DE4328195A1

DE4328195A1 - Verfahren zur Herstellung von Faserplatten und Faserformteilen mittlerer und hoher Dichte im Trockenverfahren aus lignocellulosen Fasern und chemisch modifizierten Polyamid-Polyurethan-Sekundärtextilien

Info

Publication number: DE4328195A1
Application number: DE4328195A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Rer Nat Dornig; Heinz Prof Dr Ing Pecina; Gerhard Prof Dr Ing Kuehne; Heidrun Sehm
Original assignee: AUERBACHER ING HANDEL
Current assignee: AUERBACHER ING HANDEL
Priority date: 1993-08-21
Filing date: 1993-08-21
Publication date: 1995-02-23
Also published as: DE19505337A1

Description

Das Anwendungsgebiet ist die Herstellung von Holz- und holzartigen Werkstoffen unter gleichzeitiger Verwendung chemisch modifizierter Textilien als Zusatzstoff.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Der ständig wachsende Anfall von Abfall und Sekundärmaterialien zwingt den Gesetz geber zu einschneidenden Maßnahmen. Dabei wird darauf orientiert, anfallende Abfälle in erster Linie während der Produktion zu vermeiden oder zu verringern; wenn diese Wege nicht möglich sind, ist eine sachgemäße Wiederverwendung zu prüfen. Erst wenn auch dieses nicht angeht, sind energetische Nutzung und Deponie die letzten Entsorgungs möglichkeiten. Aber auch an die Deponie sind hohe Forderungen gestellt, denn nur solche Abfälle können deponiert werden, die sich unter Naturbedingungen resistent verhalten oder keine neuen schädlichen Nebenprodukte bilden.

Die Textilindustrie hat mode- und verschleißbedingt einen beträchtlichen Anteil am Müll aufkommen, insbesondere durch den Einsatz von Faserstoffmischungen für die Beklei dung sowie Folien und Kartonagen für deren Verpackungen.

Während natürliche Polymere wie Wolle, Baumwolle, Seide und Viskose abbaufähig sind und sich wieder in den Naturkreislauf einordnen lassen, sind Chemiefaserstoffe und Folien entsprechend ihren Synthesezielen weitgehend mikrobiell resistent. Daraus leitet sich die Aufgabe ab, forschungsseitig stärker nachzudenken, wie ver brauchte synthetische Polymere im Sinne der Rücknahmepflicht recyclingfähig gemacht werden können oder wie durch polymere Struktureingriffe eine Neuverwertung bei gleichzeitiger biologischer Abbaufähigkeit durch z. B. Bodenorganismen möglich ist (2).

Es gibt im Zusammenwirken von Holz- und Textilindustrie vielfältige Ansätze, span- und faserförmige Partikeln mit zerkleinerten Textilresten verschiedenster Art und Her kunft zu kombinieren und zu neuen Werkstoffen (agglomerierte Werkstoffe) zu ver arbeiten (1, 4).

Immer jedoch ist es notwendig, zur Erzielung eines festen Verbundes der Partikeln zu Platten zusätzlich synthetische Bindemittel wie Phenol- oder Harnstoffharze oder Isocyanate einzusetzen, die einerseits eine merkliche Kostenquelle darstellen und andererseits das spätere Recycling des neuen Produktes erschweren. Hinsichtlich der Eigenschaften der erzeugten Composites waren beim Einsatz von 10-20% Polyesteranteilen bzw. Polypropylenanteilen keine überraschenden Ergebnisse er kennbar. Hoher Energieaufwand für die Zerkleinerungsprozesse unbehandelter Textilien verteuern die Werkstoffe weiterhin.

Polyamid ist einer der wichtigsten Faserstoffe in der Textilindustrie und der wich tigste überhaupt in Verbindung mit Polyurethan und anderen natürlichen Faser stoffen in der Strumpfbranche. Feine Damenstrumpfwaren haben wegen ihrer hohen Empfindlichkeit oft nur eine durchschnittliche Lebensdauer von 150 Tragestunden. Nach eignen Untersuchungen gibt es geringe Anzeichen einer Verrottung im Erdeingrabetest nach einem Jahr. Gegenüber UV-Licht anfälliger; durch zugesetzte Mattierungsmittel und Antioxidantien erreicht man maximal nach einem halben Jahr beim Bewitterungstest einen Festigkeitsverlust von 80%. Es ist auch bekannt, daß eine UV-Behandlung Polyethylen und Polypropylen für nachfolgende Abbauprozesse zugängiger macht (5).

Da die Wiederverwendung der Polyamidkomponente bei Vorhandensein von Polyurethan überdurchschnittlich erschwert wird (schwierige und aufwendige chemische Trennprozesse), wurde versucht, die mechanisch zerkleinerte Textil faserkombination mit lignocellulosen Fasern, hergestellt z. B. nach dem Defibrator prozeß, zu vermischen und Formteile oder Platten im Heißpreßverfahren herzu stellen. Aber erst die Verwendung von Zusatzbindemitteln brachte ausreichende Werkstoffeigenschaften.

