DE4340518A1

DE4340518A1 - Formkörper, insbesondere in Form einer Faserplatte

Info

Publication number: DE4340518A1
Application number: DE19934340518
Authority: DE
Inventors: Alireza Dr Kharazipour; Aloys Prof Dr Huettermann; Jerzy Prof Dr Trojanowski; Kurt Dr Nonninger
Original assignee: PFLEIDERER UNTERNEHMENSVERWALT
Current assignee: PFLEIDERER UNTERNEHMENSVERWALT
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1993-11-29
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2013-11-30
Also published as: DE4340518C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Formkörper, insbesondere in Form einer Faserplatte, auf der Basis von Holz- oder Cellulosefasern.

Faserplatten auf der Basis von Holzfasern sind bekannt. Sie werden aus Holzfasern unter Zugabe von Bindemitteln hergestellt. Als Bindemittel dienen Kunstharzbindemittel oder Bindemittel auf Enzymbasis, wie sie beispielsweise in der DE 30 37 992 C2 beschrieben sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Form körper, insbesondere in Form einer Faserplatte, zu schaffen, der keines der vorbekannten Bindemittel benö tigt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen gattungsgemäßen Form körper gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruchs. Die Unter ansprüche gebe bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Kartoffelpülpe ist ein Abfallprodukt der Stärkeindustrie, das in großen Mengen anfällt. Sie besteht aus der zer kleinerten Kartoffelschale und den Resten des Fruchtflei sches, denen die Kartoffelstärke entzogen worden ist. Versuche haben ergeben, daß Kartoffelpülpe in der bei der Stärkeproduktion anfallenden Form keinerlei Bindungswir kung auf pflanzliche oder tierische Fasern ausübt.

Kartoffelpülpe weist im allgemeinen eine mittlere Teilchen größe von etwa 0,5 bis 1,2 mm. Die obere Grenze der Teil chengröße liegt im allgemeinen bei etwa 1,7 mm, die untere Grenze bei etwa 0,4 mm, jeweils in Abhängigkeit von den Bedingungen bei der Verarbeitung. Aus der Stärkegewinnung stammende Kartoffelpülpe übt auf pflanzliche oder tieri sche Fasern keine Bindungswirkung aus.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß im Gegensatz hier zu Kartoffelpülpe, die mit Enzymen behandelt worden ist, die die Faserstruktur der Kartoffelpülpe beeinflussen, eine noch bessere Bindungswirkung auf tierische und pflanz liche Fasern ausüben als mechanisch zerkleinerte Kartof felpülpe.

Als Enzyme werden dabei vorzugsweise solche eingesetzt, die die Faserstruktur der Kartoffelpülpe beeinflussen. Diese Beeinflussung besteht insbesondere in einem Abbau der Faserstruktur. Beispiele solche Enzyme sind u. a. Pektinasen, Hemicellulasen und/oder Cellulasen. Unter den Pektinasen sind insbesondere zu nennen:
Pektintranseliminasen, Polygalakturonasen, Pektinesterasen und dergleichen,
Hemicellulasen sind beispielsweise Xylanasen, Mannasen, Arabinasen und dergleichen.

Beim Einsatz solche Enzyme wird die Faserstruktur der Pülpe teilchen nahezu völlig aufgelöst. Dies zeigt ein Vergleich dar Abb. 1 (vor der Enzymbehandlung) mit der Abb. 2 (nach der Enzymbehandlung).

Die Enzyme werden in einer Menge eingesetzt, die ausreicht, um die Faserstruktur der Kartoffelpülpe in wirtschaftlich verwertbaren Zeiträumen abzubauen. Bei Verwendung von Pektinasen sind dies beispielsweise etwa 0,1 bis 1000 Units pro g Kartoffelpülpe Trockensubstanz, insbesondere etwa 1 bis 100 Units. Dabei ist die Einheit der Pektinase Pektin-Transeliminase z. B. definiert als diejenige Menge des Enzyms, die eine Zunahme der Absorption bei 235 nm um 0,555/1 min in einer 1cm-Meßkuvette bei pH 5,2 und 25° katalysiert, wobei als Substrat eine 0,5%ige Pektinlösung verwendet wird.

Enzymlösungen, die neben Pektinase auch Hemicellulase ent halten, sind im Handel erhältlich, beispielsweise in Form der Handelsware Pektinex.

Beim Einsatz von Holzfasern werden solche Holzfasern eingesetzt, die lediglich mechanisch zerfasert wurden, deren native Struktur also weder mechanisch noch chemisch wesentlich verändert wurde. Beim Einsatz von Cellulose fasern werden vorzugsweise Cellulosefasern in der Form eingesetzt, wie sie bei der Zellstoffgewinnung in übli cher Weise anfallen.

