DE102007007168A1

DE102007007168A1 - Verfahren zum Herstellen von hydrophobem Gut in Gestalt von Formkörpern oder Granulaten oder Kompaktaten

Info

Publication number: DE102007007168A1
Application number: DE102007007168A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. Recknagel
Original assignee: J Rettenmaier and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: J Rettenmaier and Soehne GmbH and Co KG
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2008-08-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von hydrophobiertem Gut in Gestalt von Formkörpern oder Granulaten oder Kompaktaten zur Verwendung als Einstreu zur Tierhygiene, mit den folgenden Verfahrensschritten: - Es wird ein cellulosehaltiges Material bereitgestellt und mittels Leimungsmittel hydrophob ausgerüstet; - das hydrophob ausgerüstete Material wird ohne den Zusatz von Bindemitteln formgebend weiterverarbeitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von hydrophobem Gut. Dieses dient in erster Linie zur Verwendung als Einstreu zur Tierhygiene. Es wird unter anderem bei Tiertoiletten verwendet, umfassend einen Kasten mit einem diesen abdeckenden, perforierten Zwischenboden. Der Zwischenboden wird mit dem genannten hydrophoben Gut bedeckt. Bei Benutzung gelangen die mehr oder minder flüssigen Exkremente durch die Zwischenräume zwischen den Gut-Partikeln hindurch, und weiter durch die Perforationen des Zwischenbodens. Aufgrund der hydrophoben Eigenschaft kommt es dabei nur in geringem Maße, falls überhaupt, zu einer Benetzung der Partikel des Gutes.
Eine Tiertoilette der genannten Art ist in US 2003/0116095 A1 beschrieben. Die darin verwendeten Gutpartikel liegen in Gestalt von Pellets vor. Zu deren Verwendung werden Bindemittel in Gestalt von Thermoplasten und sonstigen Kunstharzen eingesetzt. Hierdurch gestaltet sich der Herstellungsprozess der Pellets relativ schwierig. Beim Herstellungsprozess muss nämlich in jedem Falle die Schmelztemperatur des betreffenden thermoplastischen Materiales erreicht werden. Diese Temperatur kann nachteilig sein für das Erzielen anderer erwünschter Eigenschaften des Gutes, beispielsweise bezüglich der Glätte oder der Festigkeit oder des hydrophobischen Verhaltens oder der Helligkeit. Weitere einschlägige Druckschriften sind die folgenden: US 2003/0116095 A1 , JP 2005110700 A , DE 20 2006 007 792 U1 , EP 0 869 988 B1 , DE 697 11 597 T2 , DE 102 07 811 B4 , DE 10 2004 05 36 546 .
DE 10 2004 05 36 546 beschreibt faserförmige oder partikuläre Füllstoffe für Papier, Tissue und Karton, wobei die Darreichungsform Pellet, Pressballen oder Pressriegel so locker verpresst sein muss, dass eine Re-Dispergierung dieser Lieferform mittels Pulper in der Papierfabrik möglich ist. Eine Anwendung als Einstreu zur Tierhygiene kommt dabei nicht in Betracht.
Das synthetische Harz gemäß US 2003/0116095 A1 ist Polyethylen, Polypropylen, Polyester wie Polyethylen, Terephthalat, Polyamid oder ein Vinylharz, das einen wohldefinierten Schmelzindex (beispielsweise 10 bis 100) und eine Partikelgröße 0,01 mm bis 0,5 mm haben muss, um verarbeitbar zu sein. Das Bindemittel muss gleichzeitig die Formstabilität und die Hydrophobie gewährleisten, deshalb sind derzeit 5,5% bis 8,0% Bindemittel bei 6 mm Pellets und über 10,0% bis 12,0% Bindemittel bei 4 mm Pellets in Japan üblich. JP 2005110700 A beschreibt als hydrophobes Pellet in der Katzentoilette einen „Katzensand" auf Basis Mineral und Kreide, der bezüglich wasserabweisender Wirkung und Entsorgung Nachteile hat zu organischem hydrophobem Material.
DE 20 2006 007 792 U1 empfiehlt für einen Formkörper mit holzähnlicher Oberfläche maximal 80 Teile Holzfasern, weiterhin thermoplastische Polymere, Farbmittel und MSA-Haftvermittler, die Holzfasern können optional mit Silan vorbehandelt sein, um die Wasseraufnahme zu verringern.
EP 0869 988 B1 beschreibt die Extrusion von Holzfasern mit Kunststoffen, um wasserabweisende Pellets zu erhalten. Die Extrusion von Holzfasern oder zellulosehaltigen Rohstoffen mit Schneckenextrudern bei Temperaturen von 80–180°C erfordert mindestens 8–15% thermoplastisches Bindemittel, Wachs oder Ethylenvinylacetat, was kostspieliger als zum Beispiel Strangpressung oder Pelletierung ist.
DE 102 07 811 B4 sieht die Verwendung von Wasserdampf über 100°C vor, um bei der Brikettierung und Pelletierung von pflanzlichen Stoffen auf Bindemittel verzichten zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem ein Gut der eingangs genannten Art herstellbar ist, das als Formkörper oder Granulat oder Kompaktat vorliegt, das in hohem Maße hydrophob ist, eine gute Oberflächenglätte aufweist, und sich bei Einwirkung von Feuchtigkeit nicht auflöst. Das Verfahren soll möglichst leicht, ohne großen apparativen Aufwand und bei geringem Einsatz von Rezepturen durchführbar sein.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet als Ausgangsmaterial insbesondere Weichholzfasern und technische Zellulosefasern zum Einsatz, weiterhin Harthölzer, Zellstoffe, mikrokristalline Zellulosen, extrafreie Zellulosen (EFC-Qualitäten von JRS), Deinkingstoffe, CTMP, Altpapier, Wertstoffe aus der Papierfertigung (insbesondere sogenannte Spukstoffe), Stroh, Gräser, Getreidemehle, Reisschalen, Mais und dergleichen. Auch kommt als Rohstoff Sägemehl aus Bunthölzern sowie sogar geringe Rindenanteile in Betracht, die zu sehr hellen und sehr stabilen Formkörpern führen.
