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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft einen Formkörper auf Lignocellulosebasis
und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
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Üblicherweise
werden für Harzformteil für Fahrzeuge und dergleichen
von Öl abgeleitete Thermoplast- und Duroplastharze verwendet.
Zum Beispiel sind Fahrzeug-Aschenbecher aus Phenolharz oder dergleichen, gemischt
mit Holzspänen, Fasern oder dergleichen, geformt.
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Produkte,
die aus von Öl abgeleiteten Materialien, wie Phenolharzen,
geformt sind, erhöhen jedoch den Kohlendioxid-Gehalt in
der Erdatmosphäre, wenn sie verbrannt werden. Außerdem
enthalten Phenolharze und dergleichen freies Phenol und Formaldehyd
und können deshalb Stoffe erzeugen, die den menschlichen Körper
schädigen.
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Folglich
ist eine Technologie entwickelt worden, der zufolge Formkörper,
die Duroplastharzprodukten ähnlich sind, erhalten werden,
indem von Pflanzen abgeleitetes Material auf Lignocellulosebasis
nacheinander einer Dampfbehandlung; Trocknung und Pulverisierung
unterzogen wird, und dann dieses durch Anwenden von Wärme
und Druck geformt wird (siehe zum Beispiel
Japanische ungeprüfte Patentschrift
Nr. 2003-165844 ).
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Die
Produkte, die nur aus Material auf Lignocellulosebasis geformt werden,
sind wegen ihrer Wasserabsorptionseigenschaft und geringen Feuchtigkeitsbeständigkeit
jedoch schlechter, und deshalb als Harzformteil für Fahrzeuge
nicht geeignet, weil sie Deformation erleiden, z. B. Expansion,
wenn sie als Fahrzeugprodukte verwendet werden.
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Ferner
weist das Material auf Lignocellulosebasis das Problem auf, dass
es kein Formen in komplizierte Formen zulässt, weil Wärme,
die auf Material auf Lignocellulosebasis in Pulverform angewendet
wird, nur einen kleinen Teil von ihm in flüssige Form ändert.
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Auch
mit den Produkten, die aus Material auf Lignocellulosebasis geformt
sind, das mit einem anderen herkömmlichen thermoplastischen,
duroplastischen oder biologisch abbaubaren Harz gemischt ist, gibt
es Probleme derartig, dass sich herkömmliche thermoplastische
und duroplastische Harze von Öl ableiten und dass thermoplastische
und biologisch abbaubare Harze nicht mit Material auf Lignocellulosebasis
reagieren, was die schlechtere mechanische Eigenschaft des Verbundmaterials
und die schlechtere Haltbarkeit der Formkörper bedingt.
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Diese
Erfindung ist gemacht worden, um die Probleme zu lösen,
wie vorstehend erwähnt. Die Primäraufgabe der
Erfindung ist es, einen Formkörper auf Lignocellulosebasis
bereitzustellen, welcher eine verbesserte Wasser-nicht-absorbierende
Eigenschaft und Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweist, weniger
belastend für die Umwelt und den menschlichen Körper
ist, und in der Lage ist, eine komplizierte Form anzunehmen, und ein
Verfahren zur Herstellung desselben.
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Um
die vorstehende Aufgabe zu lösen, ist ein Formkörper
auf Lignocellulosebasis gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass er aus dampfbehandeltem Material
auf Lignocellulosebasis, das mit Furanharz gemischt ist, geformt
ist.
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Wünschenswerterweise
sollte die Menge des Furanharzes, das im Formkörper auf
Lignocellulosebasis enthalten ist, im Bereich von 3 Gew.-% bis 45
Gew.-% liegen.
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Die
Dampfbehandlung des Materials auf Lignocellulosebasis zersetzt Hemicelluose
und Lignin, wodurch thermoplastische Bestandteile hergestellt werden.
Ferner hat das Furanharz, welches ein duroplastisches Harz in flüssiger
Form vorzugsweise von natürlichem Ursprung ist, das mit
dem Material auf Lignocellulosebasis gemischt ist, eine Zunahme
der Fluidität und Vernetzungsdichte zur Folge.
