DE10004241A1 - Formmasse zum Herstellen von biologisch abbaubaren Formkörpern auf Basis von Naturstoffen und Verfahren zur Herstellung der Formkörper - Google Patents
Formmasse zum Herstellen von biologisch abbaubaren Formkörpern auf Basis von Naturstoffen und Verfahren zur Herstellung der FormkörperInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Formmasse zum Herstellen von biologisch abbaubaren Formkörpern auf Basis von Naturstoffen mit einer Basismasse, enthaltend 40-80 Gew.-% Cellulose, 0-50 Gew.-% Gips und 10-60 Gew.-% Füllstoffe sowie Hilfsstoffe einschließlich wärmeaushärtbare Klebemittel sowie ein Verfahren zum Herstellen der Formkörper aus diesen Formmassen unter Einsatz eines bevorzugt mehrstufigen Aushärtungsvorgangs unter Einsatz von hochfrequenter Strahlung, z. B. Mikrowellenstrahlung.
Description
Die Erfindung befaßt sich mit einer Formmasse zum Herstellen von biologisch
abbaubaren Formkörpern auf Basis von Naturstoffen, insbesondere auf Basis
von Cellulose.
Seit langem sind Formmassen auf Basis von Pappmache sowie Produkte
hieraus bekannt, wobei unter Pappmache Materialien oder
Materialkombinationen verstanden werden, bei denen als Ausgangsmaterial
Naturpolymere wie Cellulose und Kautschuke sowie synthetische Polymere,
darauf aufbauende Gemische und Zusammensetzungen mit verschiedenen
Füllstoffen dienen.
Eine Weiterentwicklung von Produkten auf Basis von Pappmache ist in der
DE 198 03 639 A1 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Formmasse und ein Verfahren
zur Herstellung von biologisch abbaubaren Formkörpern auf Basis von
Naturstoffen in bezug auf eine rationelle Fertigung und Verbesserung der
Gebrauchseigenschaften der Formkörper insbesondere Stabilität und Handling
zu verbessern.
Gemäß dem Vorschlag der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer Formmasse
gelöst, bei der als Komponente A 40-80 Gew.-% Cellulose, als Komponente
B 0-50 Gew.-% Gips und/oder Polysaccharide und als Komponente C
10-60 Gew.-% Füllstoffe vorgesehen sind, wobei die Komponenten A, B, C
100 Gew.-% einer Basismasse bilden und bezogen auf 100 Gewichtsteile der
Basismasse aus den Komponenten A, B, C Hilfsstoffe wie 0-3 Gew.-%
Trennmittel, 5-20 Gew.-% wärmeaushärtbare Klebemittel, 0-5 Gew.-%
Bindemittel auf natürlicher oder synthetischer Basis und zusätzlich Farbmittel
in üblichen Mengen eingesetzt sind.
Die erfindungsgemäße Formmasse ermöglicht ein breites Anwendungs
spektrum in den zu erzielenden Eigenschaften der Formkörper, sowohl in der
Variabilität der optischen Charakteristika als auch in der Variabilität des
Gewichtes. Die erfindungsgemäßen Formmassen sind sowohl industriell als
auch individuell für den Hobbybereich verarbeitbar.
Für eine Herstellung der Formkörper durch Gießen wird bevorzugt eine
Formmasse eingesetzt, die als Komponente A 40-60 Gew.-% Cellulose, als
Komponente B 30-50 Gew.-% Gips und/oder Polysaccharide und als
Komponente C 10-30 Gew.-% Füllstoffe enthält, wobei aus den
Komponenten A, B, C eine Basismasse hergestellt wird.
Für die Herstellung von Formkörpern durch Pressen oder Kneten wird
bevorzugt eine Zusammensetzung der Basismasse aus 40-80 Gew.-%
Cellulose als Komponente A und 20-60 Gew.-% Füllstoffe als Komponente
C vorgesehen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Formmasse sind den
kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche entnehmbar.
Das Basismaterial, die Komponente A, ist Cellulose, wobei hierunter auch
Cellulosederivate zu verstehen sind, einschließlich Methylcellulose. Der Anteil
der Komponente A richtet sich nach den zu erzielenden Eigenschaften des
Formkörpers.
