DE19603491C2 - Verfahren zur Herstellung eines fasrigen Zellulosestoffes und dessen Verwendung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines fasrigen Zellulosestoffes und dessen VerwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines fasrigen Zellulose
stoffes aus faserhaltigem Pflanzenmaterial.
Fasrige Zellulosestoffe sind beispielsweise aus der GB-A 1 446 681 von der
Papierherstellung bekannt. Derartige fasrige Zellulosestoffe sind allerdings in
vielfältiger Art verwendbar, so insbesondere auch zur Herstellung von
Preßspanplatten und anderen Möbelteilen. In diesem Zusammenhang ist aus der EP-
A 0 246 588 ein Verfahren zur Herstellung von leichten, bindemittelfreien und
umweltfreundlichen Formkörpern bekannt, wobei der Formkörper aus
lignozellulosehaltigem Material besteht. Auch aus der DE-A 38 08 207 ist ein
lignozellulosehaltiges Pflanzenmaterial bekannt, das zur Herstellung von Möbelteilen
geeignet ist. Gleiches gilt für die DE-PS 902 219. Dem bekannten Stand der Technik
ist gemein, daß die in dem Pflanzenmaterial enthaltenen Begleit- oder Inhaltsstoffe,
wie insbesondere Lignin, durch die Behandlung in der faserhaltigen Masse
verbleiben sollen. Dies deshalb, weil die Auffassung vorherrscht, daß insbesondere
durch den Bestandteil Lignin die klebenden Wirkungen hervorgerufen werden, die
bewirken, daß unter Druck ein derartiges faserhaltiges Pflanzenmaterial zu
entsprechenden Platten oder anderen Bauteilen verpreßt werden kann. Da das aus
dem Stand der Technik bekannte Pflanzenmaterial neben Lignin noch andere
Bestandteile aufweist, wie zum Beispiel Hemizellulose, Pektin, Fett, Wachs, Xylan,
Glucan, Mark, ist unter Einwirkung von Feuchtigkeit ein derartiger Stoff nicht vor
Verrottung gesichert. Denn unter Feuchtigkeit werden sich die Verrottung fördernde
Bakterien und Pilze an derartigen Platten ansiedeln, da sie aufgrund der diesem
Pflanzenmaterial inerten Begleitstoffe, wie insbesondere Lignin, Glucan und
Hemizellulose einen hervorragenden Nährboden für ihre Vermehrung finden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines verbesserten fasrigen Zellulosestoffes bereitzustellen, der frei ist von den dem
Pflanzenmaterial inerten Begleitstoffen wie Lignin, Hemizellulose, Pektin, Wachs,
Fett, Xylan, Glucan, Mark und ähnlichem.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1; weitere vorteilhafte
Merkmale zu der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die Natronlauge wird das Pflanzenmaterial insbesondere von Fett und Wachs
aber auch von Verschmutzungen befreit, die auf der Oberfläche des
Pflanzenmaterials anhaften. Gleichzeitig dringt hierbei die Lauge in die einzelnen
Zellen des Pflanzenmaterials ein und löst die in den Zellen vorhandenen
Bestandteile auf, wie insbesondere Lignin, Mark, Xylan, Glucan, Pektin, und
Hemizellulose. Auch bewirkt die Behandlung in der Lauge, daß die Faser
geschmeidig wird. Dies ist wichtig, um zu gewährleisten, daß die Faser im Extruder
nicht derart zerkleinert wird, daß eine breiige Masse entsteht.
Insbesondere durch die kurze Behandlungszeit von 15 bis 45 Minuten in der
Natronlauge wird erreicht, daß sich die Pflanzenfasern nicht vollständig zersetzen,
sondern an Geschmeidigkeit gewinnen. Eine vollständige Zersetzung der
Pflanzenfasern ist nicht erwünscht; denn dies würde eine weitere Verarbeitung,
insbesondere als Material zum Verpressen von Platten verhindern. Eine Zerstörung
der Fasern wird jedoch dann beobachtet, wenn das Pflanzenmaterial über mehrere
Stunden in der Lauge verbleibt, wie dies in der US-Patentschrift 4,965,086
beschrieben ist; hieraus geht hervor, das Pflanzenmaterial derart aufzuschließen, daß
lediglich eine breiige Masse übrig bleibt, die dann als Viehfutter dienen kann.
Hierbei erfolgt nämlich eine Behandlung des Pflanzenmaterials in einer Natronlauge
über einen Zeitraum von 45 Stunden. In dieser Zeit findet eine vollständige
Zersetzung des Pflanzenmaterials statt.
