Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohlingen oder Form- ⁵ körpern mit ähnlichen Eigenschaften wie Holz aus einem oder mehreren zellulosehältigen, faseraufweisenden Rohstoffen, wie beispielsweise reiner Zellu¬ lose, aber auch Rohfasern bzw. der ganzen Pflanze oder anderer Bestandteile von Hanf, Flachs, Schilf, Baumwolle, Stroh, etc., sowie Altpappen-u.-papiere, durch spezifische Aufbereitung der genannten Fasern zu einem Mikrofaserbrei, ιo der, gegebenenfalls nach Vorentwässerung und Formung, getrocknet wird, sowie diverse Verwendungen dieser Mikrofaserbreie als Bindemittel bzw. Matrix¬ werkstoff zur Aufnahme von Füllstoffen.

Zielsetzung ist die wirtschaftliche Herstellung der angesprochenen Werkstoffe, Körper und Formteile guter technischer Eigenschaften möglichst nach ökologi- 15 sehen Kriterien.

In den Patenten CH 254243, DE 4207233 A I , EP 402866 A2, US 3935924 A, sowie GB 2066145 A wird geschlagene Zellulose bzw. Mikrozellulosebrei zur Verwendung als Bindemittel, Filter, Lautsprechermembran, oder als Eindicker

20und Verstärker von Papierprodukten vorgeschlagen und diese Patente scheinen einzelnen Ansprüchen des vorliegenden Patentes entgegenzustehen. Das in CH 254243 vorgeschlagene Verfahren bedingt jedoch extrem lange, unwirtschaftliche Aufbereitungszeiten und der daraus entstehende gallertartige Schleim weist eine sehr schwer entwässerbare Konsistenz auf. Darüber hinaus

25können nach diesem Verfahren höhere Dichten und Festigkeiten nur unter An¬ wendung von Druck (mindestens 4 kg/cm2 ) und Hitze (über 100 ° C) gewon¬ nen werden.

Grundsätzlich werden auf Basis dieses schweizer Patentes und anderer bereits 30 bekannter Verfahren wesentlich geringere Festigkeiten erreicht, als nach unse¬ rem Verfahren.

So wird in DE 4207233 AI Altpapier geschlagen oder gerührt und nach Einbrin¬ gung mit Luft zu Filterkörpern niedriger Festigkeit getrocknet. Bezeichnend ist, 35 daß dem Erfinder die, in diesem Patent vielfach erwähnte Beaufschlagung des Faserbreies mit Kalziumoxid-Pulver notwendig erscheint, um durch Nach¬ härtung überhaupt Festigkeit und Beständigkeit des Filterblocks zu erhalten. Die Einbringung von Luft in den Faserbrei bezieht sich also auf ein offensichtlich kaum aufbereitetes Basismaterial mit äußerst geringen Bindungseigenschaften.

Generell definiert das Wort „Mikrozellulose" für sich allein gesehen weder den Grad der Kürzung, Quetschung, Defibrillierung und Hydratisierung, noch die eingestellte Fraktionszusammensetzung der Fasern, die für die inneren Vernetzungs-Verfilzungs-u.-Bindungseigenschaften ausschlaggebend sind.

Bezeichnenderweise wird die Feinheit auch in EP 402866 A2 nicht über diese Bindungseigenschaften angesprochen, sondern über die Filtereigenschaften des Materials, ob also beispielweise das Material fein genug eingestellt ist, um gewis¬ se Partikel (etwa Bakterien etc.) am Filterdurchgang zu hindern. Ein weiterer Beleg dafür, daß die Funktion der Verfeinerung sowohl einem ande¬ ren Zweck dient als auch qualitativ und quantitativ völlig unterschiedlich hervor¬ gerufen wird, ist die Tatsache, daß für diese Filter auch die Verwendung von Polymeren als Rohmaterial, sowohl in den angeführten Beispielen als auch den Ansprüchen, vorgeschlagen wird, die Aufbereitung also eindeutig nicht der Erhöhung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Fasern dient.

Auch im Patent US 3935924 A scheint es lediglich um kohlefaserverstärktes Feinpapier mit etwas erhöhten Bindeeigenschaften zur Lautsprechermembran¬ herstellung zu gehen.