Die Kartoffelpülpe kann mit beliebigen Wassergehalten eingesetzt werden, solange genügend wäßrige Phase zugegen ist, um die Einwirkung des Enzyms zu gewährleisten. Üblicher weise beträgt der Trockensubstanzgehalt der wäßrigen Sus pension bzw. Lösung etwa 2 bis 25%, bevorzugt etwa 3 bis 10 Gew.-%. Ein Trockensubstanzgehalt von weniger als 2 Gew. -% erfordert einen unwirtschaftlichen nachträg lichen Trocknungsaufwand. Der Trockensubstanzgehalt kann dabei so ausgewählt werden, daß die vorbehandelte Kartof felpülpe direkt im folgenden Schritt für die Herstellung des Formkörpers eingesetzt werden kann.

Vorteilhafterweise kann die Kartoffelpülpe vor und/oder nach der Behandlung mit den Enzymen mechanisch zerkleinert werden. Dadurch wird die Löslichkeit bzw. Suspensions fähigkeit verbessert und die gegebenenfalls nachfolgende Enzymbehandlung erleichtert bzw. beschleunigt.

Zur Zerkleinerung der Pülpeteilchen eignen sich alle bekannten Verfahren, insbesondere mechanische Verfahren. Solche Verfahren sind beispielsweise Zerkleinerung in einem Mischer, Waring-Blendor, in Kugelmühlen, insbe sondere Rührwerkskugelmühlen, oder in Homogenisatoren, insbesondere Hochdruckhomogenisatoren, oder Tiefgefrieren und anschließendes Vermahlen.

Durch einen Zusatz von Wasserglas kann die Benetzbarkeit der eingesetzten Fasern verbessert werden. Wasserglas wird in Mengen von etwa 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-%. bezogen auf das Fasergewicht eingesetzt.

Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zur Herstellung von folienartigen oder plattenartigen Flächen gebilden, aus denen Formkörper hergestellt werden können.

Zur Herstellung der Formkörper wird die Kartoffelpülpe, die die bei der Stärkegewinnung im allg. mit einem Wassergehalt von etwa 75 bis 95% anfällt, zunächst nach Bedarf auf einen Feststoffgehalt von weniger als 15 Gew.-% verdünnt. Im allgemeinen wird mit Pülpe gearbeitet, die einen Feststoffgehalt von weniger als 10 Gew.-% aufweist. Die Pülpe kann auch in Form der sogenannten Preßpülpe eingesetzt werden, die einen Feststoffgehalt von etwa 15 bis 25 Gew.-% aufweist. Sie muß wie oben angegeben verdünnt werden.

Die vorbehandelte Kartoffelpülpe wird mit bekannten Ver fahren, wie Tränken, Besprühen oder dergleichen auf die Fasern aufgebracht.

Die mit Pülpelösung getränkten Fasern können dann ther misch oder auf mechanischem Wege, z. B. durch Abpressen, oder dergleichen, von überschüssigem Wasser befreit werden.

Dann erfolgt eine Druck- und Wärmebehandlung, die nachein ander, aber auch gleichzeitig erfolgen kann. Die Wärmebe handlung erfolgt bei Temperaturen von etwa 150 bis 220°C, vorzugsweise bei etwa 160 bis 200°C. Bei diesen Tempera turen erfolgt eine Bindung zwischen den Fasern und den Pülpe teilchen, die in ihrer Wirkung der Bindung mit konventio nellen Kunstharzbindemitteln durchaus gleichwertig ist.

Die kombinierte Druck- und Temperaturbehandlung kann vorzugsweise in den üblicherweise eingesetzten Platten pressen durchgeführt werden, wie sie bei der Herstellung von Span- oder Faserplatten eingesetzt werden. Dabei werden die hierbei üblichen Druck- und Temperaturbe dingungen eingehalten.

Die erfindungsgemäßen Formkörper erfüllen in Form von Faserplatten die allgemein geltenden Vorschriften, bei spielsweise die DIN-Normen, für solche Platten, z. B. für Naßfestigkeit, Querzugfestigkeit, Biegefestigkeit usw.

Faserplatten lassen sich beispielsweise wie folgt her stellen:

Die Fasern werden in einer Beleimungstrommel mit der vor behandelten Pülpe besprüht, auf eine bestimmte Rest feuchte vorgetrocknet, zu einer Matte gestreut, gekämmt und verpreßt. Die Preßtemperaturen liegen dabei zwischen etwa 160 und 200°C, vorzugsweise zwischen etwa 180 und 190°C. Die Preßdrücke liegen zwischen etwa 20 und 40 kp/cm².

Die erfindungsgemäßen Formkörper können weitere übliche Zusatzstoffe enthalten. So können z. B. Wachse zugesetzt werden, mit denen sich die Hydrophilie bzw. Hydrophobie beeinflussen läßt. Weitere mögliche Zusatzstoffe sind beispielsweise Farbstoffe oder Fungizide, Biozide und dergleichen, die den Befall von Mikroorganismen steuern können, sowie Substanzen, die die Benetzbarkeit der der Fasern verbessern, wie oberflächenaktive Stoffe, Wasserglas und dergleichen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

1540 g Kartoffel-Naßpülpe mit einem Trockensubstanzgehalt von 13%, entsprechend 200 g Trockensubstanz, wurden in einem Mischer mit 1540 ml Wasser gemischt und 20 ml Pektinase mit 17,86 g Trockensubstanz (TS) in wäßriger Lösung mit einer Aktivität von 3000 U/ml (Handelsprodukt Pektinex 3 XL) zu gegeben. Die Suspension wurde 20 h in einem Fermenter bei 40° inkubiert. Anschließend wurde die Mischung 10 min in einem Homogenisator homogenisiert und dabei mechanisch zerkleinert.

