DE10151386A1

DE10151386A1 - Zusammensetzung für die thermoplastische Verarbeitung zu Formkörpern und Verfahren zur Herstellung einer solchen Zusammensetzung

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Publication number: DE10151386A1
Application number: DE2001151386
Authority: DE
Original assignee: Tecnaro Gesellshaft zur Indust Anwendung Nachwachsender Rohstoffe mbH
Current assignee: Tecnaro Gesellshaft zur Indust Anwendung Nachwachsender Rohstoffe mbH
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2021-10-19
Also published as: DE10151386C2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung auf der Basis von Lignin oder dessen Derivaten und Naturfasern sowie gegebenenfalls geringen Mengen an Zusatzstoffen für die thermoplastische Verarbeitung zu Formkörpern. Um eine extrudierbare und insbesondere spritzgießfähige Zusammensetzung zu erhalten, ist als Verarbeitungshilfsmittel Wasser mit einem Anteil zwischen 1 und 20 Masse-%, insbesondere zwischen 5 und 15 Masse-%, bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung, vorgesehen. Die Zusammensetzung kann pulver- bzw. partikelförmig oder insbesondere auch zu einem granulatförmigen Zwischenprodukt für die thermoplastische Weiterverarbeitung zu Kunststoff-Formkörpern verpreßt sein. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Zusammensetzung vorgeschlagen, indem die pulver- oder partikel- bzw. faserförmigen Komponenten gemischt und befeuchtet und zu Agglomeraten verpreßt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung auf der Basis von Lignin und/oder dessen Derivaten und Naturfasern sowie gegebenenfalls geringen Mengen von Zusatzstoffen für die thermoplastische Verarbeitung zu Formkörpern sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Zusammensetzung.
Durch die thermische Verwertung von Mineralölen zur Energiegewinnung bzw. deren Synthese zu Kunststoffen steigt der Kohlendioxidgehalt (CO₂) in der Erdatmosphäre stetig an. Der steigende CO₂-Gehalt in der Atmosphäre wird zum Teil für den globalen Treibhauseffekt und die daraus resultierenden Klimaverschiebungen auf der Erde mitverantwortlich gemacht. Um die Akkumulation von CO₂ in der Atmosphäre eindämmen zu können, ist es notwendig, den CO₂-Kreislauf zu schließen. Dies bedeutet, daß nur soviel CO₂ in einem bestimmten Zeitraum in die Atmosphäre abgegeben werden sollte, wie die Natur in dem selben Zeitraum in der Lage ist, CO₂ durch Photosynthese wieder neu in organische Feststoffe zu überführen. Bei synthetischen, aus Mineralöl gewonnenen Kunststoffen ist das Gegenteil der Fall. Werkstoffe aus synthetischen Kunststoffen können nach ihrem Nutzungszeitraum nicht CO₂-neutral entsorgt werden, da mehr Kunststoffabfälle verbrannt werden, als Mineralöl für die Synthese neu gebildet werden kann. Dies hat zwangsläufig eine CO₂- Akkumulation in der Atmosphäre zur Folge.

Den größten Anteil innerhalb der synthetischen Kunststoffe haben die Thermoplaste. Diese werden auf Extrudern, Spritzgießmaschinen oder Warmformpressen unter Energieeinwirkung entweder in Form von Wärme oder von Friktion in einen plastischen Zustand überführt und in Matrizen oder Werkzeugen zum gewünschten Formteil geformt. Gelänge es nun, einen Werkstoff zu generieren, der ausschließlich aus schnell nachwachsenden Rohstoffen gewonnen und außerdem auf herkömmlichen thermoplastischen Verarbeitungsmaschinen zu verarbeiten ist, ergäbe sich eine in ökologischer und ökonomischer Hinsicht wesentlich günstigere Bilanz.