In all diesen genannten Patenten wird ausschließlich reine Zellulose, nicht aber billige Rohfasern oder andere Pflanzenteile verwendet, Refiner werden allenfalls zur Kürzung von Zellulosefasern herangezogen, um Prozesstauglichkeit für die weitere Aufbereitung z.B.: in einem „high pressure homogenizer" zu erreichen. Dieser Hochdruckaufschluß in einer Expansionsdüse bedingt völlig andere Fraktionszusammensetzungen und Defibrillationsgrade. So auch in der GB 2066145 A. Der nach diesem Verfahren hergestellte Brei hat wesentlich gerin¬ gere Bindungseigenschaften. Bezeichnenderweise wird der Brei auch lediglich zur Verstärkung von Papier, nicht aber zur Bindung von Holzersatzprodukten wie etwa Möbelplatten, oder nach Trocknung, als Kunststoffersatz, vorgeschla¬ gen. Eine, wie in Tabellee IX dieser Patentschrift vorgeschlagene Zugabe um 40% von, nach unserem Verfahren hergestelltem, hochaufbereitetem Mikrobrei, verleiht dem Papier Eigenschaften eines Holzfurniers , viel zu hart für Papier, spröde und in dieser Funktion unbrauchbar. Auch daraus läßt sich der Schluß ableiten, daß wesentlich Unterschiede zum vorliegenden Patent bestehen.

Im Gegensatz zu den, in diesen Patenten vorgeschlagenen, läßt das hier vorlie¬ gende Verfahren für die angestrebten Anwendungen wirtschaftliche Umsetzung zu, sowohl was den Aufwand bei der Aufbereitung betrifft, als auch bei den Möglichkeiten der Rohstoffwahl, der Entwässerungszeiten sowie der vorge¬ schlagenen Verfahrenswege zur Prtoduktumsetzung, Darüber hinaus bedingt der, nach diesem Verfahren hergestellte Mikrofaserbrei Werkstücke mit

Festigkeitswerten, die bei geeigneter Rohstoffwahl und entsprechender Aufbe¬ reitung, ohne jede Anwendung von Binde-oder-Zuschlagsmitteln oder äußeren Drücken, jene von Harthölzern übertreffen können und auf diese Weise spezifi¬ sche Gewichte von bis zu 1 ,5 erreichen. Auch die leichten und porösen Varian- ten verfügen über ausgezeichnete Festigkeitswerte.

Man erreicht dies durch anhaltendes Mahlen, Zerkleinern und Deflbrillieren der Zellulosefaser oder zellulosehältigen Faser im Refiner, wobei bei einem Laborrefiner RO-Escherwys ein Gesamtenergieaufwand von mindestens 0,5 kWh/kg, idealerweise jedoch 2 - 2,5 kWh/kg notwendig ist (zur Ermittlung der tatsächlichen Mahlleistung muß die Leerlaufleistung von der Gesamtenergie¬ aufnahme abgezogen werden; so ergibt sich etwa bei Benützung von Maschinen höherer Leistung oder bei Verwendung anderer geeigneter Faserzerkleinerungs¬ und Defibrillierungsgeräte ein anderes Verhältnis von Leerlaufleistung zu Mahl- leistung und die oben definierte Gesamtenergieaufnahme muß entsprechend adaptiert werden), und so ein formbarer Microfaserbrei verschiedenster Faser¬ längen und kleinster Fibrillengrößen entsteht, der die Eigenschaft besitzt, ohne Zugabe von Klebstoffen oder ehem. Hilfsmitteln und ohne Anwendung von Druck, nur durch Trocknung und der damit verbundenen Schrumpfung, zu ei- nem ökologischen, nachverformbaren Faserwerkstoff hoher Dichte (bis zu einem spezifischen Gewicht von 1 ,5) und Festigkeit auszuhärten.