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Weil
das Furanharz ein von Pflanzen abgeleitetes Material sein kann,
das z. B. durch Unterziehen von Maiskolben einer Carbonisierung
erhalten wird, führt dessen Verbrennen oder dergleichen
nicht zu einer Zunahme des Kohlendioxids und dessen Verwendung kann
die Belastung auf den menschlichen Körper verringern.
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Folglich
weist der Formkörper auf Lignocellulosebasis gemäß der
vorliegenden Erfindung verbesserte, Wasser-nicht-absorbierende Eigenschaft
und Feuchtigkeitsbeständigkeit auf und ist für
die Umwelt und den menschlichen Körper weniger belastend.
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Wünschenswerterweise
sollte ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers
auf Lignocellulosebasis einen Schritt des Mischens eines dampfbehandelten
Materials auf Lignocellulosebasis und eines Furanharzes mittels
eines Mischers unter Verwendung von Scherkraft einschließen.
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Genauer
kann das Mischen des Materials auf Lignocellulosebasis und des Furanharzes
mittels eines Mischers unter Verwendung von Scherkraft, wie eines
Biaxialextruders oder eines Kneters, eine weitere Zunahme der Vernetzungsdichte
bewirken, was zu einer weiteren Verbesserung der Wasser-nicht-absorbierenden
Eigenschaft und Feuchtigkeitsbeständigkeit des Formkörpers
auf Lignocellulosebasis führt.
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Wünschenswerterweise
sollte ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers
auf Lignocellulosebasis die Schritte des Mischens eines dampfbehandelten
Materials auf Lignocellulosebasis und Furanharzes und des Unterziehens
des Gemisches des Materials auf Lignocellulosebasis und des Furanharzes
einem Spritzgießen durch eine Spritzgießmaschine
einschließen.
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Durch
Unterziehen einem Spritzgießen mittels einer Spritzgießmaschine
kann das Gemisch des Materials auf Lignocellulosebasis und des Furanharzes
leicht in eine dreidimensionale Form geformt werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird vollständiger verständlich
aus der ausführlichen Beschreibung, die nachstehend angegeben
ist, und den dazugehörigen Zeichnungen, welche nur zur
Veranschaulichung angegeben sind und folglich die vorliegende Erfindung
nicht beschränken, und wobei gilt:
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1 ist
eine perspektivische Darstellung eines Beispiels eines Formkörpers
auf Lignocellulosebasis gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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2 ist
ein Verfahrensdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung
eines Formkörpers auf Lignocellulosebasis gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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1 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines Beispiels eines Formkörpers
auf Lignocellulosebasis gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Der
Formkörper auf Lignocellulosebasis 1, der in 1 gezeigt
ist, ist ein Harzformteil (Aschenbecher eines Fahrzeugs), welche
durch Anwenden von Wärme und Druck auf das Material auf
Lignocellulosebasis, das mit Furanharz gemischt ist, geformt wird.
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Genauer
wird Material auf Lignocellulosebasis, das sich von Pflanzen ableitet,
nämlich von Bäumen oder Gras ableitet, wie Holz,
Bambus, Kenaf oder dergleichen, allgemein einer sogenannten Dampfbehandlung
unterzogen. Genauer kann das Material auf Lignocellulosebasis in
einem druckbeständigen Behälter mit Hochtemperaturhochdruckdampf
dampfgekocht werden. Nach dem Dampfkochen kann das Material auf
Lignocellulosebasis einem Blasen (engl. blasting) durch schnelles
Ausbringen in atmosphärischen Druck unterzogen werden.
Eine derartige Dampfbehandlung zersetzt etwas von der Hemicelluose
und dem Lignin, die das Material auf Lignocellulosebasis bilden,
wodurch thermoplastische Bestandteile erzeugt werden, und macht
es auch einfacher, die Holz- oder Pflanzenfasern zu lösen.
