DE10344254B4

DE10344254B4 - Formkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE10344254B4
Application number: DE10344254A
Authority: DE
Inventors: Holger Wieland
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: EP1660588A1; DE10344254A1; BRPI0411497A; WO2004113447A1

Abstract

Formkörper, enthaltend Naturfasern und Bindemittel, gekennzeichnet durch einen Gehalt von
99–10 Gew.- Teilen ligninhaltiger Naturfasern und
1–90 Gew.- Teilen ligninhaltiger Kernmehle, die mit phenoloxidierenden
Enzymen und dem durch dieses aktivierte Lignin verklebt worden sind, mit einer Dichte von 0,2–1,5 g/cm³.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Formkörper, enthaltend Bindemittel und Naturfasern, z. B. Kokosfasern. Bananenpflanzenfasern, und/oder Pflanzenfasern von Pflanzen mit einjähriger Wuchsperiode, z. B. Fasernessel, Ramie, Öllein, Hechselflachs (Langfaser), Nipa, Jute, Hanf, Kenaf, Baumwolle, Sisal, Flachs, Reißbaumwolle, Zuckerrohr-Bagasse oder Getreidestroh, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Die DE 199 40 22,4 A1 beschreibt Preßlinge aus Kokosfaserstaub, wobei der Kokosfaserstaub vor dem Verpressen auf einen Fuchtigkeitsgehalt von 15 bis 30% eingestellt werden. Die Preßlinge, die maximal etwa 25 g wiegen, dienen zur Rodenverbesserung. Dafür ist es nötig, daß die Preßlinge im Boden zerfallen. Nach diesem Stand der Technik lassenn sich demnach keine Formkörper herstellen.

Die DE 43 06 438 A1 offenbart Formkörper, die Naturfasern und Bindemittel enthalten. Als Naturfasern sind Schilf, Stroh, Flachs, Jute, Hanf und Bagasse genannt. Kernmehl ist wegen des bekannt hohen Bindemittelverbrauchs nicht genannt.

Die DE 42 04 793 C1 schützt eine Verfahren zum Verkleben von anorganischen Materialien mit einer Mischung aus Phenoloxidasen und Lignin. Weitere organischen Materialien, insbesondere Kernmehl, werden hier nicht genannt.

In der US 2669 522 ist ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern beschrieben, bei dem Celluloseteilchen oder -fasern mit Ligninpulver bei Temperaturen von 205–300°C und Drucken von etwa 7 bis 70 kg/cm² verpreßt werden. Kokoskernmehl wird nicht eingesetzt. Auch weitere Bindemittel werden nicht verwendet, sodaß sich die Frage eines hohen Bindemittelverbrauchs nicht stellt.

Im CAPLUS-Abstract 1997:169885 wird das Verkleben von Holzfasern mit Phenoloxidase beschrieben. Kernmehl wird hier nicht eingesetzt.

Formkörper die Kokosfaser und Bindemittel enthalten, sind bekannt. So sind beispielsweise Kokosfaserplatten im Handel, die als Estrichdämmplatten eingesetzt werden. Kokosfaserplatten werden auch als wärme- und schalldämmende Wand-und Bodenplatten eingesetzt. Als Bindemittel kann z. B. Latex dienen

Nachteilig ist die geringe Formbeständigkeit solcher Formkörper.

Kokosfaserplatten können auch in der in der Möbel- und Werkstoffherstellung für feste Plattenwerkstoffe eingesetzt werden. Hierfür werden als Bindemittel z. B Harnstoff-Formaldehydharze und Epoxydharze und phenolhaltige Bindemittel eingesetzt. Es werden auch Form-Pressteile für die Automobil Industrie unter Verwendung von Hanf und/oder Flachs und Polypropylen als Bindemittel gefertigt.

Kokosfasern sind beständig gegen Ungeziefer, sie faulen und schimmeln nicht und sind antiseptisch.

Es wurde gefunden das sich Formkörper mit guter Formbeständigkeit aus den oben genannten Naturfasern herstellen lassen, wenn den Fasern Kokosnuss-Schalenmehl, daß auch als Kernmehl bezeichnet wird, und/oder Kernmehle der Kerne von essbaren Früchten, z. B. Olivenkernmehl, Pfirsichkernmehl, Aprikosenkernmehl, hinzugegeben wird und dem Gemisch als Bindemittel phenoloxidierende Enzyme wie z.B. Polyphenoloxidasen, Tyrosinasen und/oder Peroxidasen zugesetzt werden.