Aus der Natur sind eine Reihe von Werkstoffen bekannt, die für solche Anwendungen geeignet wären. Hierzu gehören insbesondere die Lignine bzw. deren Derivate, welche sich jedoch in reiner Form nur verhältnismäßig schlecht durch Extrudieren und praktisch gar nicht durch Spritzgießen verarbeiten lassen und zu diesem Zweck den Zusatz von Verarbeitungshilfsmitteln erfordern. Andererseits zeichnen sich Lignine bzw. dessen Derivate durch im Vergleich mit anderen Naturpolymeren merklich bessere Werkstoffeigenschaften aus, wie eine vergleichsweise hohe Festigkeit, Steifigkeit, Schlagzähigkeit sowie eine hohe Beständigkeit gegenüber UV- Strahlung. Weiterhin sind Ligninwerkstoffe geeignete Dämmittel zur Wärme- und Schallisolierung. Lignin ist ein hochmolekulares polyphenolisches Makromolekül, das in verholzenden Pflanzen die Räume zwischen den Zellmembranen ausfüllt und zu Holz werden läßt, wobei ein Mischkörper aus druckfestem Lignin und zugfester Cellulose entsteht. Lignin fällt in großen Mengen als Nebenprodukt bei der Zellstoffgewinnung an und ist somit in großen Mengen verfügbar. Hierbei entstehen beim Aufschluß von Holz Ligninsulfonsäuren als Bestandteil der Sulfitablaugen, in denen die Ligninsulfonsäuren als Phenolate ("Alkalilignin") gelöst sind. Durch Behandlung mit Schwefelsäuren und Kohlendioxid kann die Ligninsäure ausgefällt werden.

Die EP 0 720 643 B1 beschreibt ein gegebenenfalls Naturfasern enthaltendes Naturstoffgranulat, das aus Alkalilignin und Proteinen bzw. Proteinderivaten hergestellt und aus einer stereochemischen Modifikation durch Behandlung mit organischen Säuren, insbesondere Essigsäure, hervorgeht und thermoplastisch zur Formteilen verarbeitbar ist. Dieses Material ist verrott- und kompostierbar, neigt jedoch aufgrund des Proteingehalts zur Schimmelbildung. Ferner lassen sich Zusammensetzungen mit verhältnismäßig hohem Ligningehalt nicht oder nur schlecht durch Spritzgießen zu Formteilen verarbeiten. Entsprechendes gilt für eine biologisch abbaubare Zusammensetzung aus Lignin, einem Protein und gegebenenfalls einem synthetischen thermoplastischen Polymer sowie diversen Zusatzstoffen gemäß der WO 98/06785 A1.

Der DE 198 52 034 C1 ist eine Zusammensetzung zur Herstellung von Formkörpern entnehmbar, die aus polymerem Lignin, Schellack und Naturfasern besteht. Der Schellack dient hierbei als natürliches Verarbeitungshilfsmittel, wobei die guten filmbildenden Eigenschaften zu günstigen Verarbeitungseigenschaften der Zusammensetzung auf thermoplastischen Verarbeitungsmaschinen beitragen. Nachteilig ist insbesondere, daß Schellack durch die aufwendige Gewinnung verhältnismäßig teuer ist. Schellack wird von der weiblichen Lackschildlaus "Kerria lacca" zum Schutz des Geleges gegen äußere Witterungseinflüsse produziert und ist insbesondere im südasiatischen Raum verfügbar, indem das die Zweige der Wirtspflanzen in dicken Schichten bedeckende Sekret der Lackschildlaus entfernt, zerkleinert und von Pflanzenresten befreit wird. Der auf diese Weise gewonnene sogenannte Stocklack wird in alkalischer Lösung gewaschen und getrocknet und aus dem hieraus erhaltenen sogenannten Körnerlack der eigentliche Schellack als wachshaltiges oder wachsfreies Harz auf verschiedene Weise, z. B. durch Schmelzfiltration, isoliert. Wachsfreier Schellack wird alternativ auch durch Lösungsmittelextraktion gewonnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein umweltfreundliches, gesundheitlich unbedenkliches und kostengünstiges Verarbeitungshilfsmittel für eine Zusammensetzung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches der Zusammensetzung einwandfreie Verarbeitungseigenschaften auf thermoplastischen Verarbeitungsmaschinen verleiht und die Zusammensetzung insbesondere auch spritzgießfähig macht. Sie ist ferner auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Zusammensetzung gerichtet.