Es soll bemerkt werden, dass bei Dampfbehandlung das Material auf
Lignocellulosebasis auch eine saure Substanz, wie Essigsäure
oder Aldehyd, erzeugt. Folglich kann als Neutralisationsmittel eine
alkalische Substanz, wie Calciumoxid, dem Material auf Lignocellulosebasis
zugefügt werden.
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Die
Dampfbehandlung, die bei Hochtemperatur und Hochdruck durchgeführt
wurde, tötet Insekten, Schimmel, Bakterien und dergleichen,
die im Material auf Lignocellulosebasis enthalten sind, und führt
deshalb zu einer Verbesserung der Fäulnisbeständigkeit
und Haltbarkeit.
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Das
dampfbehandelte Material auf Lignocellulosebasis wird getrocknet
und dann zur Verwendung in feiner Pulverform pulverisiert.
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Auf
der anderen Seite ist Furanharz ein duroplastisches Harz, welches
aus natürlichen Quellen erhalten werden kann, z. B. durch
Unterziehen von Maiskolben oder dergleichen einer Carbonisierung.
Ein Furanharz, das aus Furan und Furfuralalkohol besteht und bei
normaler Temperatur (z. B. 20°C) in flüssiger
Form vorliegt, wird vorzugsweise verwendet.
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Wenn
die Härtezeit für das Furanharz auf die für
das vorstehend beschriebene Material auf Lignocellulosebasis eingestellt
werden muss, kann ein Härtungsmittel zum Furanharz zugefügt
werden. Als Härtungsmittel kann zum Beispiel eine Säure,
wie para-Toluolsulfonat, Essigsäure oder Ameisensäure,
verwendet werden.
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Das
Material auf Lignocellulosebasis und das Furanharz können
manuell in einem Mörser oder mittels eines Mischers unter
Verwendung von Scherkraft, wie eines Biaxialextruders oder eines
Kneters, gemischt werden. Wenn der Formkörper auf Lignocellulosebasis 1 eine
flammhemmende Eigenschaft aufweisen soll, kann ein flammhemmendes
Mittel, wie ein flammhemmendes Mittel auf Halogenbasis, insbesondere
auf Brombasis, ein flammhemmendes Mittel auf Phosphorbasis, Aluminiumhydroxid,
Magnesiumhydroxid oder dergleichen, dem Gemisch zugefügt
werden.
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Das
Gemisch des Materials auf Lignocellulosebasis und des Furanharzes
kann dann in eine Form eingebracht und Heisspressen durch eine Heisspressmaschine
unterzogen werden, so dass der Formkörper auf Lignocellulosebasis 1 erhalten
wird.
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Hier
kann das Formen durch eine Heisspressmaschine durch Spritzgießen
durch eine Spritzgießmaschine ersetzt werden. Das Spritzgießen
durch eine Spritzgießmaschine erlaubt, dass das Gemisch
auf Lignocellulosebasis leicht in eine dreidimensionale Form geformt
wird.
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Als
nächstes wird ein spezifisches Beispiel eines Verfahrens
zur Herstellung eines Formkörpers auf Lignocellulosebasis
gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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2 ist
ein Verfahrensdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung
eines Formkörpers auf Lignocellulosebasis gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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Zuerst
wird in Schritt S1 ein Material auf Lignocellulosebasis, wie Holz,
Bambus, Kenaf, Hanf oder ein anderes von Bäumen oder Gras
abgeleitetes Material einer Dampfbehandlung unterzogen.
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Beim
nachfolgenden Schritt S2 wird das dampfbehandelte Material auf Lignocellulosebasis
getrocknet und dann pulverisiert.
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Beim
Schritt S3 kann ein Härtungsmittel zum Furanharz zugefügt
werden.
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Dann
werden in Schritt S4 das pulverisierte Material auf Lignocellulosebasis
und das Furanharz zum Beispiel mittels eines Biaxialextruders gemischt.