Das genannte Ausgangsmaterial kann einem mechanischen Aufschlussprozess zugeführt werden, beispielsweise einer Mahlung in Refinern, so wie in der Papierfabrikation üblich. Dabei kann es zweckmäßig sein, das Leimungsmittel bereits bei dem mechanischen Aufschlussprozess zuzuführen.
Die entscheidenden Merkmale des Verfahrens bestehen in der Zugabe eines Leimungsmittels und im Vermeiden eines Bindemittels.
Die Faser wird insbesondere mit Leimungsmitteln wie Alkylketendimer (AKD), Alkylbernsteinsäure-Derivat (zum Beispiel ASA), Keten-Harz, Keten-Ester, Harzleim, Fettsäureanhydride, Polymeren Leimungsmitteln (Polymer Sizing Agent, PSA) oder Mischungen dieser Leimungsmittel hydrophobiert.
Auch die Gasphasen-Plasmaentladung, die beispielsweise in einer Methan-Argon-Gasmischung erfolgen kann, liefert eine ausreichende Leimung der zellulosehaltigen Partikel, Fasern und Mehle. Weiterhin können silan- und siloxanhaltige Komponenten zur Leimung eingesetzt werden.
Als Leimungsmittel kommen grundsätzlich alle Leime in Betracht, die auch in der Papierindustrie oder in der papierverarbeiteten Industrie eingesetzt werden. Bei dem Leimungsmittel kann es sich um einen hydrophoben Stoff handeln. Dies muss jedoch nicht unbedingt so sein.
Die beschriebene Basisrezeptur kann zum Beispiel aus Gründen der Wirtschaftlichkeit weiter modifiziert werden. So ist es möglich, einen Anteil des Leimungsmittels durch kostengünstige Produkte wie Zucker-Melasse oder Kartoffelpulpe zu ersetzen, also durch Komponenten, welche durch lösliche Anteile die Hydrophobie tendenziell verschlechtern und eine dunklere Farbe liefern, für PE oder PP also ungeeignet wären.
Komponenten wie Paraffin-, Ester-, PP-, PE-, Camauba-, Bienen und Montanwachs oder Hartfette sind nicht erforderlich, können aber aus Gründen der Farbgebung und der Oberflächenbeschaffenheit oder des Geruches (zum Beispiel Bienenwachs) in sehr geringen Mengen mit verarbeitet werden.
Weiterhin sind inerte Füllstoffe einsetzbar. Als Füllstoffe eignen sich besonders Holzfaser, Calciumcarbonat, Mikrotalkum, Glimmer, Gipspulver, Silica und Trassmehle, Flugasche, Zeolith, Kieselgur. Diese Füllstoffe stehen in großer Menge kostengünstig zur Verfügung, verschlechtern aber die mechanische Festigkeit und erhöhen die Wasseraufnahme. Als festigkeitssteigendes Additiv kommt andererseits Stärke, insbesondere native Kartoffelstärke, sowie Flüssigstärke und CMC in Frage.
Für eine wahlweise Pigmentierung eignet sich insbesondere Eisenoxid, Fumar-Russ und Titandioxid. Weiterhin kann ein Teil unbehandeltes Holz, Stroh oder unbehandelte zellulosehaltige Rohstoffe mitverarbeitet werden, ohne dass Qualitätseinbußen zu verzeichnen sind.
Um die Oberflächenglätte und den Glanz weiter zu erhöhen, kann eine geringe Menge Polyvinylalkohol oder Polyvinylharz mitverarbeitet werden, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Als funktionelles Additiv kann weiterhin ein Farbindikator zugegeben werden, der die Haltbarkeit beim Einsatz als Pet Care Systemtoilette anzeigt. Zweckmäßig ist weiterhin eine antimikrobielle Ausrüstung und der Zusatz von Zitronensäure zur Geruchsbindung.
Mittels spezieller schonender Verarbeitung werden rieselfähige, helle, formstabile, abriebfeste und staubarme Formköper oder Fasergranulate erhalten, die sich durch ihre äußerst geringe Wasseraufnahme auszeichnen. Bei Zusatz von 0,5–2,0% Stärke lässt sich die mechanische Festigkeit nochmals deutlich verbessern.
Die Formkörper können Flachzylinder, zylindrische Pellets, Kuben, Kegel oder Quader sein, die über Verfahren wie Verpressung, Kompaktierung, Pelletierung oder Granulierung erhalten werden. Hierbei können formgebende Maschinen und Aggregate wie zum Beispiel Kompressionspressen, Transferpressen, Rotor-Inerta-Mühlen (RIM), Rund- und Flachmatrizen-Pelletpressen, Walzenkompaktoren, Kollergang, Strangpressen, Brikettieranlagen, Extruder, Pultruder, Kahlpresse, Hybridisatoren, Impellermühlen, Mullenmischer, Vertikalkneter oder dergleichen zum Einsatz kommen.
Es lassen sich große und auch sehr kleine Pelletdurchmesser (4 mm und darunter) realisieren, weiterhin wahlweise geriffelte oder sehr glatte Oberflächen, Zylinder oder mehrkantige Prismen.
Die geleimte Faser kann eine merkliche Erhöhung der Durchsatzleistung auf der Verarbeitungsmaschine liefern. Weiterhin entstehen durch den Einsatz geleimter Partikel, Fasern und Mehle weniger aufgebrochene Pellets und weniger Staub in der Anlage.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit durchschnittlich mit 0,1–4,0% Leimungsmittel auskommt, wobei das Leimungsmittel auch als Dispersion oder Emulsion zum Einsatz kommen kann. Bei der Verarbeitung bei erhöhter Temperatur kann ein Teil des Leimungsmittels an die Oberfläche des Formkörpers wandern und das Leimungsergebnis zusätzlich verbessern. Eine nachträgliche Temperierung der Formkörper zum Beispiel auf bis zu 60°C kann den Effekt der Leimung verbessern.
Ausführungsbeispiel 1
Es wurden Weichholzpellets aus Holzmehl ARBOCEL C 100 mit 4% Leimungsmittel (AKD-Festharz) verarbeitet und dann wahlweise mit weiteren 0–40% C 100 sowie mit 0–2% nativer Kartoffelstärke copelletiert.
Die Pelletierung der geleimten Fasern wurde mittels 6×35 mm Matrize auf einer Laborpelletpresse bei maximaler Dosagegeschwindigkeit von etwa 200 kg/Std.
Durchsatz und 34 kW Energieaufnahme mit Netzwasser bei 80–100°C durchgeführt.

