DE3641464A1 - Naturfasern enthaltende waermedaemmplatte sowie verfahren und vorrichtung fuer ihre herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung besteht in einer Wärmedämmplatte aus vermahlenem Papier in einer Mischung mit Naturfasern wie Jute oder dergleichen. Eine derartige Wärmedämmplatte ist z.B. in der nicht vorveröffentlichten Deutschen Patentanmeldung P 35 45 001.0 beschrieben.

Derartige Wärmedämmplatten weisen höchstens unwesentliche Anteile an synthetischen Chemikalien auf, sie sind daher besonders umweltfreundlich und erfüllen moderne baubiologische Erforder­ nisse.

Ein wesentliches Problem bei der Herstellung sind die bisher nicht vermeidbaren Inhomogenitäten im Endprodukt, die einmal die mechanische Festigkeit beeinträchtigen, zum anderen aber auch eine Auflösung des Verbundes bei Lagerung und Transport bewirken. Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, derartige Wärmedämmplatten zu verbessern, insbesondere ihre mechanische Festigkeit zu Erhöhen, die Fasern haltbarer einzubinden und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung hierfür zu schaffen, mit deren Hilfe derartige Platten herstellbar sind.

Die erfindungsgemäße Wärmedämmplatte wird erhalten aus einer Mischung aus auf Flocken von 1 bis 5 mm Kantenlänge zerkleinertem und mit fäulnishemmenden Zusätzen, wie vorzugsweise Boraten, vorbehandeltem Zeitungs- oder ähnlichem, von Oberflächenbe­ schichtungen oder Füllstoffen freiem Papier sowie natürlichen Fasern, vorzugsweise einer Kantenlänge von fünf bis einhundert mm und Leimen und/oder Reaktionshelfern, vorzugsweise pflanzlichen Ursprungs.

Es hat sich durch Versuche überraschenderweise herausgestellt, daß auf die Qualität des Endproduktes die Kantenlänge und die Form des verwendeten Papiers entscheidenden Einfluß ausübt.

Bei einer Zerkleinerung des Papiers auf eine Flocken- oder Plättchenform der obengenannten Kantenlängen entstehen Produkte, die an ihren Kanten eine Vielzahl von Härchen aufweisen, die sich beim Verdichten mit den Naturfasern besonders gut verkrallen und aus denen durch Einwirkung von Wärme und Feuchtigkeit der Ligninbestandteil zur Verklebung mit den Naturfasern besonders gut aktivierbar ist. Dabei stören die z.B. in oder auf Glanzdruckpapieren vorhandenen Füllstoffe und Oberflächenbe­ schichtungen, so daß die verwendeten Papiersorten frei davon sein müssen. Besonders gut hat sich Zeitungspapier (auch in bedruckter Form) bewährt, z.B Qualität "E 12" im Rohstoffhandel.

Die notwendige Zerkleinerung auf Flocken- oder Plättchenform in der notwendigen Größe gelingt besonders gut in einer Hammermühle, wobei der Staubanteil im gemahlenen Produkt besonders gering sein kann. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß Staubanteile die Festigkeit der Dämmplatte herabsetzen und Materialverbrauch vermehren.

Die zu verwendenden Naturfasern sind hinsichtlich ihrer Beschaffenheit weitgehend unkritisch, es kommen insbesonders Jute, Sisal, Baumwolle, Kokos, Flachs, solche aus Recycling- oder Abfallmaterial aus Spinnereien oder aufbereitetes Material aus Stroh oder Holz oder tierische Haare, wie vorzugsweise Wolle infrage, vorzugsweise einer Länge von 5-100 mm. Als Leime und Reaktionshelfer werden vorzugsweise Balsamharze, wie Kolophonium, Stärke- oder Ligninkleber, Kautschuk oder auch Traßzement, Gips, Aluminiumslulfat und Wasserglas eingesetzt. Die Herstellung der Platten kann dabei derart erfolgen, daß die Substanzen gemischt und aufgelockert, in eine Form gegeben, auf das gewünschte Raumgewicht verdichtet und mit Heißluft und/oder Heißdampf behandelt und getrocknet werden.

