DE4443106A1 - Verfahren zur Herstellung von Faserformteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Faserformteilen unter Verwendung einer Pulpe mit Faseranteilen aus Altpapier und/oder Zellstoff und/oder Holzschliff oder einer Mischung hieraus, wobei die Pulpe mittels Düsen in eine Form gespritzt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung die Ausführung der Form und die der Gegenform.

Faserformteile sind seit langem in der Form der Eiertrays bekannt. In den bekannten Herstellungsverfahren, mittels enorm teurer Formen, die ausschließlich als Vakuum- Saugformen ausgebildet sind, werden diese Trays hergestellt. Die extrem hohen Form- und Anlagekosten haben eine weitere Verbreitung dieser Faserformteile ver­ hindert. Ausgelöst durch die Verpackungsverordnung, wo Kunststoffe durch die Re­ cyclingproblematik enorm unter Beschuß geriet, wurde versucht, die Herstellung von Faserformteilen zu forcieren. Dies ist jedoch bisher nur in geringen Ansätzen gelun­ gen. Nach wie vor sind die hohen Anlagen- und Formkosten das entscheidende Hemmnis, Faserformteile, die üblicherweise vorwiegend aus Altpapier hergestellt werden, verstärkt in den Markt zu bringen. Insbesondere zur Substitution von Styro­ porverpackungen dienten diese Bemühungen, die zum Teil trotz des höheren Ein­ standspreises aus ökologischen Marktanforderungen heraus eingesetzt wurden.

Das Spritzen von Pulpe ist z. B. aus DE 38 37 945 C1 bekannt. Hier wird jedoch im Gegensatz zu den erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren, ein Faserformstrang in einen Tunnel gespritzt, wobei der Strang im nachhinein vereinzelt wird. Zum weiteren ist aus der DE 29 20 988 C2 ein Verfahren, z. B. durch Spritzgießen, in einen zum Teil abgewandelten Extruder bekannt, wobei der Pulpe wenigstens ein Hydrocolloid zugemischt wird. Darüber hinaus ist aus der OS-DE 32 42 120 A1 ein Verfahren aus einer Mischung von Abfällen aus Kunststoffen und Pappe bekannt, wo der Körper oder der gewünschte Gegenstand in einem Spritz- oder Extrusionsverfahren und/oder einem Spritz- oder Gußverfahren hergestellt wird, wobei der hergestellte Körper als Kunststoffersatz dienen soll, jedoch durch seine Kunststoff-Pappkombination nach Gebrauch nur sehr schwierig recycelbar sein wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ökologisch verbesserte Verfahren vorzuschlagen, mit den durch Energieeinsparungen und vereinfachten Formen, kostengünstig Faserform­ teile gefertigt werden können. Insbesondere der Einsatz von Altpapier soll hier for­ ciert werden, um den Stoffkreislauf von Papierfasern weiter zu schließen. Insbesonde­ re können in dem erfindungsgemäßen Verfahren auch diese Altpapierfasern mit recy­ celt werden, die bekanntermaßen nach 7- bis 8maligem Durchlaufen des Stoffkreis­ laufes, aufgrund der extrem kurzen Faserlängen, in anderen Wiederverwertungsverfah­ ren nicht eingesetzt werden können und daher kostenträchtig entsorgt werden müs­ sen. Durch das Aufspritzen der Pulpe mittels Düsen wird ein kostengünstiges Auf­ tragsverfahren vorgestellt, welches sich gegenüber dem traditionellen Vakuum- Saugverfahren durch eine Reduzierung des Energieaufwandes auszeichnet. Darüber hinaus wird durch das Spritzen eine hohe Faserverflechtung erreicht, wo­ durch sich die statischen Eigenschaften des Faserformteiles stark verbessern. Dadurch sind geringere Wandstärken bei gleicher Stabilität möglich. Zum weiteren wird durch die geringere Wandstärke erhebliche Energie im nachfolgend erforderlichen Trocknungsprozeß eingespart. Des weiteren werden durch die geringen Wandstärken auch Transportkosten und Kosten für den "Grünen Punkt" eingespart.

