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Dokumentenidentifikation DE19852034C1 20.04.2000
Titel Zusammensetzung zur Herstellung von Formkörpern und Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus einer solchen Zusammensetzung
Anmelder Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80636 München, DE;
TECNARO Gesellschaft zur industriellen Anwendung nachwachsender Rohstoffe mbH, 76327 Pfinztal, DE
Erfinder Nägele, Helmut, Dipl.-Ing., 76327 Pfinztal, DE;
Eyerer, Peter, Prof. Dr.-Ing., 76228 Karlsruhe, DE;
Pfitzer, Jürgen, 76327 Pfinztal, DE;
Eisenreich, Norbert, Dipl.-Phys. Dr., 76327 Pfinztal, DE;
Inone, Emilia, Dipl.-Chem., 76327 Pfinztal, DE;
Eckl, Wilhelm, Dipl.-Phys., 76133 Karlsruhe, DE
Vertreter Lichti und Kollegen, 76227 Karlsruhe
DE-Anmeldedatum 11.11.1998
DE-Aktenzeichen 19852034
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 20.04.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.04.2000
IPC-Hauptklasse C08L 97/00
IPC-Nebenklasse C08J 5/00   B29B 9/06   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Herstellung von Formkörpern, bestehend aus polymerem Lignin, Schellack und Naturfasern. Sie ist ferner auf ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus einer derartigen Zusammensetzung gerichtet, indem der Formkörper durch Extrudieren hergestellt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Herstellung von Formkörpern sowie ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus einer solchen Zusammensetzung.

Durch die Förderung von Mineralölen und deren thermische Verwertung zur Energiegewinnung bzw. deren Synthese zu Kunststoffen steigt der Kohlendioxidgehalt (CO2) in der Erdatmosphäre stetig an. Der steigende CO2-Gehalt in der Atmosphäre wird zum Teil für den globalen Treibhauseffekt und die daraus resultierenden Klimaverschiebungen auf der Erde mitverantwortlich gemacht. Um die Akkumulation von CO2 in der Atmosphäre eindämmen zu können, ist es notwendig, den CO2-Kreislauf zu schließen. Dies bedeutet, daß nur soviel CO2 in einem bestimmten Zeitraum in die Atmosphäre abgegeben werden sollte, wie die Natur in dem selben Zeitraum in der Lage ist, dieses durch Photosynthese wieder neu in organische Feststoffe zu überführen. An synthetisch aus Erdöl gewonnenen Kunststoffen ist das Gegenteil deutlich zu demonstrieren. Werkstoffe aus synthetischen Kunststoffen können nach ihrem Nutzungszeitraum nicht CO2-neutral entsorgt werden, da mehr Kunststoffabfälle verbrannt werden, als Erdöl für die erneute Synthese neu gebildet werden kann. Dies hat zwangsläufig eine CO2 -Akkumulation in der Atmosphäre zur Folge.

Den größten Anteil innerhalb der synthetischen Kunststoffe haben die Thermoplaste. Diese werden auf Extrudern, Spritzgießmaschinen oder Warmformpressen unter Energieeinwirkung entweder in Form von Wärme oder von Friktion in einen plastischen Zustand überführt und in Matrizen oder Werkzeugen zum gewünschten Formteil urgeformt. Gelänge es nun einen Werkstoff zu generieren, der ausschließlich aus schnell nachwachsenden Rohstoffen gewonnen und außerdem auf herkömmlichen thermischen Umformmaschinen zu verarbeiten ist, ergäbe sich eine in ökologischer und ökonomischer Hinsicht wesentlich günstigere Bilanz.

Aus der Natur sind eine Reihe von Werkstoffen bekannt, die für solche Anwendungen geeignet wären. Hierzu gehören insbesondere die Polysaccharide (Cellulose, Stärke), die Proteine oder die Lignine. Die genannten Polymere sind allerdings nicht ohne weiteres thermisch formbar, so daß bei Werkstoffen, die aus Gründen der Formstabilität mit Fasern, z. B. Cellulosefasern, verstärkt sein müssen, ein natürliches Verarbeitungshilfsmittel zugesetzt werden muß. Als ein solches Verarbeitungshilfsmittel hat sich erfindungsgemäß Schellack erwiesen. Schellack wird von der Laus "Kerria lacca" zum Schutz des Geleges gegen äußere Witterungseinflüsse produziert und ist bei Temperaturen um etwa 80°C schmelzbar. Die guten filmbildenden Eigenschaften von Schellack tragen zu günstigen Verarbeitungseigenschaften der Mischung mit Naturfasern auf Extrudern, Spritzgießmaschinen oder Pressen bei.

Als weiteres thermoplastisches Bindemittel für Naturfasern kommt erfindungsgemäß Lignin aus den unterschiedlichsten Zellstoffaufschlußverfahren zum Einsatz. Das nur sehr gering ausgeprägte thermoplastische Verhalten von Lignin nach dem Zellstoffaufschluß reicht jedoch nicht aus, um es alleine mit Naturfasern zu einem thermoplastischen Compound formulieren zu können.