Insbesondere werden dabei die im Papier enthaltenen Ligninbe­ standteile aktiviert und als Bindemittel ausgenutzt.

Ein besonders effektives Verfahren besteht erfindungsgemäß darin, daß man zunächst Papierflocken und Fasern vormischt, die Mischung in ein Mischgefäß einbläst und Leim bzw. Leim und Reaktionshelfer ggf. in Form einer wäßrigen Lösung dazu im Gegenstrom einträgt, danach die Mischung auflockert, in freiem Fall in eine Formsta­ tion einbringt und verdichtet und anschließend mit Heißluft oder Heißluft und Dampf behandelt und trocknet.

Hierbei werden die Komponenten mit hoher Relativgeschwindigkeit aufeinanderzu bewegt, so daß eine hohe Homogenität der Mischung gewährleistet ist. Die Leime und ggf. Reaktionshelfer können pulverförmig, in erschmolzener Form oder als wäßrige Lösung in den Flocken- und Faserstrom eingedüst und setzen sich im wesentlichen auf den Oberflächen der Teilchen ab.

Durch die notwendigerweise hohen Strömungsgeschwindigkeiten kommt es zu einer gewissen Vorverdichtung und einer Ausrichtung der Fasern, die durch mechanisches Auflockern wieder aufgehoben werden. Das so erhaltene aufgelockerte Produkt wird anschließend in freiem Fall kontinuierlich in die Formstation gebracht und danach verdichtet. Hierdurch wird unter anderem erreicht, daß die Fasern sehr gleichmäßig über den Raum verteilt in der Form liegen und daß eine hohe Konstanz der Mischungsverhältnisse eingehalten werden kann.

Zusätzlich wird durch das Verdichten auf Plattenform eine gewünschte Ausrichtung der Fasern und ein Verhaken oder Verfilzen der Fasern und Flocken erreicht, die den Verbund verbessern und den Leimbedarf senken. Die verdichtete Masse wird anschließend mit Heißluft oder Heißluft und Dampf behandelt, wodurch die Leimbestandteile fließen und anschließend abbinden.

Da, wie schon erwähnt, Staubanteile stören, wird vorgeschlagen, die Gegenstromdurchmischung von Flocken, Fasern und Leimbestand­ teilen in einem Zyklonabscheider durchzuführen, wobei die Substanzen im wesentlichen tangential zu- und Staub mittig mit Luft nach oben abgeführt werden.

Die danach gesammelte und wieder mechanisch aufgelockerte Mischung kann während des freien Falles in die Formstation mit Heißdampf (oder Heißluft, falls die den Fasern innewohnende Feuchtigkeit ausreicht) behandelt werden, um die Faserbestand­ teile zu strecken und zu quellen, da dies je nach deren Natur das erhaltene Produkt verbessern kann.

Wesentliche Bedeutung kommt der Auflockerung und Separierung der Bestandteile vor dem Einbringen in die Form zu. Es wird daher weiter vorgeschlagen, die durch Gegenstrom erzeugte Mischung der Komponenten in einem mit einem auflockernden Mischorgan versehenen Behälter (kontinuierlich) zu sammeln, mit Hilfe einer Schleuse, vorzugsweise einer Zellradschleuse, in einen Fall­ schacht auszuschleusen und dort die Mischung erneut zu mischen und aufzulockern.

Auf diese Weise wird eine unerwünschte Klumpenbildung sicher vermieden und die Homogenität des Gefüges garantiert.

Das "Abbinden" der Platten geschieht unter mechanischem Preßdruck, wobei man durch das gepreßte Material Heißdampf oder Heißluft oder beides, je nach der vorhandenen und der für die Aktivierung der verwendeten Leime benötigten Feuchtigkeit, unter Überdruck hindurchleitet und anschließend trocknet, was z.B. durch Hindurchleiten von Trockenluft geschehen kann, wobei diese zur Erzeugung eines Unterdruckes und zur Verdampfungsbeschleuni­ gung auch hindurchgesaugt werden kann.