Das Spritzen in mehreren Fertigungsschritten hat den Vorteil, daß die Pulpe in unter­ schiedlicher Konsistenz aufgetragen werden kann, z. B. im ersten Auftrag mir relativ flüssiger Konsistenz mit 1% Faseranteil, um auch schwierigste Details in der Form sauber und glatt auszufüllen und zum z. B. mit der/den nachfolgenden Auftragen mit hochkonsistenter Pulpe von über 5% Faseranteil, die eigentliche Körperform zu sprit­ zen. Darüber hinaus kann mit einem nachfolgenden Auftrag unter hohem Druck wie­ der mit einer Konsistenz von ca. 1% Faseranteil oder sogar nur Wasser oder Wasser- Bindemittelgemisch, die beim Hauptspritzen auf der Form abgewandten Seite die Spritzunebenheiten weitgehendst zu eliminieren, um den kostenträchtigen zusätzlichen Nachpreßprozeß zu vermeiden. In dem mehrstufigen Spritzauftrag kann es hilfreich sein, die einzelnen Auftragsschichten durch Zwischentrocknung weitgehend zu ver­ festigen, um eine einfache Entformung ohne Zusammenfallen des noch feuchten Faser­ formteiles zu verhindern oder einzudämmen.

Das Spritzen mittels zwei Medien-Düsen als Misch/Saugdüse hat den Vorteil, daß die Düsen sich nicht verstopfen können, was üblicherweise passiert, wenn sich ent­ wässerte Faserstoffbündel vor der Düse stauen, wenn ein Auftragstakt abgeschlossen ist. Darüber hinaus hat diese Düsenart den Vorteil, daß die in der Pulpe enthaltenen Stippen durch die Druckluft in der Düse zerschlagen werden, und somit feindo­ siert und klumpenfrei in die Form gespritzt werden kann.

Das Verfahren nach Anspruch 2 hat den Vorteil, daß, wie aus der beigefügten Zeich­ nung 1 zu ersehen ist, aus dem Frischpulpenkreislauf ausschließlich Pulpe angesaugt wird, die eine gleichmäßige Konsistenz aufweist und kein Faserstoffbündel beinhaltet, die sonst durch das dauernde "Stop and go"-Aufspritzen in die Form sonst vor der Düse unvermeidlich sind.

In den bekannten Vakuum-Saugverfahren wird verfahrensbedingt nur Pulpe bis maxi­ mal 5% Faseranteil verwendet. Im beschriebenen Spritzverfahren kann jedoch eine wesentlich höhere Viskosepulpe, z. B. mit 15% Faseranteil, eingesetzt werden, da diese durch die Misch/Saugdüse aufgetrennt werden kann. Durch die Höherviskose­ pulpe ist das Entformen, durch die höhere Festigkeit des Faserformteils in der Form, wesentlich vereinfacht und benötigt daher einen wesentlich geringeren Energieauf­ wand im Trockenprozeß.

Bei Verwendung von Pulpe mit einem höheren Faserstoffanteil kann es sinnvoll sein, die Pulpe aus einem Druckbehälter den Spritzdüsen zuzuführen, um auch hier Faser­ bündel, die nach den örtlichen Gegebenheiten (lange Zuführwege), zwangsläufig ent­ stehen können, zu vermeiden.