Literatur:
(1) Krysik, A. M. and Youngquist, J. A. (1991): Bonding of air-formed wood fibre/polypropylene fibre composites. Int. J. Adhesion and Adesive and Adehsive Vol. 11 No. 4 S. 235-240
(2) Schüer, H. U. (1992): Schwerpunkte im Umweltschutz II. Textilbericht 6 S. 10-12
(3) Wemhöfer, H. (1993): Membranpreßtechnik, eine komplexe Technologie. Holz-Zentralblatt Stuttgart Nr. 7 S. 103
(4) Youngquist, J. A.; Krysik, A. M.; Muehl, J. H. and Carll, Ch. (1992): Mechanical and physical properties of air-formed wood - fiber/ polymer - fiber composites Forest Prod. J. Vol. 42 No. 6 S. 42-48
(5) Kost, U.: Neues Leben aus dem Abfall. Dreisam-Verlag Freiburg i. Br. (1987)

Patentrecherchen: Es wurden folgende Gebiete recherchiert

B 09, B 1/00 und 3/00
Abfall, Deponie Recycling
C 08, J 11/00	Kunststoffe, abbaubar
C 12, P und Q	Anwendungen und Untersuchungsverfahren für Mikroorganismen und Enzyme
D 06, M	Textilbehandlung

Ziel der Erfindung

Bei den Untersuchungen, das Zusatzbindemittel durch Modifikation der Textilkompo nente zu substituieren, wurde überraschend ein polymeres Abbauverfahren, vorrangig für Polyamid- und Polyurethanfaserstoffe, gefunden, das es gestattet, z. B. Holzpartikel - Textilfaser - Composites im Heißpreßverfahren herzustellen, bei welchen auf jegliches synthetisches Zusatzbindemittel verzichtet werden kann, aber ein Einsatz von bis über 50% Textilreste möglich ist.

Das Prinzip des Polymer-Abbauverfahrens beruht auf der Grundlage, daß im Gefüge der Textilfasern in wenigen Minuten Behandlungszeit mit einer umweltfreundlichen Salzlösung aus Magnesiumnitrat und thermischer Trocknung bei 120 bis 150°C in etwa 15 Minuten eine Degradation erreicht wird, für die die Natur mehrere Jahre benötigt. Derartig behandelte Textilien erleiden einen solchen polymeren Abbau und Festigkeitsverlust, daß sie tierunabhängig leicht zerkleinert werden können. In diesem Zustand eignen sie sich zur Verarbeitung zu neuen Werkstoffen nach Ablauf der Primär nutzungsphase. Vorteilhaft für die Weiterverarbeitung sind auch der Farbverlust bei dieser Behandlung, die auffallend erniedrigte Zerreißenergie (Senkung der Aufschluß kosten) und die stark reduzierten thermischen Konstanten um 30 bis 60°C für den Plastifizierungs- und Schmelzbereich. Bedingt durch die chemische Modifikation werden die Faserstoffe direkt bindungswirksam und sind auch in dieser Form durch Bodenbakterien leichter angreifbar. Die behandelten Textilfaserstoffe reagieren pH-neutral.

Als Behandlungsvorrichtung eignen sich vorrangig Kontinuetrockner, die die mit der Behandlungslösung imprägnierten Textilien trocknen.

Auf den Einsatz von Schwermetallverbindungen kann verzichtet werden. Der Degra dationsmechanismus des Magnesiumnitrates auf das Polyamid/Polyurethan-Gemisch ist vorerst wissenschaftlich nicht geklärt. Wird beispielsweise ein Kationenaustausch durch Kaliumnitrat oder ein Anionenaustausch durch Magnesiumchlorid vorgenommen, so tritt der gewünschte Polymerabbaueffekt nicht ein.

Das so behandelte Textilmaterial wird in einem Aufschlußaggregat (Schneidgranulator, Mühle, Cutter o. ä.) zerkleinert; die gewünschte Endgröße der Partikeln kann unter schiedlich gewählt werden und wird in der Regel durch das Aufschlußaggregat bestimmt. Am besten ist eine Partikelform und -größe, die ausreichende technologische Manipu lierfähigkeit gewährleistet.

Die chemisch modifizierten Textilfasern werden in Zugaben bis zu 60% in einem Wirbelmischer mit dem trocknen Faserstoff (Stoffeuchtigkeit unter 15%) vermischt, durch Schüttung, Wurf- oder Windstreuung zu einem Vlies geformt und in einer Heißpresse bei 150 bis 210°C verpreßt. Während des Heißpressens gehen die modi fizierten Textilanteile in eine fließfähige Phase über, benetzen die Holzfasern und binden wieder zu einem festen Polymer ab. Dieses übernimmt nun im Faserverband die Auf gabe des Bindemittels.

Es ist möglich, Faserplatten oder Faserformteile mittlerer und hoher Dichte herzu stellen. Für die Formteilherstellung sind bekannte Matritzenpressen oder die Membran preßtechnik (3) anwendbar.