Nach der Mahlung angewandte äußere Drücke und Kräfte dienen vor allem der rascheren Vorentwässerung, der Formung und dem in Form halten und sind keine Prämisse zum Erreichen hoher Festigkeiten des Werkstoffes. Darüber hinaus steuern Variationen der eingesetzten Faserrohstoffe, der Mengen an Mahlenergie und der gewählten Mahlwerkzeuge, aber auch die verwendeten Methoden für Vorentwässerung, Formung und Trocknung, sowohl Festigkeiten und Werkstoffdichten als auch strukturelle Faseranordnungen der Werkstücke aus. Festigkeit , Härte und Formbarkeit des Werkstoffes nehmen mit anwachsen¬ der Verfeinerung der Zellulosefaserstruktur zu. Allerdings kann bei extremer Faserzerkleinerung eine Armierung mit längeren Fasern (Zugabe von vorzugs¬ weise unter 15 % Trockensubstanz) die Festigkeit noch weiter erhöhen. Größte Festigkeiten lassen sich durch extrem fein gemahlenen Microfaserbrei, der von einem dünnen Netz von Fasern verschiedenster Länge in ausgewogener Faser längenverteilung armiert ist, erzielen. Dabei sorgt der extrem fein vermahlene Microfaserbrei für gute Bindungs - aber auch gute Fluß - und damit Formungs¬ eigenschaften, die Armierung verteilt Druck - Zug - oder Scherkräfte auf größe- re Bereiche und verhindert kurzen Bruch auf kleiner Fläche.

Verarbeitung :

Die Plastischen Eigenschaften des Microfaserbreis sind direkt von dessen Was¬ sergehalt abhängig.

Ein Trockensubstanzgehalt an Microfaser zwischen 1 - 15 % eignet sich vorzüglich zum Pumpen in wasserdurchlässige Formen (Schritt I). Microfaserbreie dieser Konsistenz können aber auch in starre, undurchlässige Formen gepreßt, ge¬ stanzt oder gewalzt werden, insbesonders Faserbreie höherer Stoffdichten sind für diese Verfahren prädestiniert (Schritt 2).

Um maßgenaue Produkte herzustellen, kann beispielsweise folgender Verfahrensablauf gewählt werden: Schritt I , dann die Stoffdichte in Rohling bzw. Platte durch einfache Trocknung erhöhen, anschließend Schritt 2. Dieser Schritt kann je nach gewünschter Maßgenauigkeit bei fortschreitender Trocknung in - der Schrumpfung entsprechend verkleinerten Formen - auch mehrmals wieder- holt werden. Oder Schritt 2, anschließend wieder Schritt 2 wie oben, gegebe¬ nenfalls auch mehrfach. Schritt 2 kann, nach entsprechender Vorentwässerung, etwa in einer Schneckensiebpresse oder anderen geeigneten Vorrichtung, auch bei sehr hohen Stoffdichten, je nach gewünschter Form des Werkstückes, gege¬ benenfalls bis zu 90 % Trockensubstanzgehalt durchgeführt werden. 0

Für Hohlkörper, insbesondere größere Hohlkörper, empfiehlt sich ein Dorn, der in dem Rohling positioniert wird und ihn während der Trocknung in Form hält. Auf diese Weise können Gehäuse und Behältnisse aller Art, von der Film¬ dose bis zum Möbelstück gefertigt werden. 5

Der Werkstoff läßt sich vor Beendigung der Trocknung oder aber, nach der Trocknung und erneuter Befeuchtung, auch nachverformen. So können trocke¬ ne Platten, bzw. Formrohlinge mehrere Stunden bis Tage (abhängig von der Dicke und der erwünschten Größe der Verformung) in einer Klimakammer mit θwasserdampfgesättigter Luft - eventuell auch durch direktes Wasserbad - wiederbefeuchtet werden. Der Werkstoff nimmt dabei Wasser auf und wird plastisch, biegsam und verformbar. Er läßt sich mit geeigneten Vorrichtungen formen, biegen, prägen, walzen, stanzen, etc. Durch einfache Trocknung härtet der Formung danach zur vorigen Dichte, Fe- 5stigkeit und Härte aus. Bei niederen Stoffdichten können Platten, Profile und dergleichen mehr in kon¬ tinuierlichen Fertigungsstrassen, mit einer Vorentwässerungsstrecke und / oder anschließender Trocknungsstrecke, aber auch in Chargen, erzeugt werden. Auch Strangpressen, die von höheren Stoffdichten ausgehen führen zum gewünschten 0 Ergebnis.

