DE102014115506A1

DE102014115506A1 - High-strength material from renewable raw materials and method for producing such a material

Info

Publication number: DE102014115506A1
Application number: DE102014115506.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Losehand
Original assignee: STROHLOSPRODUKTENTWICKLUNG GmbH
Current assignee: STROHLOSPRODUKTENTWICKLUNG GmbH
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2016-04-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hochfestes Material aus nachwachsenden Rohstoffen, das in allen Zweigen der Industrie Anwendung finden kann. Es soll andere hochfeste Materialien wie Metall oder verschiedene Kunststoffe ersetzen, die in ihrer Herstellung zumeist teurer sind und zudem eine viel schlechtere Öko-Bilanz aufweisen. Das erfindungsgemäße hochfeste Material umfasst ein Gemisch aus Lignin, Häckseln schnell nachwachsender Rohstoffe, einem Bindemittel und Wasser. Die schnell nachwachsenden Rohstoffe können einjährige Pflanzen wie Getreide, Hanf, Zuckerrohr, Reisstroh usw. sind. Von Vorteil ist, wenn das hochfeste Material mit einem Bindemittel hergestellt wird, das mindestens schwer entflammbar ist.The invention relates to a high-strength material from renewable raw materials, which can be used in all branches of industry. It is to replace other high-strength materials such as metal or various plastics, which are usually more expensive to produce and also have a much poorer eco-balance. The high-strength material of the invention comprises a mixture of lignin, chaff fast renewable resources, a binder and water. The fast-growing raw materials can be annuals such as cereals, hemp, sugar cane, rice straw, etc. It is advantageous if the high-strength material is produced with a binder which is at least low in flammability.

Description

Die Erfindung betrifft ein Material aus nachwachsenden Rohstoffen, das hochfest ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Materials.The invention relates to a material of renewable raw materials, which is high strength. In addition, the invention relates to a method for producing such a material.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Verschiedene Hochfeste Materialien sind bekannt, nicht zuletzt Materialien wie z.B. Metall oder Kunststoff. Auch wenn sie oft die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich der Stabilität mit sich bringen, haben die den Nachteil, dass sie entweder aus endlichen Ressourcen hergestellt sind oder lediglich mittels langwieriger und damit teurer Prozesse hegestellt werden können.Various high strength materials are known, not least materials such as e.g. Metal or plastic. Although they often have the desired stability properties, they have the disadvantage that they are either made of finite resources or can only be prepared by means of lengthy and therefore expensive processes.

Andere Materialien, so z.B. Holz, bieten nicht die Formbarkeit der vorgenannten Materialien, wenn sie auch in der Regel naturschonen hergestellt werden können. Zudem sind diese Materialien oft nicht von der gewünschten Festigkeit.Other materials, e.g. Wood, does not offer the moldability of the aforementioned materials, although they can also be produced in nature-conserving. In addition, these materials are often not of the desired strength.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein hochfestes Material bereitzustellen, welches eine Formbarkeit aufweist, wobei es lediglich aus nachwachsenden Rohstoffen und Bindemitteln hergestellt ist. Vorteilhaft wäre zudem eine schwerentflammbare Gestaltung.It is therefore the object of the invention to provide a high-strength material which has a formability, wherein it is made only from renewable raw materials and binders. Also advantageous would be a flame retardant design.

Daneben ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem das hochfeste Material aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden kann.In addition, it is an object of the invention to provide a method by which the high-strength material can be produced from renewable raw materials.

Die erste Aufgabe wird gelöst, indem das hochfeste Material aus nachwachsenden Rohstoffen aus einem Gemisch aus Lignin, Häckseln schnell nachwachsender Rohstoffe, einem Bindemittel und Wasser gefertigt wird. Eine aus dem Gemisch gefertigte Masse ist während des Herstellungsprozesses noch formbar und kann so in nahezu jede beliebige Form gebracht werden. Die Verwendung von schnell nachwachsenden Rohstoffen dient der Schonung des Waldes. Lignin ist ein sehr umfangreich hergestellter Werkstoff, der aus holzhaltigen Pflanzen hergestellt werden kann. Ein Häckseln der nachwachsenden Rohstoffe garantiert eine gute Weiterverarbeitungsfähigkeit.The first object is achieved by making the high-strength material from renewable resources from a mixture of lignin, chaff fast renewable resources, a binder and water. A mass produced from the mixture is still malleable during the manufacturing process and can be brought in almost any shape. The use of fast renewable resources serves to protect the forest. Lignin is a very extensively produced material that can be produced from woody plants. Shredding the renewable raw materials guarantees a good processing capability.