Der erste Teil dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Zusammensetzung der eingangs genannten Art durch einen Anteil von Wasser zwischen 1 und 20 Mass.-% bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung gelöst.

Völlig überraschend wurde gefunden, daß durch den Einsatz von Wasser als Verarbeitungshilfsmittel mit einem Anteil zwischen 1 und 20 Mass.-%, vorzugsweise zwischen 5 und 15 Mass.-% und insbesondere zwischen 8 und 12 Mass.-% bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung mit Naturfasern, Ligninen und/oder Ligninderivaten sowie gegebenenfalls geringen Mengen an Zusatzstoffen die Herstellung von thermoplastisch verarbeitungsfähigen Compounds mit hervorragenden Werkstoffeigenschaften, wie einer hohen Oberflächenhärte, Abriebfestigkeit, UV-Beständigkeit etc., möglich ist. Die Zusammensetzung ist auf thermoplastischem Weg sowohl mittels Pressen als auch insbesondere mittels Extrudern oder Spritzgießmaschinen zu Formkörpern verarbeitbar. Die gute Verträglichkeit des Lignins und dessen Derivaten mit Additiven und Zusatzstoffen ermöglicht eine Beimischung nahezu beliebiger bekannter Zusatzstoffe, wie Antioxidantien, Weichmachern, Farbstoffen und Pigmenten oder dergleichen. Mit "Trockenmasse" ist die nach Trocknung der Ausgangskomponenten der Zusammensetzung erhaltene Masse gemeint, auf die der Wasseranteil bezogen ist. Die Bestimmung der Trockenmasse geschieht in der Regel durch kontinuierliches Wiegen der Ausgangskomponenten bei erhöhter Temperatur unter Verflüchtigung der gegebenenfalls enthaltenen flüchtigen Komponenten, wobei nach vollständiger Verflüchtigung das - konstantbleibende - Gewicht der Trockenmasse erhalten wird.

Die Erfindung geht einen auf dem Gebiet der thermoplastischen Verarbeitung von Polymeren völlig neuen Weg. Bisher mußten die polymeren Ausgangsmischungen einen hohen Trocknungsgrad aufweisen und deshalb vor der Verarbeitung einem Trocknungsprozeß unterworfen oder das plastifizierte Polymer, z. B. in speziellen Entgasungszonen von Extrudern, nachgetrocknet werden, um eine Bläschenbildung in dem Plastifikat und daraus resultierende Lunker am fertigen Formteil zu vermeiden. Es wird vermutet, daß bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung das hohe Wasseraufnahmevermögen der Naturfasern sowie die freien funktionellen Gruppen, insbesondere Hydroxygruppen, des Lignins bzw. dessen Derivate das zugesetzte Wasser zumindest adsorptiv soweit binden, daß selbst bei Verarbeitungstemperaturen weit über 100°C die Bildung größerer Dampfeinschlüsse zuverlässig vermieden wird. Die Zugabe von Wasser als Verarbeitungshilfsmittel sorgt für eine verminderte Viskosität der Zusammensetzung, was eine Reduzierung der mechanischen und thermischen Beanspruchung der Mischungskomponenten mit sich bringt. Ferner sind gesundheitsbedenkliche Emissionen während der Verarbeitung weitgehend ausgeschlossen. Schließlich ist eine größtmögliche Umweltfreundlichkeit und eine gute Rezyklierbarkeit sichergestellt, da die thermoplastische Zusammensetzung vollständig aus nachwachsenden Rohstoffen besteht.