Wenn das abgesiebte Pflanzenmaterial, das immer noch Laugenanteile aufweist,
dann nach etwa 15 bis 45 Minuten, vorzugsweise nach etwa 30 Minuten, in den
Extruder gegeben wird, um dort bei einer Temperatur von 120°C bis 150°C und bei
einem Druck von ca. 20 × 105 Pa unter der Zugabe von Wasserstoffperoxid und
Wasser weiterhin vermischt zu werden, wird aufgrund der Behandlung der Fasern
im Extruder erreicht, daß aufgrund des hohen Drucks und der Temperatur die in den
Zellen eingelagerten Stoffe wie Lignin, Mark, Xylan, Glucan, Hemizellulose usw.,
aus den Zellen austreten. Aus dem aus dem Extruder austretenden Gemisch werden
anschließend die Fasern abgesiebt. In mindestens einem, vorzugsweise jedoch drei
nachfolgenden Waschvorgängen, werden dann diese Stoffe aus dem Gemisch aus
Fasern und diesen Stoffen ausgewaschen. Zwischen den einzelnen Waschvorgängen
werden die Fasern bzw. der fasrige Zellulosestoff abgesiebt. Das
Wasserstoffperoxid, das in einer Menge zugegeben wird, bis sich im Gemisch eine
Konzentration von 1 bis 2 Vol.% an Wasserstoffperoxid eingestellt hat, dient dazu,
im Extruder die Zellen in der Pflanzenfaser chemisch aufzubrechen; weiterhin auch
dazu, durch die exotherme Reaktion die durch die Hinzufügung des
Wasserstoffperoxids in den Extruder erfolgt, eine Temperaturerhöhung im Extruder
zu bewirken. Dies jedoch nicht über dem angegebenen Temperaturbereich von
120°C bis 150°C hinausgehend. Darüber hinaus wird durch das Wasserstoffperoxid,
das eine Konzentration von vorzugsweise 30% besitzt, die Faser im Extruder
geschmeidig gehalten, um zu verhindern, daß die Fasern zerkleinert werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Behandlung des
Pflanzenmaterial in der Lauge unter einem Vakuum von etwa 105 bis 2 × 105 Pa.
Hierdurch soll das Eindringvermögen der Lauge in die Pflanzenfaser erhöht werden.
Das Wasser zum Waschen des Gemischs nach Austritt aus dem Extruder und nach
dem erstmaligen Absieben weist eine Temperatur von 40°C bis 80°C auf.
Vorzugsweise wird, wie bereits ausgeführt, das fasrige Material dreimal gewaschen
und abgesiebt, um sicherzustellen, daß tatsächlich eine reine Zellulosefaser
gewonnen wird. Diese Zellulosefaser kann dann im feuchten Zustand bei einem
Druck von ca. 40 t/m2 zu Platten oder anderen Gebilden verpreßt werden.
Anhand des Schaubildes wird nachstehend das Verfahren zur Herstellung der
erfindungsgemäßen Zellulosefasern beispielhaft näher erläutert.
Durch den Häcksler 1 wird dem Behälter 2 zerkleinertes, faserhaltiges
Pflanzenmaterial z. B. Heu, Stroh, Schilf, Zuckerrohr, Elefantengras, Reetgras,
Hanf, Sisal oder andere faserhaltige Pflanzen, zugeführt.
In den Behälter 2 wird darüberhinaus aus dem Laugenbehälter 3 0,4%ige
Natronlauge eingeführt. Das Gemisch aus Pflanzenfasern und Natronlauge wird
mittels des Rührwerks 4 30 Minuten bei einer Temperatur von 80°C unter einem
Vakuum von 105 bis 2 × 105 Pa vermischt. Hierbei ist darauf zu achten,
daß der pH-Wert im Behälter sich zwischen 9 und 11 bewegt. Danach wird das
Pflanzenmaterial abgesiebt und über den Trichter 5a dem Extruder 5 zugeführt. In
diesem Extruder 5 wird das faserhaltige Pflanzenmaterial, das noch Anteile an Lauge
enthält, hydrolysiert. Die Hydrolyse erfolgt bei einer Temperatur von etwa 145°C
bei einem Druck von etwa 20 × 105 Pa unter Zugabe von 30%igem
Wasserstoffperoxid in einer Menge, die ausreichend ist, um im Extruder eine
Konzentration an Wasserstoffperoxid von 1 bis 2 Vol% zu erlangen. Das heißt, daß
während der Hydrolyse dem Extruder 5 sowohl Frischwasser aus dem
Wasserbehälter 7 über die Zuführung 7a als auch Wasserstoffperoxid zugeführt
wird. Hierbei wird durch den hohen Druck, die Temperatur und das
Wasserstoffperoxid im Extruder bewirkt, daß die Zellen aufbrechen und die darin
eingelagerten Stoffe aus der Zelle austreten können. Es entsteht hierbei im Extruder
