DK169316B1 - Fremgangsmåde til fremstilling af formgenstande ud fra papirfibre - Google Patents

Description

i DK 169316 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af formgenstande, fortrinsvis i form af plader med profileringer, ud fra papirfibre, som tilberedes ved en tør formaling af fortrinsvis affaldspapir til en par-5 tikelstørrelse på ca 3 mm og efter sammenpresning i en form hærdes ved en varmebehandling.

Fra USA-patenterne nr. 3.736.221 og 3.940.466 kendes fremgangsmåder af den ovennævnte art. Formålet med disse fremgangsmåder er primært at fremstille fiberplader eller 10 bjælker, der i henseende til holdbarhed og styrke er sammenlignelige med træ eller med fiberprodukter, der som udgangsmateriale anvender ny cellulosemasse. De kendte fremgangsmåder fordrer, at der tilsættes bindemidler, hvilket bidrager til den endelige styrke, men især indvirker på hærdetiden, 15 der i de beskrevne eksempler udgør mindst 3 minutter og op til 8 timer. Især i de eksempler, hvor der anvendes en iblanding med et bindemiddel, som ikke er opløseligt i vand, foreskrives særligt lange hærde- eller bagetider.

Det er ofte foreskrevet, at det på forbrugsgoder el-20 ler på emballager skal være angivet, hvorledes de efter endt brug skal kunne bortskaffes enten ved genbrug eller deponering. Denne fordring er især aktuel ved emballagematerialer, for hvis vedkommende der i visse tilfælde endda stilles krav om, at leverandøren skal tage materialerne retur. Emballage-25 materialer, som udgør et genbrug af materialer, som er acceptable uden deponering i beskyttede affaldsdepoter eller som umiddelbart kan gå til forbrænding, vil være særlig gunstigt stillet ved opnåelse af godkendelse som ikke returneringspligtigt emballagemateriale, medens andre materialer, 30 som indeholder selv små mængder nyt eller miljømæssigt tvivlsomt materiale, kan blive pålagt returpligt til leverandøren .

De ved de kendte fremgangsmåder fremstillede materialer indeholder en bindemiddeltilsætning, som gør dem mindre 35 egnede til godkendelse som ikke-returneringspligtigt materiale, som især medfører de lange hærdetider, der igen bevirker, at produktionen af materialerne bliver kostbar og pladskrævende.

DK 169316 B1 2

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en fremgangsmåde af den indledningsvis nævnte art, ved hvilken der kan fremstilles formstabile formgenstande egnet som stødoptagende og afstivende emballageelementer.

5 Fremgangsmåden skal desuden være hurtig og kunne gennemføres med et lavt energiforbrug.

Dette formål tilgodeses ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved det i den kendetegnede del af krav 1 angivne.

10 Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen sammenpresses det findelte papirfibermateriale i formen i en sådan grad, at der opnås god kontakt mellem de enkelte partikler, hvorefter der under fortsat sammenpresning blæses hed damp gennem formgenstanden. Gennemblæsningen med damp synes dels at 15 aktivere det bindemiddel, som findes i papiret, dels at påvirke fibrene, så de ændrer form på en sådan måde, at der skabes mekaniske forbindelser mellem de enkelte partikler.

Det resulterende materiale er fast og formstabilt med en konsistens som tykt pap. Fremgangsmåden er anvendelig til 20 fremstilling af genstande med tykkelser på flere centimeter, hvilket i sig selv vil give formgenstandene gode beskyttelsesegenskaber. Muligheden for at fremstille formgenstande med store tykkelser giver tilsvarende mulighed for at tilføre genstandene en betydelig styrke og stivhed, der gør dem 25 egnede som styrkegivende elementer i emballeringen. Styrken er ikke alene tilstrækkelig til at gøre emballagen selvbærende og i sig selv stabelbar, men den er tillige tilstrækkelig til at bære eller understøtte i sig selv stabelbare, men skrøbelige og stødfølsomme genstande. Anvendelsen af i 30 alt væsentligt tørre fibre og den korte behandlingstid med damp sikrer et lavt energiforbrug.