Kernmehl hat sich bisher bei der Herstellung von Formkörpern nicht durchsetzen können, da zum Binden der Formkörper große Mengen Bindemittel durch das Kernmehl verbraucht werden, sodass es als regelrechter Bindemittelfresser bezeichnet wird. Diese Eigenschaft ergibt sich aus der Kleinteiligkeit des Kernmehlpulvers, das im allgemeinen Korngrößen von 50 μm bis 300 μm besitzt und dadurch eine große spezifische Oberfläche aufweist. Überraschenderweise tritt dieser Effekt beim Einsatz der genannten Enzyme nicht auf.

Als Enzymbestandteil können alle phenoloxidierenden Enzyme eingesetzt werden, z. B. Laccasen oder Phenoloxidasen mit einer Enzymaktivität von 200 nKat/ml bis 3000 nKat/ml.

Kokosnuss-Schalenmehl (Kernmehl) wird aus der inneren harten Schale der Kokosnuss gewonnen. Es ist in verschiedener Körnung im Handel, gängige Körngrößen liegen unterhalb 200 micron, sogar bis unterhalb 50 micron. Der Anteil an Cellulose liegt bei etwa 41%–44%, der Ligninanteil bei etwa 27%–30%. Olivenkernmehl hat einen Ligninanteil von ca. 35% und einen pH Wert von 6.

Als Naturfasern lassen sich Kokosfasern und/oder Pflanzenfasern von einjährigen Pflanzen verwenden, z. B. Fasernessel, Ramie, Öllein, Hechselflachs (Langfaser), Nipa, Jute, Hanf, Kenaf, Baumwolle, Sisal, Flachs, Reißbaumwolle, Zuckerrohr Bargasse und Getreidestroh.

Die eingesetzten Pflanzenfasern haben im allgemeinen einen Durchmesser oder eine Dicke von 0,1mm bis 3,5 mm, die Faserlängen betragen bei der Kokosfaser zwischen 0,5 cm und 35 cm und bei anderen Pflanzenfasern 0,5 cm bis zu 350 cm.

Kokosfasern werden aus der äußeren Schicht der Kokosnuss gewonnen. Sie werden vielfältig verwendet, z.B. zur Herstellung von Seilen, Matten, Bürsten Besen, Teppichböden, Flechtmatten, Formkörpern, wie beispielsweise Sitzschalen für Möbel und Fahrzeuge, Sonnenblenden und Polster für die Fahrzeug- und Möbelindustrie.

Den erfindungsgemäßen Formkörpern können weitere Hilfsstoffe zugesetzt werden, wie beispielsweise, mineralische Fasern, Farbpigmente, Farbstoffe, Schalenbestandteile, Füllstoffe, wie z. B. korkartige Zellen, wie sie in dem Fasermantel der Kokosfrucht enthalten sind, die auch als Mulch bezeichnet werden, Hydrophobierungsmittel, Späne, Stäube, Cellulose, Stärke, Lignin, andere Kernmehle, bestehend aus Fruchtkernen oder pflanzlichen Kernen. Beim Einsatz von Fasern, die kein Lignin enthalten, ist ein Zusatz von Lignin erforderlich.

Das Verfahren zur Herstellung der Formkörper lässt sich beispielsweise so durchführen, dass aus den Pflanzenfasern zunächst ein Vlies, Filz, Knäuel oder Gewebe gebildet wird. Die Inkubation mit phenoloxidierenden Enzymen kann dann durch Tauchverfahren, Besprühen oder Vermischen erfolgen. Aus Kernmehl und Enzymlösung kann z. B. eine pastöse Mischung gebildet werden, wobei auch Lignin hinzugegeben werden kann. Die pastöse Mischung kann mit den Naturfasern und bei Bedarf auch mit Hilfsstoffen vermischt werden.

Das Kernmehl kann auch mit den Naturfasern vermischt werden, indem es beispielsweise auf das Vlies, Filz, Kneuel oder Gewebe, aufgestreut oder untergemischt wird. Die Inkubation mit Lösungen der phenoloxidierenden Enzyme erfolgt dann mit der Mischung.