ein Gemisch aus Lauge, Wasserstoffperoxid, fasriger Zellulose und den Stoffen, die
aus den Zellen ausgetreten sind, wie Mark, Hemizellulose etc. Nach der Hydrolyse,
die etwa 30 Minuten dauert, wird das Gemisch gesiebt, so daß fasriges Material
erhalten wird, das dem Waschbehälter 6 zugeführt wird. Der Waschbehälter 6 erhält
ebenfalls aus dem Wasserbehälter 7 über die Zuführung 7b Frischwasser. Nach dem
Waschvorgang werden die Fasern durch ein Bandsieb 8 getrocknet. Die beim
Trocknen durch das Bandsieb 8 anfallende Flüssigkeit wird dem Waschbehälter 6
wieder zugeführt. Ein weiterer Waschvorgang der Fasern erfolgt in den
Waschbehältern 9 und 11, wobei sowohl dem Waschbehälter 9, als auch dem
Waschbehälter 11 jeweils ein Bandsieb 10 bzw. 12 nachgeschaltet ist. Die jeweils
aus dem Bandsieb 10 bzw. 12 anfallende Flüssigkeit wird dem jeweiligen
Waschbehälter 9 bzw. 11 zugeführt. Dem Bandsieb 12 nachgeschaltet ist ein
Trockner 13, der den Fasern, die sich nunmehr im wesentlichen als reine
Zellulosefasern darstellen, die Restfeuchte entzieht. Dem Trockner 13 kann ein
Kondensator 14 nachgeschaltet werden, wobei das Kondensat über die Leitung 14a
dem Wasserbehälter 7 zugeführt wird. Jeder Waschvorgang erfolgt bei einer
Wassertemperatur von etwa 80°C, wobei durch diesen Waschvorgang die von der
Faser separierten Stoffe wie z. B. Lignin, Hemizellulose, Mark, Pektin, Xylan,
Glucan ausgewaschen werden.
Der Wasserbehälter 7 versorgt nicht nur den Waschbehälter 6 mit Wasser, sondern
darüber hinaus bei Bedarf auch die Waschbehälter 9 und 11. Nachdem die Fasern
den Trockner verlassen haben, können sie im Spritzgußverfahren bzw. in Pressen der
Formgebung zugeführt werden. Im Preßverfahren werden die angefeuchteten Fasern
bei einem Druck von ca. 40 t/m2 verpreßt. Die Verarbeitung im Spritzgußverfahren
erfolgt bei Temperaturen um 130°C und bei entsprechend hohen Drücken.
Herstellbar sind mit solchen Fasern z. B. Preßplatten und andere Möbelteile.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung eines fasrigen Zellulosestoffes aus faserhaltigem
Pflanzenmaterial,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. das Pflanzenmaterial zerkleinert wird,
- 2. das zerkleinerte Pflanzenmaterial mit einer 0,5 bis 1 Vol-%igen Natronlauge vermischt und bei einem pH-Wert von 9 bis 11 und bei einer Temperatur von 60°C bis 90°C für 15 bis 45 Minuten behandelt wird,
- 3. das Pflanzenmaterial abgesiebt wird,
- 4. das abgesiebte Pflanzenmaterial in einem Extruder bei einer Temperatur zwischen 120°C und 150°C und einem Druck von ca. 20 × 105 Pa mit soviel Wasser und Wasserstoffperoxid vermischt wird, bis sich in dem Gemisch eine Konzentration von 1 bis 2 Vol.-% Wasserstoffperoxid eingestellt hat, und
- 5. das Gemisch nach Verlassen des Extruders mindestens einmal mit Wasser gewaschen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Pflanzenmaterial auf eine Länge von ca. 3 cm zerhäckselt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Laugenbehandlung des Pflanzenmaterials bei 80°C vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Laugenbehandlung des Pflanzenmaterials bei einem Vakuum von 105 Pa
bis 2 × 105 Pa vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Gemisch mit Wasser einer Temperatur von 40°C bis 80°C gewaschen
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das aus dem Extruder austretende Gemisch zweimal, vorzugsweise jedoch
dreimal gewaschen wird, wobei das Gemisch zwischen jedem Waschvorgang
abgesiebt wird.
7. Verwendung des nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche
erhaltenen fasrigen Zellulosestoffes zur Herstellung von Preßspanplatten und
anderen Möbelteilen.
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- 1996-01-31 DE DE1996103491 patent/DE19603491C2/de not_active Expired - Fee Related
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