Das Verfahren kann beim Füllen derart variiert werden, daß man unterschiedliche Mischungen in separaten Mischvorrichtungen herstellt und diese nacheinander aufeinander schichtet und anschließend verpreßt. So kann die Außenschicht höhere Leim- und Papieranteile aufweisen, um diese glatter zu machen oder mit Hilfe des Leimes zu kaschieren, oder je nach Anwendungsfall auch vermehrt längere oder kürzere Faseranteile enthalten.

Für eine kontinuierliche Herstellungsweise wird vorgeschlagen, das aus dem Fallschacht rieselnde Material auf ein (gelochtes) Förderband zu geben, dem ein oben laufendes Lochband (Oberband) zugeordnet ist. Letzteres besitzt einen schrägen, sich in Transportrichtung verengenden Einzugsbereich, der sich auf das gewünschte Maß der Plattenstärke absenkt und in die Heißdampf und/oder Heißluftzufuhr und die Trockenstation ausläuft.

Da das Material dem Transport auf einem Band einen hohen Widerstand entgegensetzt, wird vorgeschlagen, das zu verdichtende Produkt auch seitlich mitlaufend, beispielsweise durch eigene Bänder zu führen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Zyklon mit oberer tangentialer Zuführung der Faser/Flockenmischung und etwa gegenüberliegender Gegenstromeingabe der Leimbestandteile. Diese Mischung rotiert peripher und gelangt auf den Boden des Zyklons, wo sie gesammelt und von einem Füllstandsanzeiger überwacht wird. Kopfseitig sind zur Entstaubung Filtersäcke vorgesehen.

Im Sammelbereich sind rotierende Kammzinkenwellen angeordnet, darunter befinden sich eine Zellradschleuse, die das Material auf ein weiteres Mischorgan dosiert, wobei es gegebenenfalls bedampft werden kann. Unterhalb des letzteren Mischorganes befindet sich ein Fallschacht und unter diesem die Füllstation, wobei am Ausgang Abstreifwellen vorgesehen sein können.

Anhand der beiliegenden Figur wird die vorliegende Erfindung näher erläutert.

Der Zyklon 1 besitzt zwei gegeneinander gerichtete, etwa tangentiale Materialeinträge, die Zuführung 2 für die Vormischung aus Papierflocken und Naturfasern. Diese Vormischung enthält die wesentlichen Substanzen, d.h. neben den Fasern und Papierflocken z.B. auch die fäulnishemmenden Substanzen, die dem Papier schon beim Vermahlen zugegeben werden können.

Mit Hilfe der Druckdüse 3 wird in das rotierende Gemisch der Leim in Pulverform oder als Schmelze oder in wäßriger Lösung eingeblasen. Zur Herstellung des Leimes dienen dabei der Vorratsbehälter 4 mit Mischer 5, sowie der Dosierbehälter 6 mit Schneckenaustrag 7. An den Schneckenaustrag schließt sich ein Druckeinstäuber 8 an, der in die Druckdüse 3 mündet. Der Materialeintrag geschieht vorzugsweise luftarm mit hoher Geschwindigkeit, wofür geeignete Vorrichtungen bestehen.

Der durch den Materialeintrag im Inneren des Zyklons 1 erzeugte Überdruck dient gleichzeitig der Entstaubung durch die Filter­ säcke 9 am Kopf des Zyklons 1.

Der Zyklon ist mit einer Füllstandskontrolle 11 ausgerüstet, der vor Überfrachtung die Materialzufuhr drosselt. Am Boden des Zyklons 1 sind Mischorgane in Form von Kammzinkenwellen 10 angeordnet, die das Material homogenisieren und durch ständige Bewegung ein vorzeitiges Abbinden des Leimes verhindern. Unterhalb dieser Kammzinkenwellen 11 liegt eine Schleuse, vorzugsweise eine Zellradschleuse 12, die das Material in den Fallschacht 13 eindosiert. Unterhalb der Zellradschleuse kann eine Bedampfung 14 vorgesehen sein, die einer Vorquellung und Streckung der Fasern dient.