Bei der Herstellung der Formkörper durch Gießen mittels einer Gießmasse
werden als Füllstoff Gips und/oder Polysaccharide zusätzlich vorgesehen, der
gleichzeitig zur Formstabilität und zur steuerbaren zeitlichen Härtung des
Formkörpers beiträgt.
Als Füllstoffe sowohl für Gießmassen als auch Preßmassen werden bevorzugt
Horn- und Knochenmehle, Korkmehl, Holzmehl, Kaffeemehl, Kakaopulver,
Holzkohlepulver, Metallpulver wie Eisenpulver, Feinsande, Tone, Kaolin, Mehl,
Gries und andere natürliche Füllstoffe.
Als Farbstoffe werden insbesondere solche auf Wasserbasis, Acryl- oder
Alkydbasis, natürliche Pflanzenfarbstoffe als Pulver oder flüssig, wie z. B.
Curcuma eingesetzt. Darüber hinaus sind auch manche Füllstoffe, wie
beispielsweise Metallpulver, Eisenpulver oder Titandioxid gleichzeitig
Farbmittel.
Als Klebemittel werden bevorzugt in der Wärme aushärtbare Klebemittel
eingesetzt, insbesondere Leime, wie chemisch abbindende PVAC-Leime
Phenol-, Resorzin-, Melamin-, Knochen- und Harnstoff-Formaldehydharz-
Heißleime. Hierbei reagieren 15 bis 20 Prozent beispielsweise von Harz-
Harnstoff-Leim, der durch Wärmeeintrag, vorzugsweise Mikrowelle, gezielt zur
Aushärtung gebracht wird. Der Formaldehydgehalt ist E 1 zertifiziert, daß
beispielsweise bei der Herstellung von Formkörpern für Spielzeuge die
Spielzeugnorm erfüllt wird.
Zusätzliche Stabilisatoren, die auch als Füllstoffe wirken können, können
zugegeben werden, beispielsweise Bindemittel auf Acrylbasis, Methylcellulose,
Polysaccharide oder Stärke.
Um die Ausformung der Formmasse nach der Formgebung zu erleichtern und
die Klebkraft zur Form zu vermindern und gegebenenfalls einen zusätzlichen
Oberflächenschutz zu erzielen, werden Trennmittel insbesondere in Form von
Ölen, insbesondere pflanzlichen Ölen, gegebenenfalls auch geringe Zusätze
von ätherischen Ölen zur Duftgebung der Formmasse beigegeben.
Das Verfahren zum Herstellen von Formkörpern unter Verwendung der
erfindungsgemäßen Formmassen nach dem Gießverfahren oder Preßverfahren
zeichnet sich dadurch aus, daß die Komponenten A, B, C trocken zu der
Formmasse gemischt werden und gegebenenfalls trockene Hilfsstoffe bereits
hierein eingemischt werden und danach die trockene Mischung mit Wasser zu
einem formbaren bzw. gießfähigen Brei so lange angerührt wird, bis eine
homogene feuchte Mischung als Formmasse erreicht wird, der auch die
restlichen Hilfsstoffe zugesetzt sind und danach die feuchte Formmasse in die
gewünschten Formen eingebracht wird, die gefüllten Formen für eine kurze
Zeit von etwa 1 bis 5 Minuten einer hochfrequenten Strahlung, wie
Mikrowellenstrahlung unterworfen und erwärmt werden, wobei die
Aushärtung des Klebemittels und gegebenenfalls Bindemittels eingeleitet wird.
Nach Abkühlung werden die Formkörper entformt.
Bevorzugt wird die Mikrowellenbehandlung zur Beaufschlagung der gefüllten
Formen mit Wärme mindestens einmal in einem Abstand von etwa 10 bis 60
Minuten wiederholt. Dieses zweistufige oder gegebenenfalls dreistufige
Härteverfahren durch hochfrequente Strahlung bewirkt die Aushärtung der
Formmasse und fördert die Qualität insbesondere Stabilität des Endproduktes.