Die schnell nachwachsenden Rohstoffe sollten einjährige Pflanzen wie Getreide, Hanf, Zuckerrohr, Reisstroh usw. sein, da diese sich schnell reproduzieren lassen und oft auch nur Abfälle (Biomasse) aus der Landwirtschaft darstellen. Somit ist eine kostengünstige Herstellung des hochfesten Materials zu erreichen, da z.B. das aufwändige Produzieren von Fasern aus nachwachsenden Rohstoffen zur Verstärkung des hochfesten Materials entfällt. Es ist aber auch denkbar, Häcksel aus Abfällen für das gegenständliche Material zu verwenden.The fast-growing raw materials should be annuals such as grain, hemp, sugar cane, rice straw, etc., as these can be reproduced quickly and often represent only waste (biomass) from agriculture. Thus, a low-cost production of the high-strength material is achieved because e.g. the elaborate production of fibers from renewable raw materials to reinforce the high-strength material is eliminated. But it is also conceivable to use chaff from waste for the subject material.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des hochfesten Materials ist das Bindemittel schwer entflammbar. Dies dient dazu, das hochfeste Material auch in Bereichen einsetzbar zu machen, in denen ein gewisser Brandschutz erreicht werden muss. Dieses Bindemittel kann dazu Magnesiumoxid und einen Extrakt aus Nesselschäben umfassen. Diese Materialien dienen – wie teilweise aus dem Stand der Technik des Erfinders bekannt – zur Steigerung der Brandschutzeigenschaften. Es kann aber auch ein anderes Bindemittel vorgesehen sein, wenn der Brandschutz in den Hintergrund tritt. Hierzu kann es erforderlich sein, dass das Bindemittel vor der Weiterverarbeitung mit den anderen Materialien granuliert werden muss.In an advantageous embodiment of the high-strength material, the binder is hardly inflammable. This serves to make the high-strength material also usable in areas where a certain fire protection must be achieved. This binder may include magnesium oxide and an extract from netthides. These materials serve - as some of the prior art of the inventor known - to increase the fire protection properties. But it can also be provided another binder when the fire protection takes a back seat. For this it may be necessary that the binder must be granulated before further processing with the other materials.

Die zweite Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst. Im Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Materials aus nachwachsenden Rohstoffen erfolgt zunächst ein Erhitzen und Verflüssigen von Lignin. Parallel werden Häcksel Bindemittel und Wasser vermischt. Das verflüssigte Lignin wird sodann mit dem Gemisch aus Häckseln, Bindemittel und Wasser zu einer Masse durchmischt. Diese wird einer Formgebung unterzogen und in der Folge durch Erkalten und Trocknen zum hochfesten Material ausgehärtet. Ein Herstellung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hat den Vorteil, dass eine Durchmischung von Lignin, Häckseln, Bindemittel und Wasser zu einer Steigerung der Festigkeit des Endproduktes führt, wobei die zwischenzeitliche Formgebung des noch weichen Gemischs weiterhin möglich ist.The second object is achieved by a method according to claim 5. In the process for producing a high-strength material from renewable raw materials, there is first a heating and liquefaction of lignin. Häcksel binders and water are mixed in parallel. The liquefied lignin is then mixed with the mixture of chaff, binder and water to a mass. This is subjected to a shaping and cured in the sequence by cooling and drying to high-strength material. A preparation according to the inventive method has the advantage that a mixing of lignin, chaff, binder and water leads to an increase in the strength of the final product, the interim shaping of the still soft mixture is still possible.

Eine Qualitätssteigerung des Endproduktes wird erreicht, wenn das Erhitzen und Verflüssigen von Lignin und das Vermischen von Häckseln mit Bindemittel und Wasser derart zeitversetzt begonnen wird, dass beide Produktbestandteile gleichzeitig optimale Mischeigenschaften bei der Durchmischung aufweisen. So können die Bestandteile zu einem Zeitpunkt durchmischt werden, in dem beide Bestandteile optimale Voraussetzungen für den Formgebungs- und den Aushärtungsprozess mit sich bringen.An increase in the quality of the end product is achieved when the heating and liquefaction of lignin and the mixing of chaff with binder and water is started in such a time-delayed manner that both product components simultaneously have optimum mixing properties during mixing. Thus, the ingredients can be mixed at a time in which both components bring optimal conditions for the molding and the curing process with it.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Herstellungsprozesses erfolgt die Formgebung in einer vorgefertigten, wannenartigen Form. Die Masse wird in diese Form gegossen und zur Aushärtung gebracht. Dadurch sind Endprodukte möglich, die entweder flächig gestaltet sind oder einer durch die Form vorgegebenen Topografie folgen.In an advantageous embodiment of the manufacturing process, the shaping takes place in a prefabricated, trough-like form. The mass is poured into this mold and cured. As a result, end products are possible, which are either designed flat or follow a predetermined by the shape topography.