Unterhalb der Zellradschleuse 12 am Kopf des Fallschachtes 13 sind wiederum Mischorgane, auch hier vorzugsweise in Form von Kammzinkenwellen 10 angeordnet, die das Material ebenfalls in ständiger Bewegung halten und zur Vereinzelung in den Fallschacht 13 bringen.

Dieser Fallschacht 13 ist vorzugsweise sich nach unten erweiternd ausgebildet, um ein Anbacken von Leimbestandteilen bei gelöster oder erschmolzener Zugabe zu verhindern. Am Fuß des Fallschachtes befindet sich ebenfalls eine Füllstandskontrolle 15 und darunter die Formstation, die hier als Vielzahl von oben offenen Formkästen 16 ausgebildet ist. In diese Kästen 16 rieselt das Material vollkommen aufgelockert ein.

Die Kästen 16 sind verschieblich gelagert.

Nach Befüllen eines Kastens gelangt dieser zu einer Presse 17, in der die lockere Schüttung auf das gewünschte Raumgewicht verdichtet wird. Die Presse besteht in einfacher Weise aus einem ebenso wie die Formkästen gelochten, auf die Maße der Kästen angepaßten Blech, das auf die Füllung gelegt und niedergedrückt wird.

Das gelochte Blech kann bis zum Entformen auf dem Kasten verbleiben, es ist jedoch auch möglich, in den folgenden Stufen zum Niederhalten und Abbinden eigene gelochte Bleche aufzu­ bringen. Dabei entsteht eine gewünschte Orientierung und Verhakung der Fasern, die den Verbund mechanisch festigt.

Am Austritt der Formkästen 16 aus dem Fallschacht 13, können Abstreifwellen 18 angeordnet sein, die für einen gleichmäßigen Füllgrad sorgen.

Da die Fallgeschwindigkeit der Mischungsbestandteile unterschied­ lich ist, kommt es bei jeder Inbetriebnahme des Fallschachtes zu einer geringfügigen Entmischung durch Voreilung der schneller sinkenden Komponente.

Die Vorrichtung ist daher vorzugsweise anzufahren und kontinuier­ lich in Betrieb zu halten.

An die Presse 17 schließen sich die Temperatur- und Feuchtig­ keitsbehandlungsstufen an. Zunächst kann Heißluft und Heißdampf zur Aktivierung des Leimes und der aktivierbaren Ligninbestand­ teile eingeblasen werden 19.

Danach kann Druckluft 20 zur Trocknung eingeblasen und anschließ­ end in einer weiteren Stufe 21 entweder weitere Trockenluft zugeführt werden, deren Abluft in 20 zur Vortrocknung dienen kann, oder, es kann auch mit Hilfe von Vakuum in 21 auf bauphysikalische Restfeuchte getrocknet werden.

Die Formkästen werden nach Entformen im Kreislauf geführt.

Über die Abstreifwellen 18 kann der Füllgrad geregelt werden, wenn diese höhenverstellbar ausgebildet sind.

Die Temperatur- und Feuchtigkeitssteuerung geschieht vorzugsweise folgendermaßen:

Durch die Öffnungen des untenliegenden Lochbleches wird ein Gemisch aus Heißluft und Heißdampf eingetrieben, dessen Temperatur und Mischungsverhältnis regelbar ist.

Sobald das einströmende Gasgemisch die Luft aus dem durch den Deckel leicht verdichteten Plattenrohmaterial verdrängt ist, wird durch Drosselung des Absaugventils ein Überdruck erzeugt, der die anschließende Befeuchtung des Flocken-Faser-Leim-Gemisches fördert.