Das Werkstoffgewicht kann vom spezifischen Gewicht der Zellulose selbst ( ca. 1 ,5 ) durch Einschluß von Luft- oder anderen Gasbläschen, aber auch generell durch Einschluß von leichten Zuschlagstoffen kontinuierlich herabgestzt wer¬ den. Dies ist möglich, bis eine Leichtigkeit, die unterhalb der von Verpackungs- s styropor liegt, erreicht ist. Das Spektrum von Dichte und Festigkeit reicht also von Werten, die etwa bei glasfaserverstärkten Kunststoffen liegen, über holz¬ ähnliche Eigenschaften (Bereich: zwischen harten Tropenhölzer und Balsaholz), bis zu hochporösen Leichtmaterialien mit sehr guter Isolierfähigkeit. Der Gaseinschluß kann durch verschiedene Arten von Schäumen (Verwirbelung O oder Injektion von Luft durch Düsen oder ähnliche Einrichtungen), Beigabe von Treibmitteln, Gärung u.a. mehr, aber auch etwa durch (teilweises) Sperren der Schrumpfung mit Hilfe von Armierungen, durch unvollständiges Aufmahlen des Faserbreies, durch Gefrierverfahren, Überhitzen etc. erreicht werden. Der Übergang von diesen Leichtwerkstoffen zum dichten Hartwerkstoff wird s dabei durch Variation von Mengen - und / oder -Temperaturparametern beim Gefrieren, gegebenenfalls auch bei der Trocknung, kontinuierlich gestaltet.

Füllstoffe können durch einfaches Beimischen (am besten bei niederen Stoff- dichten) vor oder nach der Mahlung, wobei auf sorgfältige Verteilung zu achten oist, in jedem Fall aber vor Beendigung der Trocknung, zugefügt werden. Über die verschiedensten Füllstoffe, die in die Matrix des Grundwerkstoffs aus Microfasern eingebaut werden können, aber auch über die Rohstoffwahl lassen sich unterschiedlichste Werkstoffeigenschaften bedingen : So können etwa zur Brandhemmung Silikate zugefügt werden, zur Erhöhung mechanischer 5 Gleitfähigkeit, aber auch elektrischer Leitfähigkeit eignet sich Grafit, über Farb¬ stoffe kann die ästhetische Wertigkeit variiert und erhöht werden, der Werk¬ stoff kann schwerer oder leichter, isolierend oder gut wärmeleitend usw. ge¬ staltet werden. Über die Mengenverhältnisse dieser Stoffbeimengungen werden die gewünschten Werkstückeigenschaften erzielt. 0

Auch können die verwendeten Pflanzen oder Fasern in verschiedensten Mengenanteilen mehr oder minder aufbereitet werden und Teile davon (die höher aufbereiteten) können als Bindemittel fungieren, andere (die minder aufbereiteten) als Armierung und Entwässerungsfilz. Über Mengenanteile, den 5 jeweiligen Aufbereitungsgrad sowie durch die mechanisch herbeigeführte Annä¬ herung der Faserteilchen vor Beginn der Trocknung werden Festigkeit, spezifi¬ sches Gewicht, Isolationswert und andere technische Eigenschaften eingestellt.

Alle diese aus dem Microfasergrundwerkstoff abgeleiteten „Sekundär- 0 Werkstoffe" , die, durch Beimengungen, Rohstoffwahl und Prozessvariationen in oben angeführter Weise hergestellt werden können, sind ebenfalls Anspruch des hier dargestellten Patentes.

Beispiel I

Hanffaser wird in wässriger Lösung (8 % Trockensubstanz) so lange gemahlen, bis der Microfaserbrei puddingartige Konsistenz aufweist. Dieser Microfaserbrei wird in durchlässige Formen gepumpt und auf 25 % Trockensubstanz entwäs- s sert. Der Körper wird anschließend auf bis zu 85 % Trockensubstanz getrocknet um danach in einer entsprechenden Prägeform seine Gestalt zu erhalten.

Beispiel 2

Altpapier wird in wässriger Lösung (7 % Trockensubstanz) so lange gemahlen, ιo bis Microfaserpudding entsteht. Dieser wird in einer Schneckensiebpresse zu einem Strang von 40 % Trockensubstanz, gegebenenfalls, je nach gewünschter späterer Formgebung, auch zu wesentlich höherer Stoffdichte vorentwässert.