Die Pülpe wurde vor der Behandlung, nach der Enzymbehand lung und nach der mechanischen Behandlung mikroskopisch untersucht. Dabei wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:

Mikroskopische Untersuchung mit einer Thomaskammer

In den folgenden Beispielen wurde die nach Beispiel 1 er haltene mit Enzym und mechanisch vorbehandelte Pülpesus pension eingesetzt.

Beispiel 2

2000 g Holzfasern wurden in eine Beleimungsmaschine gefüllt und mit 3850 ml der Pülpesuspension aus Beispiel 1 besprüht. Die Feuchte der Fasern betrug nach der Beleimung ca. 180%. Anschließend wurde das Fasermaterial 8 h bei 50° getrocknet, die Restfeuchte betrug dann 16%. Es wurden mehrere Platten mit einer Dicke von 6 mm gepreßt.

Einwaage pro Platte: 800 g
Preßzeit: 5 min
Preßtemperatur: 190°

Die Platten hatten die folgenden Eigenschaften:

Beispiel 3

Wie in Beispiel 2 wurden Holzfasern in einer Beleimungs maschine mit Pülpesuspension beleimt.

Eingesetzt wurden 2000 g Fasern und 3080 ml Pülpesuspen sion. Feuchte der Faser nach der Beleimung: ca. 160%. Nach Trocknen 7 h bei 40° Restfeuchte 15%.

Einwaage pro Platte: 700 g
Preßzeit: 5 min
Preßtemperatur: 190°

Die Platten hatten folgende Eigenschaften:

Beispiel 4 Herstellung von 5 mm MDF-Platten Herstellung wie in Beispiel 2

Eingesetzt wurden 2000 g Fasern und 1540 ml Pülpsuspen sion. Feuchte der Faser nach Beleimung: ca. 160%. Nach Trocknen 7 h bei 40° Restfeuchte 15%.

Einwaage pro Platte: 700 g
Preßzeit: 5 min
Preßtemperatur: 190°

Platteneigenschaften:

Beispiel 5 Durchführung wie Beispiel 2

1000 g Fasern, 400 ml Pülpesuspension, Feuchte der Fasern nach Beleimung: 45%.

Trocknen 20 h bei Raumtemperatur, Restfeuchte 15%.

Claims

1. Formkörper, insbesondere in Form einer Faserplatte, auf der Basis von Holz- und/oder Cellulosefasern, dadurch gekennzeichnet, daß er
99 bis 50 Gew.-% Fasern und
1 bis 50 Gew.-% einer vorbehandelten Kartoffelpülpe
enthält, wobei die Kartoffelpülpe durch Einwirkung von Enzymen, die die Faserstruktur der Kartoffelpülpe beein flussen, vorbehandelt wird, und die Angaben in Gew.-% sich auf Trockensubstanz beziehen.

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enzyme aus Pektinasen, Hemicellulasen und/oder Cellu lasen bestehen.

3. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kartoffelpülpe in wäßriger Suspension mit einem Trocken substanzgehalt von 2 bis 25 Gew.-% einer Enzymbehandlung unterworfen wurde.

4. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Enzym Pektinase von 0,1 bis 1000 U/g Kartoffelpülpe (TS) eingesetzt wird.

5. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er
97 bis 70 Gew.-% Fasern und
3 bis 30 Gew. -% vorbehandelte Kartoffelpülpe
enthält.

6. Formkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er
90 bis 80 Gew.-% Fasern und
10 bis 20 Gew. -% vorbehandelte Kartoffelpülpe
enthält.

7. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß
die Faser durch bekannte Verfahren, wie Tauchen, Besprühen, mit der vorbehandelten Pülpe in Kontakt ge bracht wird,
nach Bedarf auf eine Restfeuchte von weniger als 100 Gew.-% vorgetrocknet wird,
zu einer Matte gestreut, gekämmt und nach Bedarf vorver dichtet wird, und
unter Einwirkung von Wärme und Druck zu einem Formkörper verpreßt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturen von etwa 160 bis 200°C und einem Druck von 30 kp/cm² oder mehr verpreßt wird.

9. Verfahren zur Vorbehandlung der eingesetzten Kartoffel pülpe, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder nach der Enzymbehandlung eine mechanische Zerkleinerung durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Zerkleinerung in einer Mühle oder einem Homogenisator durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Restfeuchte von weniger als 50 Gew.-% vorge trocknet wird.