Als Preß- oder Gießformen werden insbesondere von Gipsmodellen
abgegossene Negativformen aus Latex, Weichgummi, z. B. teilpolymerisiertem
Kautschuk mit hohem Rußanteil, nicht spröde Kunststoffharz-
Pulvermischungen oder tiefgezogene PE-Formen eingesetzt.
Bei der Herstellung von Formkörpern durch Gießen wird die Gießmasse trocken
gemischt und kann beliebig lange trocken in Portionen aufbewahrt werden. Die
Gießmasse wird kurz vor Gebrauch mit Wasser angerührt und ist ca. 15 bis 30
Minuten lang, je nach eingesetzten Komponenten gießfähig. Die Gießmasse
kann dann in die gewünschten Formen gegossen werden, insbesondere
elastische Formen aus Polyethylen, Gummi, Kunststoff, Silikon oder
dergleichen. Es können beispielsweise Formkörper in Form von Platten
zwischen 5 und 15 mm Dicke bzw. Formkörper bis zu 30 oder 40 mm Dicke
gegossen werden, ohne daß es bei der nachfolgenden Härtung und Trocknung
zu Rißbildung und Verformungen kommt. Bei Gießmassen wird bevorzugt die
Härtung in zwei bis drei Stufen durchgeführt. Nach 15 bis 30 Minuten
reagieren der Gips und/oder das Polysaccharid, die in der als Gießmasse
ausgebildeten Formmasse enthalten sind, aus und binden zusätzlich
überschüssiges Wasser aus der Formmasse, mit dem diese zu Beginn zwecks
Gießbarkeit angerührt wurde. Jetzt wird die mit der feuchten Formmasse
angefüllte Form für 60 bis 120 Sekunden einer Mikrowellenstrahlung
ausgesetzt. Durch die hochfrequente Strahlung wird die Reaktion des
Klebemittels - Leims - und des Bindemittels eingeleitet. Nach 10 bis 30
Minuten, je nach Größe des Formkörpers, erfolgt eine zweite
Mikrowellenbestrahlung für eine Zeitdauer von 60 bis 120 Sekunden. Nach der
Abkühlung können die Formkörper sofort aus der elastischen Form gelöst
werden.
Die Formkörper können dann nach 1 bis 2 Stunden nachfolgender
Lufttrocknung in weiteren Durchgängen in der Mikrowelle, bei kontinuierlicher
Temperatursteigerung, fertiggetrocknet werden. Die Formkörper können aber
auch gelagert werden und an der Luft selbständig weiter trocknen und sind
dann ohne weitere Behandlung nach ca. 12 Stunden weiterverarbeitungs
trocken.
Zum Herstellen von Formkörpern durch Pressen wird die Formmasse aus den
einzelnen Bestandteilen gemischt und konfektioniert. Sie kann bei kühler
Lagerung - Raumtemperatur - monatelang gelagert werden, dies gilt auch für
Knetmassen.
Darüber hinaus ist es möglich, den Preß- und Gießmassen auch zu einem
späteren Zeitpunkt noch bis zu 20 Gew.-% Fremdstoffe wie Füllstoffe,
Farbstoffe beizumischen, um sowohl Aussehen als auch Gewicht des
herzustellenden Formkörpers - Endproduktes - zu variieren.
Die erfindungsgemäßen Formmassen ermöglichen, daß sowohl die gegossenen
als auch die formgepreßten Formkörper bzw. von Hand (Kneten) geformten
Formkörper bereits nach wenigen Minuten nach dem ersten bzw. zweiten
Aushärtevorgang mittels Mikrowellenstrahlung entformstabil sind und aus der
Gießform/Preßform entnommen werden können. Sie sind zu diesem Zeitpunkt
noch elastisch. Nach der vollständigen Aushärtung durch natürliches
Nachtrocknen bzw. Mikrowellentrocknung können die Formkörper mechanisch
weiterverarbeitet, konfektioniert oder bedruckt werden. Sie sind jetzt
ausgehärtet, starr und bruchfest.