Üblicherweise bestehen die Formen aus metallischen Werkstoffen. Dies gilt auch für den eigentlichen Formkörper der Siebform. Nach dem erfindungsgemäßen Anspruch 5 besteht der Siebkörper aus thermisch oder mechanisch verformbaren Siebmaterial. Diese Siebkörper ist erheblich kostengünstiger herzustellen, als wie die üblichen, aus metallischen Werkstoffen bestehenden Siebkörper, die sehr aufwendig aus Zuschnitten mechanisch verformt und miteinander, z. B. durch Löten, zu einer Komplettform zu­ sammengefügt werden muß.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Form nicht als Saugform, d. h. nicht mit einem Sieb ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, daß die Wände der Form völlig glatt sein können und somit die bisher unschöne Siebstruk­ tur entfällt, wodurch das Faserformteil optisch enorm aufgewertet wird und Märkte besetzen kann, die bisher aus ästhetischen Gründen nicht abgedeckt werden konnten. Auch hier kann die Form aus einfach zu verformendem Material hergestellt werden, wobei zur Verstärkung und Stabilisierung ein Füllstoff auf der Rückseite der Form aufgebracht werden kann. Des weiteren kann diese Form kostengünstig mit Belüf­ tungs- und/oder Abblasöffnungen versehen sein, die an genau vorbestimmten Stellen plaziert werden können, um somit das Entformen schonender für das Faserformteil und schneller zu gestalten.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Form mit saugfähigen Geweben, Beschich­ tung oder Materialien ganz oder teilweise ausgekleidet ist, um der Pulpe in der Form möglichst schnell Feuchtigkeit zu entziehen und daher zu verfestigen. Dies wird un­ terstützt, wenn das aufsaugende Gewebe, Beschichtung oder das saugfähige Material nach jedem Entformungsvorgang getrocknet wird, um somit die Wasseraufnahmefähigkeit zu erhöhen. Bei der Saugform kann dieses wasserdurchlässige Gewebe oder Material auch zwischen Sieb und Trägerform angeordnet sein.

Formen, die nicht als Saugformen ausgebildet sind, können auch vor dem Spritzen mit einem aufsaugenden Trockenmittel bestäubt werden, das sich mit der Pulpe verbindet und somit, an der schönen Seite des Faserformteils angeordnet ist, um den Trocken­ prozeß zu beschleunigen. Das Trockenmittel kann dabei auch zu optischen Aufwer­ tung des Faserformteils dienen, z. B. zur farblichen Gestaltung des Faserformteils oder mit hochweißen Pigmenten vermischt, um den üblichen grauen Farbton beim Altpa­ piereinsatz die Weiße zu verbessern.

Ein wichtiger Punkt ist die Aufwertung des Faserformteils mittels Nachpressung. Dies geschieht üblicherweise in einem integrierten oder völlig gesonderten Arbeitsgang nach der Trocknung des Faserformteils. Dies ist besonders aufwendig, da hier wieder­ um, und zwar eine paßgenaue Form und entsprechende Gegenform, benötigt wird. Erfindungswesentlich ist eine kostengünstigere Lösung zu praktizieren, die in den normalen Entformungsvorgang integriert wird. Dies ist jedoch nur in Verbindung von Formen möglich, die nicht als Saugform ausgebildet wurden, da ansonsten die Pulpe sich so im Sieb verfilzen würde, daß ein Entformen fast unmöglich ist. Nur mit wand­ glatten Formen ist die Nachpressung und somit auch eine weitgehende Schönseite, auf der formabgewandten Produktseite möglich. Erforderlich ist dabei, daß die Gegen­ form, sauber, entsprechend der Produktform, unter Berücksichtigung der Wandstärke des Faserformteils der Form angepaßt ist. Da das Faserformteil zum Zeitpunkt des Entformens noch instabil ist, kann die Nachpressung mit einem Bruchteil von Kraft auskommen, die ansonsten, für die Nachpressung nach dem Trocknen, aufgewendet werden müßte. Insoweit kann auch das Entformungswerkzeug, was für die Nachpres­ sung verwendet wird, leichter ausgelegt werden.

Wenn die Gegenform zum Entformen beheizbar ausgebildet ist, wird die Oberflächen­ trocknung und Stabilisierung des Faserformteiles weiter unterstützt.