Je nach den geforderten Werkstoffeigenschaften des aus der Zusammensetzung hergestellten Formteils kommen im Prinzip beliebige Naturfasern in Frage, wobei die Naturfasern aufgrund ihrer verhältnismäßig hohen Festigkeit vorzugsweise aus der Gruppe Hanf-, Flachs-, Kenaf-, Sisal-, Kokos-, Ramie-, Miscanthus-, Nessel-, Baumwoll-, Cellulose-, Palm-, Schilfgras- und Holzfasern ausgewählt sind.

Die Naturfasern können als Kurzschnitte und/oder in partikulärer bis mehlartiger Konsistenz beigemischt sein und insbesondere Abmessungen zwischen etwa 10 µm und 10 mm aufweisen.

Aus Kostengründen können zusätzlich Füllstoffe vorgesehen sein, wobei aus Gründen der Umweltfreundlichkeit mit Vorzug natürliche Füllstoffe, insbesondere mineralische Füllstoffe, wie Magnesiumsilikate (Talkum), Kieselerde bzw. ihre Derivate, Gesteinsmehl, Calciumcarbonate (Kalk) oder dergleichen, oder organische Füllstoffe auf der Basis nachwachsender Rohrstoffe, wie Reishülsen, Chitin (z. B. aus Fischereiabfällen) oder dergleichen, eingesetzt werden können. Die Füllstoffe dienen, wie bereits erwähnt, vornehmlich zur Kostensenkung der Zusammensetzung, aber auch - insbesondere im Falle von Füllstoffen auf der Basis nachwachsender Rohstoffe - zum sinnvollen Rezyklieren organischer Abfälle.

In Weiterbildung ist vorgesehen, daß als Zusatzstoffe an die funktionellen Gruppen des Lignins und/oder dessen Derivate bindende chemische Modifizierungsmittel, insbesondere Vernetzungsmittel, mit einer Aktivierungsenergie im Bereich oder oberhalb des Schmelzpunktes des eingesetzten Lignins und/oder dessen Derivate vorgesehen sind. Hierfür kommen insbesondere Modifizierungs- und Vernetzungsmittel in Frage, welche an Carboxy- und Hydroxygruppen der Lignine bzw. der Ligninderivate binden, welche auf diese Weise leicht härtbar und chemisch breit modifizierbar sind. Je nach Aktivierungsenergie der eingesetzten Modifizierungs- und/oder Vernetzungsmittel ist somit der Modifizierungs- bzw. Vernetzungsgrad des aus der Zusammensetzung hergestellten Formkörpers durch die Verarbeitungstemperatur steuerbar.

Für die Herstellung geschäumter Formkörper kann die Zusammensetzung als Zusatzstoffe auch physikalische und/oder chemische Treibmittel, insbesondere mit einer Aktivierungstemperatur im Bereich oder oberhalb des Schmelzpunktes der eingesetzten Lignine bzw. Ligninderivate, z. B. Natriumbicarbonat (Na₂CO₃) oder dergleichen, enthalten. Im Falle von Treibmitteln mit einer Aktivierungstemperatur oberhalb des Schmelzpunktes des eingesetzten Naturpolymers ist somit der Schäumungsgrad des Formkörpers durch die Verarbeitungstemperatur steuerbar.

Das Lignin und/oder dessen Derivate kann/können einerseits partikelförmig, insbesondere pulverförmig sein, wobei der Partikeldurchmesser beispielsweise zwischen 1 und 100 µm beträgt.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Zusammensetzung zu einem granulatförmigen Zwischenprodukt verpreßt ist, welches für die Weiterverarbeitung zu Kunststoff-Formkörpern durch thermoplastische Verarbeitungsverfahren verwendbar ist. In diesem Fall enthält die Zusammensetzung als Zusatzstoffe vorzugsweise bis zu 5 Mass.-%, insbesondere bis zu 2 Mass.-%, Öl- und/oder Fettsäuresalze, wie Laurate, Myristate, Palmitate, Stearate, Oleate, Sorbate, Linolate, Linoelate oder dergleichen, wodurch die Kompaktierfähigkeit der Zusammensetzung verbessert wird.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zu Herstellung einer Zusammensetzung aus partikelförmigem Lignin und/oder dessen Derivaten, Naturfasern, gegebenenfalls geringen Mengen an Zusatzstoffen und Wasser für die Weiterverarbeitung zu Kunststoff-Formkörpern durch thermoplastische Verarbeitungsverfahren, indem das Lignin und/oder dessen Derivate und die Naturfasern sowie gegebenenfalls die Zusatzstoffe gemischt und im Fest- oder Wirbelbett mit Wasser befeuchtet bzw. benetzt werden, wobei ein Anteil von Wasser zwischen 1 und 20 Mass.-% bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung eingestellt wird. Der Anteil von Wasser wird bevorzugt zwischen 5 und 15 Mass.-%, insbesondere zwischen 8 und 12 Mass.-% bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung eingestellt. Grundsätzlich können auch ungetrocknete Naturfasern und/oder Lignine bzw. Ligninderivate mit einem gewissen Feuchtegehalt eingesetzt werden, wobei ein Gesamtanteil von Wasser in dem genannten Intervall einzuhalten ist.