Det har vist sig, at styrken i de færdige formgenstande ikke forøges væsentligt ved dampbehandling ud over 20 sek. pr. ca 20 mm tykkelse af formgenstanden. I henhold til 35 opfindelsen foretrækkes det følgelig, at damptilsætningen sker i en eller flere perioder inden for 20 sek. Den korte hærdetid er fordelagtig ved masseproduktion, idet der ved en enkelt produktionslinie kan opnås en produktion, den kan ha- DK 169316 B1 3 ve samme kapacitet, som produktionen af varer, hvortil formgenstandene skal anvendes f.eks som emballage.

Ifølge opfindelsen sker damptilsætningen i form af damp ved 140°c. Den hede damp sikrer den fornødne aktivering 5 af papirfibrene og sikrer tilstrækkelig varmetilførsel til fordampning af overskydende fugtighed, så produktet ved den efterfølgende gennemblæsning med varm luft tørrer fuldstændigt ved afkølingen. Formgenstandene er derfor straks anvendelige til emballering af selv fugtfølsomme genstande.

10 Det foretrækkes, at den hede damp indføres i formen med ca. 4 ato. Det høje tryk sikrer en fuldstændig og hurtig gennemstrømning med dampen gennem formlegemet, så temperaturen stiger hurtigt, og så fikseringen finder sted. Den hede damp medvirker desuden til uddrivning af restfugtighed.

15 Det har vist sig, at fremgangsmåden er anvendelig med næsten alle forekommende papirtyper. I henhold til opfindelsen benyttes som udgangsmateriale affaldspapir. Den høje temperatur under fikseringen sikrer, at formlegemerne er sterile og der altså ikke er nogen sundhedsrisiko ved an-20 vendeisen også af papir, der er indsamlet fra et stort antal kilder, og hvor man ikke har garanti for fuldstændig renhed.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen fordres der til opnåelse af en passende styrke og hårdhed en effektiv sammenpresning, idet der gennemgående opnås bedre styrkeegen-25 skaber med anvendelse af højere grad af sammenpresning.

Imidlertid har det vist sig, at styrken og stabiliteten af formgenstandene vil være tilstrækkelig til de fleste emballeringsformål, dersom trykket, hvormed de løse fibre sam- . 2 menpresses, blot overstiger 0,7 kp/cm .

30 Det har vist sig, at de bedste styrkeegenskaber op nås, dersom hovedparten af den samlede sammenpresning af fibrene har fundet sted, inden damptilsætningen påbegyndes. I henhold til opfindelsen foretrækkes det, at damptilsætningen først påbegyndes, når den bevægelige del af formen har til-35 bagelagt 70% af sin slaglængde.

En i praksis anvendelig udformning af fremgangsmåden er ejendommelig ved, at sammenpresningen udføres ved, at formlegemet underkastes et stigende tryk, indtil kompres DK 169316 B1 4 sionshastigheden aftager væsentligt, på hvilket tidspunkt dampen tilsættes, idet trykket, hvormed sammenpresningen foregår, holdes i det væsentlige konstant.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere un-5 der henvisning til tegningen, på hvilken:

Fig. la og lb skematisk viser et anlæg til formaling, konditionering og blanding af et basismateriale ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og fig. 2-4 viser forskellige stadier af sammempres-10 ningen i formen under hærdningen af fibermassen.