Der so erhaltene Feststoffbrei wird in eine Form gepreßt und nach einer

Zwischentrocknung auf bis zu 90 % Trockengehalt, gegebenenfalls ein oder is mehrere Male nachgeprägt. Die so erhaltenen Formteile werden anschließend fertiggetrocknet

Beispiel 3

Hanfstroh wird nach Kürzung zur Prozeßtauglichkeit in wässriger Lösung (6 %

20 Trockensubstanz) so lange gemahlen bis ein puddingartiger Stoff entsteht. Die¬ ser wird (eventuell nach Vorentwässerung auf 40-60 % und/oder während fort¬ fahrender Walzung) zu festen Platten mit 75 - 90 % Trockensubstanz getrocknet. Anschließend wird die Platte entweder für direkte Plattenanwendung fertig¬ getrocknet oder es werden mit Stanz - u.- Prägewerkzeugen aus dieser Platte

25 Brillen, Wegwerfgeschirr- & Besteck, Schalen. Kassetten, Relieftüren etc. gefer¬ tigt.

Beispiel 4

Zellulose, Altpapier oder Baumwollnachschnitt wird in wässriger Lösung (5 30 %Trockensubstanz) so lange gemahlen bis ein puddingartiger Microcellulosef serbrei entsteht. Dieser Brei wird in eine durchlässige Form, in der sich ein Trockendorn befindet, gepumpt und kurz entwässert. Nach erfolg¬ ter Trocknung am Dorn erhält der Rohling, mit ca.80% Trockensubstanz, in einer Metallprägeform seine endgültige Gestalt.

Beispiel 5

Hanfstroh oder Altpapier wird in wässriger Lösung (7 % Trockensubstanz) so lange gemahlen bis Microfaserpudding entsteht. Dieser wird zu einer dicken Platte geformt und - gegebenenfalls nach Vorentwässerung - durch Gas- s einbringung geschäumt. Anschließend wird auf Ober- und -Unterseite der Platte eine dünne Schicht ungeschäumten Microfaserbreis aufgetragen und das Form¬ stück, welches zwecks Formstabilität zwischen luftdurchlässige Gitter gespannt wird, oder in einem Trocknungstunnel durch Walzung in Form gehalten wird, bei 40 - 90° C getrocknet. Die so entstandene Mehrschichtplatte ist leicht, gut

IO isolierend, zugleich auch fest und besitzt harte Oberflächen.

Beispiel 6

50 % Hanffaser,48 %Hanfzellulose & 2 % Erdpigment werden in wässriger Lö¬ sung (8 % Trockensubstanz) solange gemahlen bis ein puddingartiger Faserbrei is entsteht. Dieser Brei wird nun - mit Lagen von Hanfasern (Faserlänge: 1 ,0cm- 30,0cm, 10 % der Gesamttrockensubstanz) armiert - auf eine kugel- schalenförmige Parafmform aufgetragen. Nach erfolgter Trocknung und Aushär¬ tung wird der Formteil aufgebohrt, der Parafinkörper anschließend durch Er¬ wärmung ausgeschmolzen. Auf diese Weise können Hohlkugeln und ähnliche 0 Formteile großer Festigkeit erzeugt werden.

Beispiel 7

Hanfstroh oder Hanfschäben werden Prozesstauglich gekürzt, anschließend wird 1/3 der Pflanzenmasse hochaufbereitet, 1/3 mäßig aufbereitet, 1/3 lediglich 5 leicht defibrilliert und alle Anteile danach wieder homogen durchmischt. Das erste Drittel bildet die "Klebstoffmatrix", das zweite Drittel einen "Vernetzungs - u.- Entwässerungsfilz", das dritte Drittel dient als "Sperr - u.- Füllstoff' sowie als Armierung. Durch Erhöhung der hochaufbereiteten Anteile wird der Werk¬ stoff holzartig, fester und dichter, durch Reduktion des Aufbereitungsgrades 0 bzw. der hochaufbereiteten Mengenanteile leicht, porös sowie wärme - und - schalldämmend. Es können aus diesem Faserbrei Platten aller Art sowie Rohlin¬ ge und Formteile, Gehäuse, Verpackungen, etc. erzeugt werden. Bei der Schäbenvariante sind kaum Langfaseranteile vorhanden, sie können bei etwaigem Armierungsbedarf zu nicht allzu hohen prozentuellen Anteilen zuge- 5 fügt werden.