In den meisten Fällen sind thermoplastische Polymere in Granulatform erwünscht, um auf Spritzgießmaschinen oder Extrudern zu Formkörpern verarbeitet zu werden. Zu diesem Zweck muß das Polymer vom Rohstoffhersteller zunächst in die rieselfähige Granulatform gebracht werden, damit es mit herkömmlichen Einrichtungen gefördert, gelagert und anschließend prozeßsicher dosiert und verarbeitet werden kann. Die Granulierung erfolgt zumeist auf Extrudern durch Aufschmelzen des Polymers, anschließendes Formen und Abkühlen des erzeugten Granulates. Dieser Prozeß verbraucht Energie und erfordert eine sorgfältige Temperatursteuerung, um die Molekularstruktur des Polymers nicht zu schädigen. Bei der Verarbeitung zum Formkörper wird das Granulat erneut aufgeschmolzen und wiederum thermisch beansprucht. Bei der herkömmlichen Extrusion zum Rohgranulat bzw. des Rohgranulates zum Formkörper sind ferner nur Faserfüllgrade bis zu maximal 65 Mass.-% zu erreichen, wobei insbesondere im Falle des Einsatzes von Naturfasern die Gefahr einer thermischen Beeinträchtigung derselben besteht, da die Fasern einerseits bei der Plastifizierung des Polymers anläßlich der Granulierung, andererseits bei der Weiterverarbeitung des Granulates zu dem Formkörper thermischer Belastung ausgesetzt sind.

Aus diesen Gründen sieht eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß die befeuchtete bzw. benetzte Partikelmischung ausschließlich unter mechanischem Druck ohne Plastifizieren des Polymers zu einem Granulat mit größerer Korngröße kompaktiert wird.

Überraschenderweise haben praktische Versuche gezeigt, daß solchermaßen hergestellte Agglomerate ausreichend formstabil und abriebfest sind, um als rieselfähiges Zwischenprodukt gefördert, verpackt, dosiert und in der herkömmlichen Weise durch beliebige thermoplastische Verarbeitungsverfahren, wie Extrudieren, Spritzgießen oder dergleichen, zu Kunststoff-Formkörpern verarbeitet werden zu können. Dabei können die Agglomerate als Masterbatch ungefüllten Polymeren zugesetzt oder direkt zu Formkörpern verarbeitet werden. Der gewünschte Feuchteanteil läßt sich durch die kalte Kompaktierung einfacher und exakter einstellen als bei der herkömmlichen Granulierung unter Plastifizieren des Polymers. Praktische Untersuchungen haben ferner gezeigt, daß sich mit dieser Preßagglomeration erheblich höhere Füllgrade an Naturfasern erreichen lassen, die einen Massenanteil von bis zu 95% bezogen auf die eingesetzte Partikelmischung einnehmen können, ohne daß die Bindung zwischen natürlichem Polymer und Naturfasern nennenswert beeinträchtigt wird. Vielmehr wird die Formstabilität der solchermaßen erhaltenen Granulate durch das als Verarbeitungshilfsmittel bei der späteren thermoplastischen Verarbeitung dienende Wasser noch erhöht. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, den Ligninen bzw. Ligninderivaten hohe Anteile von Naturfasern zuzusetzen, was mit einer erheblichen Kostenersparnis durch Substitution eines größeren Anteils der in der Regel teureren Polymere durch Fasern verbunden ist. Mit den herkömmlichen Verfahren lassen sich hingegen Füllgrade nur bis maximal 65 Mass.-% verwirklichen.