Bei Verwendung von Laccase als phenoloxidierendes Enzym mit einer Aktivität im Bereich von 100 nKat/ml bis 1500 nKat/ml sind im allgemeinen bei Zimmertemperatur Inkubationszeiten im Bereich von 30 min. bis 10 h ausreichen, um eine gute Bindung zu erziehlen.

Die Formkörper werden dann durch Verformung, Verpressung oder Extrusion der Mischung gebildet, wobei die Verformungsbedingungen so gewählt werden, dass die Formkörper Dichten von 0,2 bis 1 g/cm³, aufweisen.

Die erfindungsgemäßen Formteile eignen sich als Werkstoffe oder Formteile für die Bau-, Möbel- Verpackungs- oder Fahrzeug- Luft- und Raumfahrtindustrie, zur Fertigung von Werkstoffen für Parkett, zur Anwendung als Plattenware zur Weiterverarbeitung zu Möbeln, Akustikräumen, Wänden, Paneelen, Booten, Schindeln, Verkleidungen von Wänden und Fassaden im Innen- und Außenbereich. Als Oberflächenkaschierung auf Holz, Kunststoffe und mineralische Untergründe und/oder als Unterkonstruktion für Laminate, Parkett, Decormaterialien für Wände und Möbel. Für Spritzgussteile und Konstruktionswerkstoffe.

Des weiteren für Verpackungsmaterialien und Verpackungen für diverse Güter inkl. Lebensmittel.

Werkstoffe, die weniger als 5% Lignin oder Kernmehl, insbesondere weniger als 3 Lignin oder Kernmehl enthalten, können dazu neigen, dass bei der Verarbeitung durch Sägen, Fräsen, Bohren und Schleifen die Fasern ausreißen, sodass entweder der Gehalt an Lignin und/oder der Gehalt an Kernmehl höher liegen sollte, möglichst zwischen 3% und 50%.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beispiele näher erläutert.

Die in den Beispielen enthaltenen Angaben dienen der Erläuterung, sie sollen die Erfindung nicht beschränken.

Beispiel I
85 Gew.-Teile gereinigte Kokosfasern wurden zu einem Vlies geformt und mit 30 Gew.- Teilen Kernmehl der Körnung 75 μm bestreut. Die Faserfeuchte betrug 12%. Die Mischung wurde dann mit einer Laccase- Lösung besprüht, die 800 nKat/ml und einem pH Wert von 5,6 enthielt. Die Laccase-Aktivität wurde nach dem ABTS Test bestimmt und mit einer Pufferlösung, bestehend aus 0,1M Citronensäure und 0,2 M Dinatrium-Hydrogenphosphat (Na₂HPO₄), dem Mc – Ilvalne Puffer, gemischt. Nach einer Inkubationszeit von 4 Stunden bei Zimmertemperatur (ca. 22°C) wurde die überschüssige Feuchtigkeit mechanisch abgepresst.
Die Formmasse wurde unter einem Druck 11 Kg/m² bei 190 ° C 3 min lang zu einer Platte verpresst. Man erhielt eine platte von 3,3 mm Stärke, mit einer Rohdichte von 1,1 g/cm³ (1100 kg/m³).
Die Querzugfestigkeit betrug 0,20 N/mm², die Quellung nach 24 Stunden Tauchzeit bei 20°C betrug 4% in Gewichtszunahme.
Beispiel II.
Es wurden 70% gereinigter Kokosfasern die zu einem Vlies geformt waren mit 30% Kernmehl der Körnung 75 μm aus dem Kokoskern bestreut. Die Faserfeuchte betrug 12%. Die Mischung wurde dann mit einer Phenoloxidase-Enzymlösung besprüht, die aus Laccase von 800 nKat/ml bestand. Bei einer Umgebungstemperatur von 22 °C und nach einer Inkubationszeit von vier Stunden, wurde die überschüssige Feuchtigkeit mechanisch abgepresst.
Die Forrmmasse wurde unter Druck und einer Presstemperatur von 190°C verprasst. Die Presszeit betrug betrug 3 Minuten bei einer Materialstärke von 3,3 mm. Das ergab einen plattenförmigen Werkstoff mit einer Rohdichte von 1100 kg/m³ (1,1 g/cm³), Querzugsfestigkeit von 0,20 N/mm² und einer Quellung in % von 4,0.
Beispiel III.
Es wurden 90% gereinigter Kokosfasern, die zu einem Vlies geformt waren, mit 10% Kernmehl der Körnung 75 μm aus dem Kokoskern bestreut. Die Faserfeuchte betrug 12%. Die Mischung wurde dann mit einer Phenoloxidase-Enzymlösung besprüht, die aus Laccase von 800 nKat/ml bestand. Bei einer Umgebungstemperatur von 22 °C und nach einer Inkubationszeit von vier Stunden, wurde die überschüssige Feuchtigkeit mechanisch abgepresst.
Die Forrmmasse wurde unter Druck und einer Presstemperatur von 190°C verpresst. Die Presszeit betrug betrug 2 Minuten bei einer Materialstärke von 2,5 mm. Das ergab einen plattenförmigen Werkstoff mit einer Rohdichte von 984 kg/m³ (0,984 g/cm³) Queizugsfestigkeit von 0,25 N/mm² und einer Quellung in % von 3,1.
Beispiel IV.
Es wurden 70% gereinigter Kokosfasern, die zu einem Vlies geformt waren, mit 30% Olivenkernmehl der Körnung 32 μm bestreut. Die Faserfeuchte betrug 12%. Die Mischung wurde dann mit einer Phenoloxidase-Enzymlösung besprüht, die aus Laccase von 800 nKat/ml bestand. Bei einer Umgebungstemperatur von 22 °C und nach einer Inkubationszeit von zwei Stunden wurde die überschüssige Feuchtigkeit mechanisch abgepresst.
Die Forrmmasse wurde unter Druck und einer Presstemperatur von 190°C verprasst. Die Presszeit betrug betrug 3 Minuten bei einer Materialstärke von 2,0 mm. Das ergab einen plattenförmigen Werkstoff mit einer Rohdichte von 1050 kg/m³ (1,05 g/cm³), Querzugsfestigkeit von 0,23 N/mm² und einer Quellung in % von 4,0.