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Beim
nachfolgenden Schritt S5 wird das Gemisch des Materials auf Lignocellulosebasis
und des Furanharzes auf einen Trockner gestellt, der zum Beispiel
auf eine Trocknungstemperatur von 70 bis 120°C eingestellt
ist, um getrocknet zu werden. Typischerweise wird das Trocknen bis
zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 2 % (Gew.-%) oder darunter durchgeführt.
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Dann
wird in Schritt S6 das Gemisch in eine Form eingebracht, die typischerweise
auf 160 bis 220°C erwärmt wird, auf welche Druck
von typischerweise 80 bis 600 kgf/cm2 (7,8
bis 56,8 MPa) typischerweise 30 bis 300 Sekunden lang in einer Heisspressmaschine
angewendet wird. Die Temperatur der Form, der angewendete Druck,
die Druckhaltezeit usw. werden in Abhängigkeit von der
Art des Materials auf Lignocellulosebasis, dem Anteil des Furanharzes
im Gemisch usw. eingestellt.
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Dann
wird in Schritt S7 die Form auf 120°C oder weniger abgekühlt
und der Formkörper wird entfernt.
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Wie
vorstehend erwähnt, zersetzt die Dampfbehandlung des Materials
auf Lignocellulosebasis Hemicelluose und Lignin, wodurch thermoplastische
Bestandteile erzeugt werden. Ferner hat das Furanharz, welches ein
natürliches duroplastisches Harz sein kann, das mit dem
Material auf Lignocellulosebasis gemischt ist, eine Zunahme der
Vernetzungsdichte zur Folge.
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Wenn
ferner das Furanharz ein natürliches Material ist, führt
dessen Verbrennen oder dergleichen nicht zu einer Zunahme des Kohlendioxids
und dessern Verwendung kann die Belastung auf den menschlichen Körper
verringern.
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Folglich
weist der so erhaltene Formkörper auf Lignocellulosebasis
verbesserte Wasser-nicht-absorbierende Eigenschaft und Feuchtigkeitsbeständigkeit
auf und belastet das Klima und den menschlichen Körper weniger.
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Obwohl
im vorstehend beschriebenen beispielhaften Verfahren in Schritt
S3 im Voraus ein Härtungsmittel zum Furanharz zugefügt
wird, kann das Härtungsmittel in Schritt S4 mit dem Material
auf Lignocellulosebasis und Furanharz gemischt werden. In einer
anderen Ausführungsform kann das Formen durchgeführt werden,
ohne das Härtungsmittel zuzufügen.
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Ferner
kann das Formen in den Schritten S6 und S7 Spritzgießen
sein.
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[Beispiele]
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Beispiele 1 bis 3
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Furanharz
(„Hitafuran”, hergestellt von Hitachi Chemical
Co., Ltd.) wurde mit dampfbehandeltem Ahornholzpulver gemischt,
wobei der Anteil des Furanharzes 9 Gew.-% (Gewichtsprozent) in Beispiel
1, 18 Gew.-% in Beispiel 2 und 27 Gew.-% in Beispiel 3 betrug. Es
soll bemerkt werden, dass als Härtungsmittel para-Toluolsulfonat
(„Hitafuranhardener A3", hergestellt zum Beispiel von Hitachi
Chemical Co., Ltd.), das mit 9mal so viel Wasser verdünnt
wurde, zum Furanharz zugefügt wurde, wobei der Anteil von
para-Toluolsulfonat im Verhältnis zu dem Furanharz etwa
10 Gew.-% betrug, und deshalb der Anteil des Härtungsmittels
im Verhältnis zu dem Gesamtgewicht des Formkörpers
0,1 Gew.-% in Beispiel 1, 0,2 Gew.-% in Beispiel 2 und 0,3 Gew.-%
in Beispiel 3 betrug.
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Das
Ahornholzpulver und das Furanharz mit dem zugefügten Härtungsmittel
wurden in einem Mörser manuell gemischt. Das so erhaltene
Gemisch wurde in eine Form eingebracht, die auf 200°C erwärmt
wurde, und Heisspressen durch eine Heisspressmaschine unterzogen,
wobei ein Druck von 122 kgf/cm2 (12,0 MPa) 2
Minuten lang angewendet wurde.