Vorzugsweise wird die Partikelmischung mit einer auch mit "Linienkraft" bezeichneten spezifischen Anpreßkraft zwischen 5 kN/cm und 100 kN/cm kompaktiert. Solche Drucke lassen sich problemlos in Formpressen, Schnecken- oder Walzenpressen verwirklichen, wodurch geformte Agglomerate erhalten werden, ohne diese zu plastifizieren.

Beim kontinuierlichen Schnecken- oder Walzenpressen läßt sich das erhaltene Material je nach Konsistenz durch einfache Zerkleinerungsvorgänge zu der gewünschten Partikelgröße zerteilen. Statt dessen kann die feuchte Partikelmischung auch mittels Formwalzen zu geformten Agglomeraten kompaktiert werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die feuchte Partikelmischung mittels einer Schneckenpresse zu einem - gegebenenfalls profilierten - Strang zu kompaktieren und den Strang zu den Agglomeraten gewünschter Partikelgröße zu zerteilen.

Je nach Arbeitsweise der für das mechanische Kompaktieren eingesetzten Vorrichtung kann es insbesondere bei höherer Scherbeanspruchung der feuchten Partikelmischung und der dabei entstehenden Reibungswärme notwendig sein, die Partikelmischung während des Kompaktierens zu kühlen, beispielsweise durch Kühlen der mit der Partikelmischung in Kontakt kommenden Vorrichtungsteile. Um jegliche auch nur oberflächige Plastifizierung der eingesetzten Polymere sicher und zuverlässig zu vermeiden, sollte die Partikelmischung auf höchstens 50°C, vorzugsweise höchstens 40°C, gehalten werden. Im Falle des bevorzugten Einsatzes von Walzen bzw. Formwalzen ist insbesondere bei offener Anordnung derselben eine Kühlung in der Regel entbehrlich. Vorteilhaft ist hier die Verwendung von Walzen aus einem Material mit verhältnismäßig hohem Wärmeleitkoeffizient, z. B. Metallen oder Metallegierungen, da die im Vergleich mit Matrizenpressen aufgrund geringerer Scherkräfte ohnehin nur geringe Reibungswärme dann stetig abgeführt wird.

Die feuchte Partikelmischung wird zweckmäßig zu Granulaten mit einer Korngröße zwischen 1 mm und 20 mm kompaktiert. In Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Partikelmischung vor oder während des Kompaktierens bis zu 5 Mass.-%, insbesondere bis zu 2 Mass.-%, Öl- und/oder Fettsäuresalze zugesetzt werden, welche das Kompaktieren der feuchten Partikelmischung erleichtern. Hierbei können vorzugsweise ein- oder zweiwertige Öl- bzw. Fettsäuresalze, wie Natrium-, Kalium-, Magnesium-, Calciumsalze etc. von Öl- bzw. Fettsäuren eingesetzt werden, wobei insbesondere die zweiwertigen Öl- bzw. Fettsäuresalze die Kompaktierfähigkeit verbessern, während die einwertigen Salze auch das Fließverhalten der erhaltenen Granulate positiv beeinflussen.

Es werden zweckmäßig bis zu 80 Mass.-% pulver- oder partikelförmiges Lignin bzw. dessen Derivate und bis zu 95 Mass.-% Naturfasern eingesetzt, wobei die Naturfasern als Kurzschnitte und/oder in mehlartiger Konsistenz mit einer Abmessung zwischen 10 µm und 10 mm eingesetzt werden.