Det på fig. la og lb skematisk viste anlæg tilbereder et af fibre fra genbrugspapir bestående udgangsmateriale til formpresning af formlegemer, der hærdes under tørring i en form med bevægelige formvægge. Anlægget omfatter et råvare-15 indtag 1 bestående af et bord 2, hvor en balle af genbrugspapir afsættes, og ved hjælp af kæder 3 med oprivere tilføres materialet til et første formalingstrin 4. Opriverne vil kun i ringe omfang rive de enkelte ark eller hæfter af ark i stykker, og de vil derfor i en mere eller mindre jævn strøm 20 af små bundter blive ført frem mod det første formalingstrin, idet indføringen i dette sikres ved hjælp af et på oversiden af transportkæderne forløbende overbånd 5. I det første formalingstrin river en mølle 6 de hele ark op til mindre stykker på f.eks. en størrelse på 5 gange 5 cm. Dette 25 makulat føres ved hjælp af en luftstrøm til en cyklon 7, hvor trykket fra transportluften udlignes gennem et posefilter 8.

Det fra bunden af cyklonen 7 gennem et (ikke vist) cellehjul eller en lignende form for sluse udtagne materiale 30 indføres i et andet formalingstrin 9, der indeholder en mølle, som river makulatet i mindre stykker med en største dimension på ca. 6 mm. Materialet skal ved udgangen fra det andet formalingstrin 9 passere et sold 10 med en hulstørrelse på 6 mm diameter og føres ved hjælp af en luftstrøm til 35 en anden cyklon 11, hvor trykket fra tranportluften på lignende måde som ved første trin aflastes ved hjælp af et posefilter 12. Endelig føres makulatet fra bunden af cyklonen 11 til et tredie formalingstrin 13, i hvilket en mølle yder- DK 169316 B1 5 ligere opdeler makulatet til det får en ulden, blåret fiberkarakter og vil være i stand til at passere et sold 14 med en hulstørrelse på 3 mm. Papirfibrene kendes på dette stadium som fnug, hvor der kun i mindre omfang kan erkendes area-5 ler på de enkelte fnug med den oprindelige pap ir struktur. Hulstørrelsen i dette sold er af væsentlig betydning, idet en finere formaling givere en ringere fiberdannelse og mere støv, og grovere formaling resulterer i mindre oprivning til fibre. Fra det tredie formalingstrin 13 føres fibrene ved 10 hjælp af en luftstrøm til den sidste cyklon 15, hvorfra de senere doseres i et efterfølgende trin. Den tredie cyklon 15 er på tilsvarende måde som de foregående forsynet med en trykudligning i form af et posefilter 17, der af hensyn til den vanskeligere udskillelse er kraftigere dimensioneret end 15 filtrene i de foregående trin.

Cyklonen 15 udgør tillige et bufferlager, fra hvilket papirfibrene kan udtages til en efterfølgende formnings- og hærdningsproces. Det er normalt foretrukket, at fibrene doseres i formen i en løs form uden sammenklumpninger. En så-20 dan dosering foretages ved hjælp af en transportør i form af en palletsnegl 18. Palletsneglen har et udløb 19, der er placeret over den station, i hvilken formene fyldes. Fyldningen af formene kan f.eks. foregå ved hjælp af en vibrationssigte 20, der dels sørger for en ensartet eller på anden 25 måde planlagt fordeling af fibrene ud over formens åbning. Efter fyldning med fibre føres formen videre til en næste station, hvori fibrene sammenpresses og behandles med hed damp. Fibrene afgives fra palletsneglen 18 i form af et løst tørt granulat, hvor hvert korn er en ca. 3 mm flage af papir 30 med fri fibre især langs kanterne, men til dels også på flagernes overflader. Fibrene er i det væsentlige rettet ud ved overrivningen af papiret i møllerne, og det er vigtigt, at der ikke i palletsneglen indføres eller tilsættes væde eller andet, som ændrer flagernes struktur, idet det synes at være 35 den omtalte struktur, som ved den senere damphærdning væsentligt bidrager til det sammenpressede produkts styrkeegenskaber. Fra vibrationssigten fordeles fibermaterialet i formen 21, der efter fyldning og påsætning af en overdel kan DK 169316 B1 6 bringes til at sammenpresse materialet, f.eks. ved hjælp af en hydraulsk cylinder 23 placeret under en forskydelig basisplade 22. En udformning af formen er mere detaljeret beskrevet i forbindelse med fig. 2-4.