Üblicherweise ist die Gegenform mit Vakuumeinrichtung ausgebildet, um das Entfor­ men aus der Form zu vereinfachen. Wenn die Formen jedoch mit Belüftungs­ und/oder Abblasöffnungen gemäß Anspruch 6b versehen ist, ist eine Vakuumeinrich­ tung in der Gegenform nicht unbedingt erforderlich. Die Adhäsionskräfte, sind in Ab­ hängigkeit der Form des Faserformteiles, in der Gegenform so stark, daß eine Vaku­ umeinrichtung, die sehr aufwendig ist, vermieden werden kann.

Da das Faserformteil beim Entformen noch sehr instabil ist, ist es möglich, beim Ent­ formen mit der Gegenform, mit verhältnismäßig geringem Druck, das Faserformteil zu stanzen, mit Blindprägungen zu versehen oder zum Falten von Laschen oder Klappen das Faserformteil zu perforieren. Die entsprechenden Stellen müssen dann in der Form verstärkt werden. Die Stanzabfälle können dann abgeblasen werden und dem Recy­ clingkreislauf wieder zugeführt werden.

Claims (18)

1. Verfahren zur Herstellung von Faserformteilen, die aus Pulpe, bestehend aus Wasser und Faseranteilen von Altpapier oder Zellstoff oder Holzschliff oder einer Mischung hieraus, eventuell unter Beifügung von Trocken-, Binde­ und/oder Färbemitteln hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Pulpe mittels fester oder beweglichen Düse/Düsen in eine positive oder negative Form gespritzt wird b) die Pulpe in mehreren Fertigungsschritten mit Zwischentrocknung oder naß in naß oder in Kombination in eine Form gespritzt wird
• c) das Spritzen mittels Misch/Saugdüse (z. B. Injektor-Düsen oder Trans­ vektordüsen) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugung der Pulpe aus einem Frischpulpenkreislauf erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulpe einen Faseranteil von mindestens 5% hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulpe aus einem Druckbehälter der Spritzdüse zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugform aus einem Grundkörper aus formstabilen Trägermaterial und die Siebform aus einem thermisch oder mechanisch verformbaren Siebmaterial besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Form nicht als Saugform ausgebildet ist, sondern daß

• a) die Form durch Thermoverformung und/oder mechanische Behandlung hergestellt ist, wobei, bei Bedarf, die Stabilisierung der Form durch formstabiles Trägermaterial erfolgen kann,
• b) die Form zum schnelleren und schonenderen Entformen des gespritzten Faserformteiles mit Belüftungs- und/oder Abblasöffnungen versehen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Form ganz oder teilweise mit saugfähigen Geweben oder Materialien ausgekleidet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Form ganz oder teilweise mit einer saugfähigen Beschichtung versehen ist.

9. Verfahren nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das saugfähige Gewebe bzw. Material zwischen Sieb- und Grundform angeordnet ist.

10. Verfahren nach Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Form nach jedem Entformungsvorgang getrocknet wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Form vor dem Spritzen mit Pulpe mit einem Trockenmittel, das zu­ gleich auch Färbemittel sein kann, bestäubt wird, das sich mit der Pulpe ver­ bindet.

12. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserformteil durch eine Gegenform aus der Form entformt wird, die zugleich für die Nachpressung eingesetzt werden kann.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenform als Saugform und/oder Saug-/Blasform zum Entwässern hergestellt ist.

14. Verfahren zum verbesserten Trocknen der Faserformteile, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenform beheizt ist.

15. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Entformung der Faserformteile ohne Saugunterstützung durch eine Gegenform durchgeführt wird.

16. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenform gleichzeitig auch zum Stanzen der Außenkonturen des Faserformteiles und/oder auch von Innenausstanzungen und/oder Prägungen und/oder Perforationen eingesetzt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Stanzen anfallende Abfall abgeblasen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärken des Faserformteiles in der Form unterschiedlich stark gespritzt sein können.