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Vergleichsbeispiel 1
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Nur
dampfbehandeltes Ahornholzpulver wurde in eine Form eingebracht,
die auf 200°C erwärmt wurde, und Heisspressen
durch eine Heisspressmaschine unterzogen, wobei ein Druck von 122
kgf/cm2 (12,0 MPa) 2 Minuten lang angewendet
wurde.
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Die
Formkörper, die in den Beispielen 1 bis 3 und Vergleichsbeispiel
1 erhalten wurden, wurden in Wasser getränkt und der Prozentsatz
der Wasserabsorption wurde nach 24 Stunden, nach 48 Stunden und nach
72 Stunden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Es
soll angemerkt werden, dass der Prozentsatz der Wasserabsorption
der Prozentsatz der Zunahme des Gewichts des Formkörpers
nach den angegebenen Stunden im Verhältnis zu dem Gewicht
vor dem Eintauchen in Wasser ist. [Tabelle 1]
| Furanharz | nach 24
h | nach 48
h | nach 72
h |
Bsp.
1 | 9
Gew.-% | 0,99% | 1,56% | 2,27% |
Bsp.
2 | 18
Gew.-% | 0,62% | 0,87% | 1,24% |
Bps.
3 | 27
Gew.-% | 0,54% | 0,94% | 1,34% |
Vgl.-Bsp.
1 | nicht
gemischt | 1,28% | 2,18% | 2,57% |
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Wie
aus Tabelle 1 ersichtlich, ist in den Beispielen 1 bis 3, bei welchen
Furanharz eingemischt wurde, der Prozentsatz der Wasserabsorption
in jedem Stadium viel niedriger als bei Vergleichsbeispiel 1. Dieses zeigt,
dass das Mischen mit Furanharz zu einer Verbesserung der Wasser-nicht-absorbierenden
Eigenschaft und Feuchtigkeitsbeständigkeit führt.
Besonders in den Beispielen 2 und 3, bei welchen Furanharz in den
Anteilen von 18 Gew.-% beziehungsweise 27 Gew.-% eingemischt wurde,
wurde der Prozentsatz der Wasserabsorption, im Verhältnis
zu Vergleichsbeispiel 1, in welchem kein Furanharz zugefügt
wurde, auf weniger als die Hälfte verringert. Dieses zeigt,
dass der Anteil an Furanharz zwischen 18 Gew.-% und 27 Gew.-% wünschenswert
ist.
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Es
soll angemerkt werden, dass das Furanharz, wenn es in einem Anteil
von weniger als 3 Gew.-% gemischt wird, eine verringerte Wirkung
zeigt. Auf der anderen Seite kann das Furanharz, das zu einem Anteil von
45 Gew.-% oder größer eingemischt wurde, übermäßig
sein und kann übermäßige Fluidität
des Gemisches zur Folge haben, was das Formen schwierig macht. Folglich
ist ein Anteil an Furanharz zwischen 3 Gew.-% und 45 Gew.-% geeignet.
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Beispiel 4
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Dampfbehandeltes
Ahornholzpulver und 11 Gew.-% Furanharz („Hitafuran”,
hergestellt von Hitachi Chemical Co., Ltd.) ohne ein zugefügtes
Härtungsmittel wurden mittels eines Biaxialextruders gemischt.
Das so erhaltene Gemisch wurde in eine Form eingebracht, die auf
200°C erwärmt wurde, und Heisspressen durch eine
Heisspressmaschine unterzogen, wobei ein Druck von 295 kgf/cm2 (28,9 MPa) 2 Minuten lang angewendet wurde.
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Beispiel 5
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Dampfbehandeltes
Ahornholzpulver und 20 Gew.-% Furanharz („Hitafuran”,
hergestellt von Hitachi Chemical Co., Ltd.) ohne ein zugefügtes
Härtungsmittel wurden manuell in einem Mörser
gemischt. Das so erhaltene Gemisch wurde in eine Form eingebracht,
die auf 200°C erwärmt wurde, und Heisspressen
durch eine Heisspressmaschine unterzogen, wobei ein Druck von 295
kgf/cm2 (28,9 MPa) 2 Minuten lang angewendet
wurde.