Aufgrund der hohen und preiswerten Verfügbarkeit werden vorzugsweise pulver- oder partikelförmiges Lignin und/oder dessen Derivate aus der Zellstoffindustrie eingesetzt, wobei grundsätzlich sämtliche Lignine bzw. Ligninderivate aus herkömmlichen Zellstoffaufschlußverfahren, wie Ligninsulfonate, Alkalilignin, Kraftlignin, Organosolvlignin, Aquasolvlignin oder dergleichen, geeignet sind.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann in Pulver- oder granulierter Form durch Heißpressen, Spritzgießen, Extrudieren oder beliebige andere thermische Verarbeitungsverfahren zu Formkörpern verarbeitet werden, wobei sie insbesondere überall dort, wo Kunststoffe oder natürlich gewachsenes Holz in Formteilen oder Werkstücken zum Einsatz kommen, z. B. in der Automobil-, Bau-, Möbel-, Verpackungs-, Musik-, Fußboden- oder Elektroindustrie, Verwendung finden kann.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Beispiel 1

Es werden pulverförmige Ligninderivate und natürliche Verstärkungsfasern, z. B. Hanffasern und Holzmehl, mechanisch zu einer homogenen Mischung verarbeitet. Dabei beträgt der Anteil an Hanffasern etwa 20 Mass.-%, der Anteil an Holzmehl etwa 40 Mass.-% und der Anteil an Lignin etwa 40 Mass.-%. Die Komponenten liegen beispielsweise pulver- (Holzmehl) bzw. faserförmig (Hanffasern) vor, so daß eine homogene Vormischung möglich ist. Die Vormischung wird mit etwa 1,5 Mass.-% eines Fettsäuresalzes versetzt und mit Brauchwasser oder demineralisiertem Wasser besprüht, so daß sich ein Wasseranteil von etwa 10 Mass.-% bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung ergibt. Die befeuchtete Mischung wird in einer Strang- oder Walzenpresse mit einer spezifischen Anpreßkraft (Linienkraft) von etwa 10 kN/cm zu einem profilierten Strang agglomeriert. Anschließend wird der Strang in einzelne Agglomerate mit einer Korngröße zwischen 1 mm und 15 mm zerteilt. Das erhaltene Granulat kann anschließend thermoplastisch zu Formkörpern verarbeitet, z. B. auf eine Spritzgießmaschine aufgegeben und in einem Formwerkzeug zu dem Formteil geformt werden.

Beispiel 2

Es werden 70 Mass.-% Ligninpulver aus der Celluloseproduktion mit 30 Mass.-% Hanffasern in kurzgeschnittener Form homogen gemischt und die Vormischung im Wirbelbett mit Wasser befeuchtet, so daß sich ein Wasseranteil von etwa 12 Mass.-% bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung ergibt. Die feuchte Mischung wird zwischen zwei in unterschiedlicher Drehrichtung umlaufenden Walzen mit einer spezifischen Anpreßkraft von etwa 30 kN/cm kompaktiert und das entstehende Material zu rieselfähigen Agglomeraten zerteilt. Das erhaltene Granulat ist mittels beliebiger thermoplastischer Verarbeitungsverfahren zu Formkörpern verarbeitbar.

Beispiel 3

Es werden 20 Mass.-% Ligninpulver mit einer Feuchte von 6% und 80 Mass.-% ungetrocknete Hanffasern mit einer Feuchte von etwa 10% homogen gemischt, so daß sich ein Anteil von Wasser von insgesamt 9,8 Mass.-% bezogen auf die Gesamtmischung einstellt. Die derart erhaltene pulverförmige Zusammensetzung ist direkt thermisch zu Formkörpern verarbeitbar.

Claims

1. Zusammensetzung auf der Basis von Lignin und/oder dessen Derivaten und Naturfasern sowie gegebenenfalls geringen Mengen von Zusatzstoffen für die thermoplastische Verarbeitung zu Formkörpern, gekennzeichnet durch einen Anteil von Wasser zwischen 1 und 20 Mass.-% bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Wasser zwischen 5 und 15 Mass.-% bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung beträgt.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Wasser zwischen 8 und 12 Mass.-% bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung beträgt.