Ausführungsbeispiele Ausführungsbeispiel 1

Fehlerhafte Feinstrumpfhosen, Strumpfhosenabfälle oder Verarbeitungsreste aus Satin- Sheers (PA/PU) werden 5 Minuten bei Raumtemperatur mit einer 10%igen wäßrigen Magnesiumnitrat-6 Hydrat-Lösung getränkt und so abgequetscht oder geschleudert, daß eine Restfeuchte von ca. 100% erhalten bleibt. Danach werden die Produkte über eine Zeit von 15 Minuten bei 130°C thermobehandelt (getrocknet). Die gelblich verblaßten Textilien sind sofort leicht zerreißbar.

Ausführungsbeispiel 2

Gröbere Abfälle aus der Kinderstrumpfhosen- und Herrensockenproduktion aus Polyamid werden wie im Ausführungsbeispiel 1 behandelt. Die gelblich verblaßten Abfälle haben ihre Ausgangsfestigkeit verloren und sind leicht aufschließbar.

Ausführungsbeispiel 3

Die nach Ausführungsbeispiel 1 behandelten textilen Stoffe werden einem biologischen Abbautest durch Bodenorganismen unterworfen. Die Erzeugnisse sind durch den Polymer abbau mikrobiell leichter angreifbar als unbehandelte Produkte. Die Abbaurate durch Bodenorganismen erhöht sich.

Ausführungsbeispiel 4

Die nach Ausführungsbeispiel 1 behandelten Strumpfhosenabfälle werden zerkleinert und in den Verhältnissen 15, 30 und 45 Gew.-% dem getrockneten Holzfaserstoff beigegeben, das Gemisch im Streuverfahren zum Vlies gebildet und zwischen Blechen bei 210°C in 6 Minuten zu einer 5 mm Platte verpreßt. Die eingestellte Rohdichte der Platte beträgt 750 kg/m³.

Claims

1. Verfahren zum schnellen polymeren Abbau von Polyamid- und Polyurethan faserstoffen und deren Homologen und Mischungen mit anderen Faserstoffen, gekennzeichnet dadurch, daß diese Stoffe ganz oder teilweise bestehend aus Polyamid und Polyurethan mit 25%iger Erdalkalinitrat-Lösung, vorzugsweise mit einer 10%igen Magnesiumnitrat-6 Hydrat-Lösung, behandelt werden, dann auf eine Restfeuchte von ca. 100% entwässert und 10 bis 30 Minuten bei 120 bis 150°C thermobehandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß statt der Erdalkali nitrate Asche aus der Kohleverbrennung, die selbst hohe Anteile an Calcium, Magnesium, Eisen uund Aluminium enthält, mit 5 bis 15% verdünnter Salpeter säure behandelt wird und das ausgepreßte Reaktionswasser dem Polymer zu gesetzt wird. Es tritt die gleiche Wirkung ein.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß durch erzielten hohen Festigkeitsverlust und in der Regel auch Farbverlust und erniedrigten Schmelzpunkt bzw. Plastizitätsbereich eine Weiterverarbeitung für Recyclingaufgaben und energie arme Zerkleinerung erleichtert werden (z. B. ist keine Komponententrennung von PA und PU erforderlich).

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die so vorbehandelten und ausgewaschenen Polyamid/Polyurethanfaserstoffe biologisch wesentlich besser durch Mikroorganismen und Enzyme abbaubar sind. Durch den polymeren Abbau mit Mg(NO₃)₂ × 6H₂O ist die Zugänglichkeit für Enzyme und Zellmembranen der Bakterien so erweitert, daß sich die Abbaurate erheblich erhöht. Damit wird die biologische Abbaubarkeit um mehr als ein Drittel gesteigert.

5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der vorbehandelte Polyamid/Polyurethanfaserstoff mechanisch zerkleinert und in Anteilen bis mehr als 60%, vorzugsweise 30 bis 50%, luftrockenem lignocellulosem Faserstoff (Holzfaserstoff, Papierfaserstoff u. a.) beigemischt und in einer Heißpresse bei 150 bis 210°C, vorzugsweise 170 bis 180°C, das daraus hergestellte Vlies zu Faserplatten oder Faserformteilen verpreßt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß durch den Einsatz des behandelten Textilfaserstoffes die Anwendung von Zusatzklebstoffen entfällt und damit holzanaloge Werkstoffe hergestellt werden, die sich durch verminderte Quellwerte und eine verbessserte biologische Abbaubarkeit auszeichnen. Entsprechend der Wahl der Komponenten sind gezielt variable elastomechanische Eigenschaften erreichbar.

7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der chemisch behandelte Faserstoff mit unbehandeltem Faserstoff gleicher Art oder anderer chemischer Zusammensetzung (z. B. Synthesefaserstoffe, Baumwolle, mineralische Faserstoffe, natür liche lignocellulose Fasern u. ä.) gemischt, geformt und zu Werkstoffen heiß verpreßt wird.