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Die
Formkörper, die in Beispiel 4 und 5 erhalten wurden, wurden
2 Stunden lang gekocht und dann wurde der Prozentsatz der Wasserabsorption
gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. [Tabelle 2]
| Furanharz | Mischvorrichtung | nach
2 h langem Kochen |
Bsp.
4 | 11
Gew.-% | Biaxialextruder | 2,31% |
Bsp.
5 | 20
Gew.-% | Mörser | 4,03% |
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Wie
in Tabelle 2 gesehen, hat trotz eines niedrigeren Anteils an Furanharz,
das in Beispiel 4 unter Verwendung eines Biaxialextruders hergestellte
Gemisch einen niedrigeren Prozentsatz der Wasserabsorption, verglichen
mit Beispiel 5, zur Folge. Dieses zeigt, dass das ausreichende Mischen
des Materials auf Lignocellulosebasis und Furanharzes mittels eines
Mischers unter Verwendung von Scherkraft, wie eines Biaxialextruders,
zu einer Verbesserung der wasserabweisenden Eigenschaft und Feuchtigkeitsbeständigkeit
führt.
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Beispiele 6 bis 8
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Dampfbehandeltes
Ahornholzpulver und 19,4 Gew.-% Furanharz („Hitafuran”,
hergestellt von Hitachi Chemical Co., Ltd.) wurden gemischt. Es
soll angemerkt werden, dass ein Härtungsmittel (para-Toluolsulfonat),
das mit 9mal so viel Wasser verdünnt worden ist, zum Furanharz
zugefügt wurde, wobei der Anteil an para-Toluolsulfonat
im Verhältnis zu dem Furanharz 3 Gew.-% betrug, oder mit
anderen Worten der Anteil des Härtungsmittels im Verhältnis
zum Gesamtgewicht des Formkörpers 0,06 Gew.-% betrug.
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Das
Ahornholzpulver und das Furanharz mit dem zugefügten Härtungsmittel
wurden manuell in einem Mörser gemischt. Das so erhaltene
Gemisch wurde in eine Form eingebracht, die in Beispiel 6 auf 185°C,
in Beispiel 7 auf 195°C und in Beispiel 8 auf 205°C
erwärmt wurde, und Heisspressen durch eine Heisspressmaschine
unterzogen, wobei ein Druck von 122 kgf/cm2 (12,0
MPa) 2 Minuten lang angewendet wurde.
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Die
Formkörper, die in den Beispielen 6 bis 8 erhalten wurden,
wurden in Wasser getränkt und der Prozentsatz der Wasserabsorption
wurde nach 24 Stunden, nach 48 Stunden und nach 72 Stunden gemessen. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. [Tabelle 3]
| Furanharz | Form-Temperatur | nach
24 h | nach
48 h | nach
72 h |
Bsp.
6 | 19,4
Gew.-% | 185°C | 1,8% | 2,4% | 3,1% |
Bsp.
7 | 19,4
Gew.-% | 195°C | 1,1% | 1,8% | 2,3% |
Bsp.
8 | 19,4
Gew.-% | 205°C | 1,1% | 1,3% | 1,9% |
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Wie
aus Tabelle 3 ersichtlich, hatte eine höhere Formtemperatur
einen niedrigeren Prozentsatz der Wasserabsorption zur Folge. Dieses
zeigt, dass das Formen bei höherer Temperatur zu einer
Verbesserung der Wasser-nicht-absorbierenden Eigenschaft und Feuchtigkeitsbeständigkeit
führt. Insbesondere kann das Formen bei 200°C
oder höher einen Formkörper auf Lignocellulosebasis
mit ausreichender Wasser-nicht-absorbierenden Eigenschaft und Feuchtigkeitsbeständigkeit
erzeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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