Das Gasgemisch wird der Form so lange zugeführt, bis eine Aufheizung des Materials auf knapp unter dem Siedepunkt der enthaltenden Flüssigkeit erreicht ist. Die Feuchtigkeit muß ausreichen, um die Abbinde- und Reaktionsvorgabe einschließlich der Reaktivierung der im Papier enthaltenen Leime zu ermöglichen.

Sobald diese Feuchte im Material erreicht ist (vorzugsweise im niedrigen Bereich zwischen 10 und 25 Gewichts-% Wasseraufnahme), wird die Zufuhr des Dampf-Luft-Gemisches beendet, der Überdruck entspannt und aus dem Saugdeckel ein Unterdruck erzeugt.

Die erneute Verdampfung der Feuchtigkeit wird durch gedrosselte Zufuhr von Heißluft aus dem Bodenelement und gegebenenfalls durch zusätzliche Beheizung herbeigeführt und das entstehende Dampf- Luft-Gemisch durch den trocknenden Plattenkörper in den Saugdeckel abgesaugt = Unterdruck.

Durch diesen Vorgang benötigt der Trockenprozeß der Platten nicht so lange, bis die Feuchte auch aus den inneren Bereichen der Platte durch die Salze und Fasermaterialien nach außen hindurch­ diffundiert ist, sondern wird durch den Luftstrom, der gleichzei­ tig Verdampfungsenergie mitbringt, wesentlich schneller aus der Platte herausgetragen.

Ein weiterer Teil der Verdampfungsenergie wird durch die Steuerung des Druckes in der geschlossenen Form beigetragen.

Ein die baupraktische Feuchte (von ca. 10% Gewicht Feuchte) geringfügig übersteigender Feuchterest kann in der Platte verbleiben. Sobald die Feuchte soweit abgesunken ist, kann die Platte nachtrocknen und ausgeschalt und verpackt werden.

Erwünschte Aufkaschierung mit feuchte- oder windschützenden Baupapieren können jetzt vorgenommen werden.

Die Behandlung der feuchten Platte mit Heißluft kann gegebenen­ falls die Nachhärtung bestimmter Kleber, z.B. Ligninkleber bewirken.

Die Energiewirtschaft der Gasamtanlage kann durch Minimierung von Wärmeverlusten durch Wärmedämmung der temperaturführenden Leitungen und Oberflächen und gute Abdichtungen, sowie eine Rückgewinnung von Wärme aus der Nachtrocknung der Platten, der Kondensationswärme der feuchten Trocknungsabluft und des Heißdampf-Heißluft-Überschusses aus der Bedampfung optimiert werden.

Die Bedampfungsmischung kann auch durch Nachheizung der feuchten Trocknungsabluft (dampfhaltig) gewonnen und so die Feuchtigkeit im Kreislauf geführt werden.

Claims (14)

1. Wärmedämmplatte, erhalten aus einer Mischung aus auf Flocken von 1 bis 5 mm Kantenlänge zerkleinertem und mit fäulnishem­ menden Zusätzen, wie vorzugsweise Boraten, vorbehandeltem Zeitungs- oder ähnlichem, von Oberflächenbeschichtungen oder Füllstoffen freiem Papier sowie natürlichen Fasern, vorzugsweise einer Kantenlänge von fünf bis einhundert mm und Leimen und/oder Reaktionshelfern, vorzugsweise pflanzli­ chen Ursprungs.

2. Wärmedämmplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Papier in einer Hammermühle, staubarm, vorzugsweise staubfrei zerkleinert ist.

3. Wärmedämmplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß in ihr als natürliche Fasern solche aus Jute, Sisal, Baumwolle, Kokos, Flachs, insbesondere solche aus Recycling- oder Abfallmaterial aus Spinnereien oder aufbereitetes Material aus Stroh oder Holz oder tierische Haare, wie vorzugsweise Wolle, enthalten sind.

4. Wärmedämmplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Leime und Reaktionshelfer Balsamharze, wie Kolophonium, Stärke- oder Ligninkleber, Kautschuk oder auch Traßzement, Gips, Aluminiumslulfat und Wasserglas verwendet sind.

5. Verfahren zur Herstellung von Wärmedämmplatten nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst Papier­ flocken und Fasern vormischt, die Mischung in ein Mischgefäß einbläst und Leim bzw. Leim und Reaktionshelfer ggf. in Form einer wäßrigen Lösung dazu im Gegenstrom einträgt, danach die Mischung auflockert, in freiem Fall in eine Formstation einbringt und verdichtet und anschließend mit Heißluft oder Heißluft und Dampf behandelt und trocknet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Fasern und Papierflocken tangential in einen Zyklonabschei­ der einbringt, im Gegenstrom dazu Leim und ggf. Reaktions­ helfer eindüst, mittig nach oben Luft abzieht und entstaubt und die derart vorbehandelte Mischung auflockert, der Formstation zuführt und dabei die Fasern ggf. mit Heißdampf behandelt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung aus Fasern, Papier und Leim bzw. Reaktionshelfern in einem mit auflockernden Mischorganen versehenen Vorratsbehälter ansammelt, mit Hilfe einer (Zellrad)schleuse in einen Fallschacht einträgt, dort erneut mischt und auflockert und das Produkt in die Formstation rieseln läßt.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenezeichnet, daß man das locker eingefüllte Material auf die gewünschte Dichte preßt und bodenseitig Heißluft und Heißdampf zuführt, Leim und ggf. Reaktionshel­ fer und im Papier vorhandene Leimstoffe bei Temperaturen von mehr als 160°C aktiviert und anschließend unter Luftdurch­ leitung durch das unter Verdichtungsdruck stehende Material abbinden läßt und trocknet.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus separaten Füllstationen unterschiedliche Mischungen in die Formen aufeinander gefüllt werden.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung auf ein umlaufendes Loch-Band gegeben und durch ein schrägeinziehendes, ebenfalls mit Löchern versehenes Oberband verdichtet wird, wobei die seitliche Begrenzung ggf. ebenfalls mitlaufend ausgebildet ist.

11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch ein Mischungsverhältnis der Komponenten von Papier : Faser : Leimen und Reaktionshelfern, wie von 4 : 4 : 1 bis 5 : 2 : 2.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 bis 11, bestehend aus einem Zyklon (1) mit kopfseitiger Entstaubung (9), darunter angeordneter tangentialer, luftarmer Zuführung (2) der Vormischung aus Papierteilchen, Fasern und fäulnishemmenden Zusätzen, einer Gegenstromdüse (3) für Leime und Reaktionshelfer sowie einer Mehrzahl von Kammzinkenwellen (10) und darunter angeordneter Zellrad­ schleuse (12), wobei unterhalb der Zellradschleuse weitere Kammzinkenwellen (10) angeordnet sind, unter denen sich ein sich vorzugsweise nach unten erweiternder Fallschacht (13) befindet, der in eine Formstation (16) mündet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstation (16) diskontinuierlich arbeitend mit aufeinander folgenden separaten Formen und auf sie aufsetzbaren Druckplatte (17) ausgebildet sind, wobei Formen und Druckplatte gelocht sind, und daß an den Fallschacht (13) in Förderrichtung anschließend eine Zufuhrstation (19) von Heißluft und Heißdampf und an diese anschließend eine oder mehrere Trockenstationen (20, 21) mit Zwangsluftführung vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstation aus einem gelochten, umlaufenden Bodenband und einem, einen schräg verlaufenden, ebenfalls gelochten Kopfband besteht, zwischen die die aufgeschüttete Mischung eingezogen und verdichtet wird, die beide seitlich, gegebenenfalls mitlaufend begrenzt sind und daß an den Verdichtungsbereich anschließend eine Heißluft- und ggf. Heißdampfzufuhr sowie eine Trockenstation mit Zwangsluft­ führung vorgesehen ist.