Claims

Formkörper, enthaltend Naturfasern und Bindemittel, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 99–10 Gew.- Teilen ligninhaltiger Naturfasern und 1–90 Gew.- Teilen ligninhaltiger Kernmehle, die mit phenoloxidierenden Enzymen und dem durch dieses aktivierte Lignin verklebt worden sind, mit einer Dichte von 0,2–1,5 g/cm³.
Formkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 90–30 Gew.- Teilen Naturfasern und 10–70 Gew.- Teilen Kernmehlen.
Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass seine Querzugsfestigkeit 0,1 N/mm²–1,05 N/mm² beträgt.
Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass seine Quellung 1%–20% beträgt.
Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als Naturfasern Kokosfasern und/oder Pflanzenfasern von einjährigen Pflanzen z. B. Fasernessel, Ramie, Öllein, Hechselflachs (Langfaser), Nipa, Jute, Hanf, Kenaf, Baumwolle, Sisal, Flachs, Reißbaumwolle, Zuckerrohr Bargasse und/oder Getreidestroh enthält.
Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als Kernmehl Kokosnuss-Schalenmehl, und/oder Kernmehle der Kerne von essbaren Früchten, z. B. Olivenkernmehl, Pfirsichkernmehl, Aprikosenkernmehl, Pflaumenkernmehl, Kirschkernmehl enthält.
Verfahren zur Herstellung von Formkörpern nach den Ansprüchen 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturfasern und die Kernmehle entweder getrennt oder in Mischung mit phenoloxidierendem Enzym inkubiert werden und nach einer Inkubationszeit von 5 min bis 24 h durch Pressen oder Extrudieren, unter Einwirkung von Wärme oder Hochfrequenz Wellen zu Formkörpern verformt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass den Naturfasern bzw. dem Kernmehl wie Olivenkernmehl, Pfirsichkernmehl, Aprikosenkernmehl Zusätze, wie andere organische oder anorganische Fasern, Schalenbestandteile, Hydrophobierungsmittel, Oleophobierungsmittel, Späne, Stäube, Farbpigmente, Farbstoffe, Cellulose, Stärke, Lignin oder Füllstoffe zugemischt werden.