraffinwachs eingesetzt.

Wachs allein hätte keine ausreichende Trennwirkung, die Erhöhung der Trennwirkung mit Silikonöl würde zu Schmierspuren führen. Wachs und Silikonöl ergänzen sich in ihren Trenneigenschaften, so daß diese Kombination die Oberflächenklebrigkeit des Naturkautschuks zuverlässig verhindert, ohne Schmierspuren auf dem Verpackungsgut zu hinterlassen.

Der eingesetzte Entschäumer besteht aus einer Mischung verschiedener natürlicher Öle und/oder Silikonöle und verhindert eine Bläschenbildung im Latexbad und somit eine Bläschenbildung auf dem Verpackungsformteil. Gleichzeitig sorgt der Entschäumer dafür, daß die Oberfläche des Verpackungsformteils problemlos im Tauchverfahren benetzt werden kann. Ohne den Entschäumer wäre es nicht möglich, eine gleichmäßige, fehlerfreie Benetzung des Verpackungsformteils im Tauchbad zu erzielen.

Die beschriebene Oberflächenbehandlung mittels des Latexüberzugs ergibt eine flexible, staub- und kratzfreie Oberfläche.

Für Verpackungsformteile wird manchmal zusätzlich ein Brandschutz gewünscht.

Ein hochwirksamer, biologisch unbedenklicher Brandschutz für Kautschuk ist bisher nicht bekannt gewesen. Es sind daher Chlorverbindungen eingesetzt worden, die jedoch aus Umweltschutzgründen nicht mehr akzeptabel erscheinen.

Überraschenderweise hat die Zugabe eines Flammschutzmittels eine hochwirksame Flammschutzwirkung, wenn der Latexüberzug aus einer Mischung von synthetischem Latex und Naturkautschuk gebildet wird.

Die bevorzugte, flammenhemmende Mischung für den Latexüberzug besteht aus

320 Teilen Wasser,

44 Teilen synthetischem Latex,

44 Teilen Flammschutzmittel Ammoniumpolyphosphat,

40 Teilen Naturkautschuk,

20 Teilen in Wasser emulgiertem Paraffinwachs und

0,1 Teilen biologischer Entschäumer.

Der so hergestellte Latexüberzug ist flexibel und hat eine selbstverlöschende Flammschutzwirkung.


Anspruch[de]
  1. 1. Formkörper bestehend aus Strohfasern, Papierfasern und einem Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern mit einem Wachsüberzug hydrophobiert sind.
  2. 2. Formkörper bestehend aus Strohfasern, Papierfasern und einem Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Latexüberzug versehen ist.
  3. 3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Strohfasern zu Papierfasern zwischen 82 : 18 und 65 : 35 liegt.
  4. 4. Formkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserlängen der Strohfasern zwischen 1 und 2,5 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 2 mm liegen.
  5. 5. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Strohfasern zu Papierfasern bei etwa 85 : 15 liegt.
  6. 6. Formkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserlänge der Strohfasern bei etwa 3 mm liegt.
  7. 7. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wachsüberzug der Fasern ein Paraffinwachsüberzug ist.
  8. 8. Formkörper nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Anteil von etwa 5% Wachs bezogen auf den Gesamtanteil an Papier- und Strohfasern.
  9. 9. Formkörper nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen Anteil von etwa 8 Gew.% Wachs bezogen auf den Gesamtanteil von Papier- und Strohfasern.
  10. 10. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Zusatz an wasserunlöslichem Konservierungsstoff.
  11. 11. Formkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz an wasserunlöslichem Konservierungsstoff etwa 1 Gew.% bezogen auf den Gesamtanteil an Papier- und Strohfasern beträgt.
  12. 12. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel eine Stärke, vorzugsweise eine veresterte Getreiderohstärke, dient.
  13. 13. Formkörper nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Anteil von 2 bis 8 Gew.% an Stärke bezogen auf den Gesamtanteil an Papier- und Strohfasern.
  14. 14. Formkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Latexüberzug Silikonöl und Wachs enthält.
  15. 15. Formkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Latexüberzug Talkum enthält.
  16. 16. Formkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 15, gekennzeichnet durch einen Zusatz eines Entschäumers in dem Latexüberzug.
  17. 17. Formkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Latexüberzug aus einer Mischung von synthetischem Latex und Naturkautschuk mit einem Flammschutzmittel, einem Paraffinwachs und einem Entschäumer besteht.
  18. 18. Verfahren zur Herstellung eines Formteils nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    1. - grob zerrissenes Papier wird in Wasser suspendiert,
    2. - der Papiersuspension wird ein Bindemittel so zugegeben, daß es noch nicht verkleistert,
    3. - mechanisch zerkleinertes Stroh wird in die Suspension eingemischt,
    4. - der Suspension wird vor oder nach dem Einmischen des Strohs ein emulgierter Wachs hinzugefügt,
    5. - der Rohstoffbrei wird entwässert, geformt und bei Temperaturen oberhalb der Verkleisterungstemperatur des Bindemittels getrocknet.
  19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Trocknung die Formkörper in ein Latexbad getaucht werden.
  20. 20. Verfahren nach Anspruch 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß in die Papiersuspension ein wasserunlöslicher Konservierungsstoff hineingegeben wird.
  21. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Zugabe des zerkleinerten Strohs das Wachs in der Suspension mit einem Ausfällungsmittel ausgefällt wird,

    22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper vor der Trocknung besprüht werden, um ein Dunkelwerden zu verhindern.
  22. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper mit flüssiger Zitronensäure besprüht werden.






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