Das Produkt hat eine Pelletlänge von 9 mm und eine Wasseraufnahme unter 5 Gramm, bei 80 Gramm Einwaage. Der mittels Lignotester ermittelte mechanische Abrieb liegt deutlich unter 2%. Die Farbe ist gleichmäßig hellgelb bis rohweiß und deutlich heller als der eingesetzte Holz-Rohstoff.

Muster		1	2	3
Zusammensetzung:
Geleimte Faser C 100-40 AKD	%	100	60	60
Holzfaser C 100	%	0	40	38
Kartoffelstärke	%	0	0	2
Schüttgewicht	g/L	661–682	657–669	670–673
Feuchte	%	13,3 6,1 (getrocknet)	13,1 7,2 (getrocknet)	12,0 6,0 (getrocknet)
Pelletlänge	mm	9 5–max. 16	7 5–max. 14	9 5–max. 16
Pelletdurchmesser	mm	5,8–6,0	6,0–6,1	6,0–6,1
Pellethärte 1)	N	353 (310–428)	373 (332–401)	397 (357–459)
Farbe		hellgelb bis rohweiß	gelb	gelb

1) 6×15 mm Pellet, horizontal, Schleuniger Test

Ausführungsbeispiel 2
Die Wasseraufnahme wurde mittels JRS Wasseraufnahmetest sowie mit Zentrifugentest nach AACC ermittelt. Hierzu wird eine bestimmte Menge Pellets eine definierte Zeit unter Wasser gelagert beziehungsweise zentrifugiert und dann zurückgewogen.