5 Fig. 2 viser underdelen til en form til fremstilling af et pladeformet emballagelement med en rundtgående forstærkning langs kanten, og hvor forstærkningen eventuelt har større rumvægt i det færdige element end det plane midterparti. Formen omfatter en ydre formkasse 30 med en indvendig 10 karm 31 med samme bredde som forstærkningen. Formkassen er forsynet med udsugninger 32 i bunden, gennem hvilke tørreluft kan forlade formen. Udsugningerne kan tillige under fyldning af formen medvirke til en mere ensartet og mere kompakt fyldning af formen. Udsugningen medvirker tillige 15 til at reducere støvgenerne ved doseringen af det løse og til dels stærkt støvende fibermateriale. Med tæt pasning inden for karmen 31 er der i formen anbragt et bevægeligt underplan 33, der ved fyldningen af formen er placeret i sin øverste stilling. Såvel underplanet 33 som karmen 31 er for-20 synet med perforeringer, gennem hvilke udsugningsluft, damp eller køleluft kan passere. Formen fyldes med fibermateriale ved, at fibermaterialet fra vibrationssigten 20 drysses ned i formen, der eventuelt samtidig vibreres. Under fyldningen etableres der som nævnt en udsugning fra formkassen, medens 25 formkassen forsynes med en tilnærmelsesvis homogen fyldning, der flugter med formens øvre kant.

Papirfibrene har i den løse form, hvori de indføres i . 3 formkassen 30 en vægtfylde svarende til 20-30kg/m . Der vil til emballageformål, hvor emballagen skal medvirke til at 30 gøre de emballerede genstande stabelbare, skulle opnås en vægtfylde på ca. 350 kg/m . Det følger heraf, at formkassen skal være tilstrækkelig dyb til at tillade et lineært kompressionsforhold på 10-15. En del af kompressionen kan dog tilvejebringes ved en passende udsugning i formkassens bund-35 parti, idet der ved en sådan udsugning kan opnås en indledende volumenreduktion på ca 50%. Udsugningen kan gøres særlig kraftig i de dele af formgenstanden, der efter hærdningen skal have større styrke og tæthed end den øvrige del af DK 169316 B1 7 f ormgenstanden.

I det næste trin i formningsprocessen forsynes formen med et overplan 34 som vist på fig. 3. Overplanet består af en øvre formkasse 35 og en perforeret formoverside 36.

5 Overplanet er således dimensioneret, at det passer inden i den nedre formkasse 30. Overplanet er forsynet med en indgang 37, gennem hvilken der kan indføres hed damp eller eller køleluft i de efterfølgende procestrin. Så snart overplanet er monteret, indledes en sammenpresning. Sammenpres-10 ningen foretages med et jævnt stigende tryk, hvis maksimale værdi er afpasset efter den hårdhed, det færdige produkt skal opnå. Til emballeringsformål vil et tryk svarende til 0,7 kp/cm i mange tilfælde være passende. Når trykket tilnærmelsesvis har opnået sin maksimalværdi, indføres der damp 15 i formen gennem indgangen 37. Dampen indføres fortrinsvis ved en temperatur på ca. 140°C og med et tilsvarende tryk. Overskydende damp undviger gennem udsugningerne 32. Dampen tilsættes i en eller flere perioder inden for et tidsrum på ca. 20 sekunder samtidig med, at sammenpresningen bibeholdes 20 med uændret tryk. Herved lader fibermassen sig yderligere sammenpresse samtidig med at fibrene i de flossede kanter af papirflagerne ændrer karakter, hvorved der opstår effektive sammenbindinger mellem fibrene. Efter de ca. 20 sekunders varmebehandling med damp lader formgenstanden sig ikke sam-25 menpresse yderligere under det givne tryk, og herefter indledes sidste trin, inden formgenstanden tages ud af formen, nemlig en gennemblæsning med luft til fjernelse af kondens fra damptilsætningen og eventuel overskydende fugtighed fra fibertilberedningen. Ved formalingen af papiret tilsættes 30 der ikke væde, men fugtighedsindholdet i udgangsmaterialet kan variere inden for ret vide grænser. Udgangsmaterialet er affaldspapir, der er opsamlet på forskellig vis, og som er bundtet og inden genbruget opbevaret i uopvarmede lokaliteter .