4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu 80 Mass.-% Lignin und/oder dessen Derivate und bis zu 95 Mass.-% Naturfasern enthält.

5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfasern aus der Gruppe Hanf-, Flachs-, Kenaf-, Sisal-, Kokos-, Ramie-, Miscanthus-, Nessel-, Baumwoll-, Cellulose-, Palm-, Schilfgras- und Holzfasern ausgewählt sind.

6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfasern als Kurzschnitte und/oder in mehlartiger Konsistenz beigemischt sind.

7. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfasern eine Abmessung zwischen 10 µm und 10 mm aufweisen.

8. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoffe an die funktionellen Gruppen des Lignins und/oder dessen Derivate bindende chemische Modifizierungsmittel, insbesondere Vernetzungsmittel, mit einer Aktivierungsenergie im Bereich oder oberhalb des Schmelzpunktes des eingesetzten Lignins und/oder der eingesetzten Ligninderivate vorgesehen sind.

9. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoffe physikalische und/oder chemische Treibmittel vorgesehen sind.

10. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lignin und/oder dessen Derivate pulver- oder partikelförmig beigemischt ist/sind.

11. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikeldurchmesser des Lignins und/oder dessen Derivate zwischen 1 und 100 µm beträgt.

12. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu einem granulatförmigen Zwischenprodukt für die thermoplastische Weiterverarbeitung zu Kunststoff-Formkörpern verpreßt ist.

13. Zusammensetzung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat bis zu 5 Mass.-%, insbesondere bis zu 2 Mass.-%, Öl- und/oder Fettsäuresalze enthält.

14. Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung aus partikelförmigem Lignin und/oder dessen Derivaten, Naturfasern und gegebenenfalls geringen Mengen an Zusatzstoffen für die thermoplastische Weiterverarbeitung zu Kunststoff-Formkörpern, indem das Lignin und/oder dessen Derivate und die Naturfasern sowie gegebenenfalls die Zusatzstoffe gemischt und im Fest- oder Wirbelbett mit Wasser befeuchtet bzw. benetzt werden, wobei ein Anteil von Wasser zwischen 1 und 20 Mass.-% bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung eingestellt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Wasser zwischen 5 und 15 Mass.-% bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung eingestellt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Wasser zwischen 8 und 12 Mass.-% bezogen auf die Gesamtmischung eingestellt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die befeuchtete bzw. benetzte Partikelmischung ausschließlich unter mechanischem Druck ohne Plastifizieren des Polymers zu einem Granulat kompaktiert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelmischung mit einer spezifischen Anpreßkraft zwischen etwa 5 kN/cm und etwa 100 kN/cm kompaktiert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelmischung mittels Pressen oder Walzen kompaktiert wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelmischung während des Kompaktierens auf höchstens 50°C, insbesondere höchstens 40°C, gehalten wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelmischung zu Granulaten mit einer Korngröße zwischen 1 mm und 20 mm kompaktiert wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikelmischung vor oder während des Kompaktierens bis zu 5 Mass.-%, insbesondere bis zu 2 Mass.-%, Öl- und/oder Fettsäuresalze zugesetzt werden.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 80 Mass.-% partikelförmiges Lignin bzw. dessen Derivate und bis zu 95 Mass.-% Naturfasern eingesetzt werden.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfasern als Kurzschnitte und/oder in mehlartiger Konsistenz mit einer Abmessung zwischen 10 µm und 10 mm eingesetzt werden.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß partikelförmiges Lignin und/oder dessen Derivate aus der Zellstoffindustrie eingesetzt wird/werden.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß partikelförmiges Lignin und/oder dessen Derivate aus herkömmlichen Zellstoffaufschlußverfahren, wie Ligninsulfonate, Alkalilignin, Kraftlignin, Organosolvlignin, Aquasolvlignin oder dergleichen, eingesetzt wird/werden.