Typischerweise haben marktübliche hydrophobe Holzpellets für Tierhygiene eine Wasseraufnahme von 10–20 g. Die Messung wurde an Pellet-Proben wiederholt, die 30 Minuten bei 70°C getrocknet wurden.

Muster		1	2	3	Ref.
Zusammensetzung
Geleimte Faser C 100-40	%	100	60	60	0
AKD	%	0	40	38	100
Holzfaser C 100	%	0	0	2	0
Kartoffelstärke
Farbe		hellgelb bis rohweiß	gelb	gelb	gelb
CIE Farbwerte 2)	1* a* b*	66,1 3,2 12,7	64,1 3,5 12,9	65,8 3,6 13,3
Abriebwerte Lignotester	%	0,10	0,34	0,15	5,6
Wasseraufnahme (nach Wasserlagerung)	g	3,0 2,7 (getrocknet)	6,4 4,9 (getrocknet)	7,8 4,4 (getrocknet)	42,7
Wasseraufnahme (2,00 g, Zentrifuge)	%	76	104	95	567

2) Farbmessung Minolta Konica

Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die Anwendung von Bindemitteln, vor allem thermoplastischer Bindemittel. Es vermeidet auch die Anwendung hoher Temperaturen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2003/0116095 A1 [0002, 0002, 0004]
- JP 2005110700 A [0002, 0004]
- DE 202006007792 U1 [0002, 0005]
- EP 0869988 B1 [0002, 0006]
- DE 69711597 T2 [0002]
- DE 10207811 B4 [0002, 0007]
- DE 1020040536546 [0002, 0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen von hydrophobiertem Gut in Gestalt von Formkörpern oder Granulaten oder Kompaktaten zur Verwendung als Einstreu zur Tierhygiene, mit den folgenden Verfahrensschritten: 1.1 es wird ein cellulosehaltiges Material bereitgestellt und mittels Leimungsmittel hydrophob ausgerüstet; 1.2 das hydrophob ausgerüstete Material wird ohne den Zusatz von Bindemitteln formgebend weiterverarbeitet;
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als zellulosehaltiges Material eines oder mehrere der folgenden Materialien in Betracht kommt: Weichholz Hartholz technische Zellulose Zellstoffe mikrokristalline Zellulose extraktfreie Zellulose Deinkingstoffe CTMP Altpapier Wertstoffe aus der Papierfabrikation wie Spukstoffe Stroh Gräser Getreidemehle Mais Reisschalen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Leimungsmittel eine oder mehrere der folgenden Stoffe verwendet werden: Alkylketendimer (AKD) Alkylbernsteinsäure-Derivate Keten-Harz Harzleim Fettsäureanhydrid polymere Leimungsmittel sonstige Leimungsmittel, die in der Papierindustrie oder in der Papier verarbeitenden Industrie angewandt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zellulosehaltige Material vor, während oder nach der Zugabe des Leimungsmittels einem Mahlprozess oder einem sonstigen mechanischen Aufschlussprozess unterworfen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leimungsmittel maximal 99,99% der Rezepturbestandteile ausmachen, vorzugsweise maximal 25%, insbesondere unter 3%.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leimungsmittel unter 10%, vorzugsweise unter 3% der Rezepturbestandteile ausmachen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllstoffe Calciumcarbonat, Mikrotalkum, Glimmer, Gipspulver, Silica, Trassmehle, Flugasche, Zeolith oder Kieselgur eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass native Kartoffelstärke, Flüssigstärke oder CMC als festigkeitssteigerndes Additiv eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Eisenoxid, Titandioxid oder ein anderes Pigmentierungsmittel eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als funktionelles Additiv ein Farbindikator zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine antimikrobielle Ausrüstung angewandt, oder Zitronensäure oder sonstige organische Säuren zur Geruchsbindung eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erhöhen der Oberflächenglätte und des Glanzes des Gutes Polyvinylalkohol oder Polyvinylharz beigegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gut in Gestalt von Formkörpern, Flachzylindern, zylindrischen Pellets, Koben, Kegeln oder Quadern durch Verpressen, Kompaktieren, Pelletieren oder Granulieren geformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Formgeben Kompressionspressen, Transferpressen, Rotor-Inerta-Mühlen, Rund- und Flachmatrizen, Pelletpressen, Walzenkompaktoren, Kollergänge, Strangpressen, Brikettieranlagen, Riegelpressen, Extruder, Pultruder, Kahlpressen, Hybridisatoren, Impellermühlen, Mullenmischer, Vertikalkneter eingesetzt werden.
Hydrophobe Formkörper, hergestellt mittels eines der Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch die Verwendung bei Haustier-Systemtoiletten, bei der Thermoplast-Verarbeitung, als Trägerstoff, als Füllstoff, als Isoliermaterial sowie als Heizmaterial.