Die Formgebung kann allerdings in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform mittels einer Strangpresse erfolgen. Die Masse kann dabei in nahezu jede beliebige Form gepresst werden, so dass längliche Profile unterschiedlicher Querschnitte aus dem hochfesten, schwer entflammbaren Material entstehen können.However, the shaping can be done in a further advantageous embodiment by means of an extruder. The mass can be pressed into almost any shape, so that elongated profiles of different cross-sections of the high-strength, flame-retardant material can arise.

Die vorhergehenden Ausführungsbeispiele können in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen der formgebenden Elemente in anderer Form als in der hier beschriebenen folgen. Ebenso kann die Gemischzusammensetzung z.B. hinsichtlich des Bindemittels oder durch Hinzunahme von Fasern in einer anderen Form erfolgen, wenn dies aus Herstellungsgründen notwendig ist. Weiter schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.The preceding embodiments may be modified in the usual way by those skilled in the art to a large extent without departing from the scope of the invention. In particular, the specific embodiments of the shaping elements may also follow in a different form to that described here. Likewise, the mixture composition may be e.g. with respect to the binder or by adding fibers in another form, if necessary for manufacturing reasons. Further, the use of the indefinite article "on" does not preclude that the features in question may also be duplicated.

Claims

Hochfestes Material aus nachwachsenden Rohstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass das hochfeste Material ein Gemisch aus Lignin, Häckseln schnell nachwachsender Rohstoffe, einem Bindemittel und Wasser ist.High-strength material from renewable raw materials, characterized in that the high-strength material is a mixture of lignin, chaff fast renewable resources, a binder and water.

Hochfestes Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schnell nachwachsenden Rohstoffe einjährige Pflanzen wie Getreide, Hanf, Zuckerrohr, Reisstroh usw. sind.High-strength material according to claim 1, characterized in that the rapidly renewable raw materials are annuals such as cereals, hemp, sugar cane, rice straw, etc.

Hochfestes Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel mindestens schwer entflammbar ist.High-strength material according to one of the preceding claims, characterized in that the binder is at least low in flammability.

Hochfestes Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel granuliert und gemahlen ist.High-strength material according to one of the preceding claims, characterized in that the binder is granulated and ground.

Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Materials aus nachwachsenden Rohstoffen, umfassend die Verfahrensschritte – Erhitzen und Verflüssigen von Lignin und Vermischen von Häckseln, Bindemittel und Wasser, – Durchmischen des verflüssigten Lignins mit dem Gemisch aus Häckseln, Bindemittel und Wasser zu einer Masse, – Formgebung der Masse und – Aushärten des hochfesten Materials durch Erkalten und Trocknen.Process for producing a high-strength material from renewable raw materials, comprising the process steps Heating and liquefying lignin and mixing chaff, binder and water, Mixing the liquefied lignin with the mixture of chaff, binder and water to a mass, - shaping of the mass and - Curing the high-strength material by cooling and drying.

Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Materials aus nachwachsenden Rohstoffen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen und Verflüssigen von Lignin und das Vermischen von Häckseln mit Bindemittel und Wasser derart zeitversetzt begonnen wird, dass beide Produktbestandteile gleichzeitig optimale Mischeigenschaften bei der Durchmischung aufweisen.A process for producing a high-strength material from renewable raw materials according to claim 5, characterized in that the heating and liquefaction of lignin and the mixing of chaff with binder and water is started with a time delay, that both product components simultaneously have optimum mixing properties during mixing.

Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Materials aus nachwachsenden Rohstoffen nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung in einer vorgefertigten, wannenartigen Form erfolgt, wobei die Innenseite der wannenartigen Form strukturiert sein kann.A method for producing a high-strength material from renewable resources according to any one of claims 5 or 6, characterized in that the shaping takes place in a prefabricated, trough-like shape, wherein the inside of the trough-like shape can be structured.

Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Materials aus nachwachsenden Rohstoffen nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung mittels einer Strangpresse erfolgt.A process for producing a high-strength material from renewable raw materials according to one of claims 5 or 6, characterized in that the shaping takes place by means of an extruder.