Erst eine Kombination aus den Komponenten Naturfaser, z. B. Cellulose (als Verstärkungs- oder Füllstoff), Lignin (als Bindemittel für die Faser) und Schellack (als Verarbeitungshilfsmittel) ergibt verarbeitungsfähige Compounds mit guten mechanischen und thermischen Eigenschaften, welche zu 100% aus nachwachsenden Rohstoffen formuliert und für technologisch hochwertige Anwendungen geeignet sind.

Gegenüber bekannten Versuchen mit Zusammensetzungen aus überwiegend natürlichen Komponenten (EP 0 720 634) bietet die erfindungsgemäße Zusammensetzung gemäß den Patentansprüchen folgende Vorteile:

  • - Compounds aus 100% nachwachsenden Rohstoffen (geschlossener CO2-Kreislauf),
  • - Direktverarbeitung von rieselfähigen Mischungen (keine thermischen Vorstufen für die Erzeugung der Mischung, was zu einer Schonung der Mischungskomponenten sowie einer geringeren Geruchsemission durch geringere Anteile von Spaltprodukten führt).
  • - Kalte Kompaktierung bei schlecht rieselfähigen Mischungen (keine thermische Beaufschlagung, was zu einer Schonung der Mischungskomponenten sowie einer geringeren Geruchsemission durch geringere Anteile an Spaltprodukten führt),
  • - keine Proteine (preisgünstigere Compounds, verringerte Gefahr der Schimmelbildung der Compounds bzw. der Formteile),
  • - kein Einsatz von Säure (geringerer Verschleiß der Verarbeitungsmaschine bzw. der Werkzeuge),
  • - kein Gylkol oder Glycerin (keine gesundheitsbedenklichen Emissionen während der Verarbeitung),
  • - sämtliche Lignine aus allen Zellstoffaufschlußverfahren sind einsetzbar (Ligninsulfonate, Kraftlignin, Organosolvlignin, Aquasolvlignin, ...),
  • - niedrigere Verarbeitungstemperaturen durch Schellack möglich (keine thermische Beaufschlagung, was zu einer Schonung der Mischungskomponenten sowie einer geringeren Geruchsemission durch geringere Anteile an Spaltprodukten führt).

Überall dort, wo Kunststoffe oder natürlich gewachsenes Holz in Formteilen oder Werkstücken zum Einsatz kommen, können die rieselfähigen Pulvermischungen gemäß der Erfindung oder die kaltverpreßten Granulate aus Cellulosefasern oder -mehl mit Lignin und Schellack zum Einsatz kommen, z. B. in der Automobil-, Bau-, Möbel-, Verpackungs- oder Elektronikindustrie.

Beispiele
  • 1. Es werden pulverförmiges Lignin, Holzfasern und Schellack mechanisch zu einer homogenen Mischung verarbeitet. Dabei beträgt der Anteil an Lignin 45%, der Anteil an Holzfasern 50% und der Anteil an Schellack 5%. Alle Komponenten liegen pulver- oder faserförmig vor, so daß eine homogene Vormischung möglich ist. Die rieselfähige Mischung wird anschließend auf eine Spritzgießmaschine aufgegeben und zu einem Formteil umgeformt.
  • 2. Für den Fall, daß die Vormischung wegen schlechter Rieselfähigkeit nicht unmittelbar auf eine Spritzgießmaschine oder einen Extruder aufgegeben werden kann, wird sie zuvor nach dem Verfahrensprinzip der Pressagglomeration in rieselfähige Pellets überführt. Die Pellets werden anschließend auf eine Spritzgießmaschine, einen Extruder oder eine Warmformpresse aufgegeben, plastifiziert und zum Formteil ausgeformt.

Anspruch[de]
  1. 1. Zusammensetzung zur Herstellung von Formkörpern, bestehend aus polymerem Lignin, Schellack und Naturfasern.
  2. 2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Lignin aus herkömmlichen Zellstoffaufschlußverfahren, wie Ligninsulfonaten, Kraftlignin, Organosolvlignin oder Aquasolvlignin.
  3. 3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus bis zu 80% Lignin, bis zu 80% Naturfasern und bis zu 70% Schellack besteht.
  4. 4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus etwa 45% Lignin, 50% Holzfasern und 5% Schellack besteht.
  5. 5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmiges Lignin und pulverförmiger Schellack mit Naturfasern als Kurzschnitte und/oder in mehlartiger Konsistenz gemischt sind.
  6. 6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfasern eine Abmessung zwischen 10 µm und 10.000 µm aufweisen.
  7. 7. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus pulverförmigem Lignin und Schellack sowie geschnittenen Naturfasern zu granulatförmigen Formkörpern als Zwischenprodukt verpreßt sind.
  8. 8. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die trockene Mischung thermisch plastifiziert und im plastischen Zustand zu dem Formkörper verarbeitet wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der trockenen Mischung vor oder während des thermischen Plastifizierens Gleitmittel aus nativen Ölen zugegeben werden.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper durch Extrudieren hergestellt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper durch Heißpressen hergestellt wird.






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