Die erfindungsgemäße Formmasse ermöglicht sowohl die industrielle als auch
die individuelle Verarbeitung zu Formkörpern und ist kostengünstig. Es sind
kurze Verarbeitungszeiten realisierbar, die Formkörper sind nach wenigen
Minuten entformbar. Durch Einsatz von Naturstoffen, insbesondere
Hauptbestandteil Cellulose in variablen Mischungen kann der Charakter des
Endproduktes in großer Variationsbreite eingestellt werden und biologisch
abbaubare Formkörper hergestellt werden. Die Formkörper sind sowohl
mechanisch als auch drucktechnisch weiterverarbeitbar und bearbeitbar. Durch
Zusatz entsprechender magnetisierbarer Metalle ist es auch möglich,
magnetische Formkörper herzustellen.
Claims (10)
1. Formmasse zum Herstellen von biologisch abbaubaren Formkörpern auf
Basis von Naturstoffen enthaltend
- - als Komponente A 40-80 Gew.-% Cellulose,
- - als Komponente B 0-50 Gew.-% Gips und/oder Polysaccharide
- - als Komponente C 10-60 Gew.-% Füllstoffe
- - 0-3 Gew.-% Trennmittel,
- - 5-20 Gew.-% wärmeaushärtbare Klebemittel,
- - 0-5 Gew.-% Bindemittel auf natürlicher oder synthetischer Basis
2. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum
Herstellen von Formkörpern durch Gießen
- - als Komponente A 40-60 Gew.-% Cellulose,
- - als Komponente B 30-50 Gew.-% Gips und/oder Polysaccharide und
- - als Komponente C 10-30 Gew.-% Füllstoffe vorgesehen sind.
3. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum
Herstellen der Formkörper durch Pressen oder Kneten
- - als Komponente A 40-80 Gew.-% Cellulose und
- - als Komponente C 20-60 Gew.-% Füllstoffe vorgesehen sind.
4. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß Füllstoffe auf organischer und/oder anorganischer Basis vorgesehen
sind, wie Horn- und Knochenmehl, Korkmehl, Holzmehl, Kaffeemehl,
Kakaopulver, Holzkohlepulver, Mehl, Gries, Eisenpulver, Feinsande, Ton,
Kaolin.
5. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß Farbstoffe auf Wasser-, Acryl- oder Alkydbasis, natürliche
Pflanzenfarbstoffe als Pulver oder flüssig vorgesehen sind.
6. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß als wärmeaushärtbare Klebemittel Leime, wie chemisch abbindende
PVAC, Phenol-, Resorzin-, Melamin-, Knochen- und Harnstoff-
Formaldehydharz-Heißleime.
7. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß Bindemittel auf Acrylbasis, Polysaccharide oder Stärke vorgesehen
sind.
8. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß Zusatzstoffe in Form von Trennmitteln, wie Öle, ätherische Öle
vorgesehen sind.
9. Verfahren zum Herstellen von Formkörpern auf Basis von Naturstoffen
unter Verwendung der Formmassen nach einem der Ansprüche 1 bis 8
nach dem Gieß- oder Preßverfahren, bei dem aus den Komponenten A, B,
C eine trockene Mischung hergestellt wird, danach die trockene Mischung
unter Zugabe der Hilfsstoffe wie Trennmittel, Klebemittel, Bindemittel und
Farbmittel mit Wasser zu einem gießfähigen bzw. formbaren Brei so lange
angerührt werden, bis eine homogene feuchte Mischung der Formmasse
erreicht ist, danach die feuchte Formmasse in die gewüschten Formen
eingebracht wird, die gefüllten Formen für eine kurze Zeit von etwa 1 bis 5
Minuten einer hochfrequenten Strahlung, wie Mikrowellenstrahlung
unterworfen und erwärmt werden, wobei die Aushärtung des Klebemittels
und gegebenenfalls Bindemittels eingeleitet wird und nach Abkühlung die
Formkörper entformt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mikrowellenbestrahlung zur Beaufschlagung der gefüllten Form mit
Wärme mindestens einmal im Abstand von etwa 10 bis 60 Minuten
wiederholt wird.
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