35 Tidsrummet 20 sekunder for hærdningen er en erfa ringsværdi, der vil være passende for de fleste typer af formgenstande til emballageformål. Ved formgenstande med tykkelser over ca. 25 mm kan der være behov for længere hær- DK 169316 B1 8 detid. Den minimale hærdetid kan imidlertid på enkel måde bestemmes ved forsøg. Selve hærdningen forløber som en front af fugtighed gennem materialet fre den side, hvor dampen indblæses, og materialet er færdighærdet, så snart fronten 5 har nået den modsatte side. Ved indblæsningen af den hede damp sker der en kondensation i den kolde fibermasse, men efterhånden som materialet varmes op af den hede damp for-damper den kondenserede fugt igen, hvorved den af fugtigheden dannede front forskydesi materialet. Det opvarmede mate-10 riale antager en fast sammenbundet form, medens materialet foran den fugtige front stadig er tørt og løst. Når alt materialet er opvarmet, og fronten er tørret ud ved hjælp af den hede damp, er hærdningen afsluttet, og yderligere varmebehandlingstid synes ikke at give det sammenpressede materi-15 ale øget styrke.

Efter sammenpresningen og varmebehandlingen aftages overplanet, hvorved formoversiden bliver fri. Underplanet 33 kan nu hæves som vist på fig. 4. Samtidig kan der sættes luft under tryk til udsugningerne 32, så formgenstanden løf-20 tes fri af formen og kan tages ud f.eks. ved hjælp af et vakuumløfteplan 38. Formen er nu klar til igen at blive fyldt med fibermateriale i en ny cyklus.

Ved hjælp af de beskrevne fremgangsmådetrin kan der fremstilles formlegemer af papirfibre. Disse formlegemer er 25 især egnet til emballageformål, hvor det er en særlig fordel, at der ved fremstillingen ikke er tilsat hjælpstoffer af nogen art. Formlegemerne indtager i miljømæssig henseende i forbrugskæden nøjagtig samme stilling som det affaldspapir, de er fremstillet udfra, og affaldspapir anses ikke for 30 problematisk, idet det blandt andet kan forbrændes.

Prøver af det ved fremgangsmåden fremstillede materiale er blevet afprøvet og vurderet med hensyn til dets anvendelighed som emballagemateriale. Materialet er vurderet på basis af pladeformede emner med en tykkelse på henholds-35 vis 9,3 mm og 22,0 mm. Pladerne er under fremstillingen sam-menpresset ved et tryk på 0,7 kp/cm og hærdet ved gennem-blæsning med damp ved en temperatur på ca. 140°C. De foretagne målinger omfatter en måling af densitet, stablings- DK 169316 B1 9 styrke, kompressionsmodstand og stødabsorptionsmodstand.

Densiteten er målt til: 3 9,3 mm prøveemne 363 kg/m 3 22 mm prøveemne 367 kg/m 5 Stablingsstyrken er målt til: for 9,3 mm materiale er kraften 3,65 kN/m for 22 mm materiale er kraften 7,25 kN/m

Kompressionsmodstanden måles med emner af størrelsen 70x70 mm, der udsættes for en kraft på 10 kN. Der blev målt 10 en blivende deformation på 6%.

Stødabsorptionsmodstanden er blevet målt ved en standardiseret faldprøve, og resultaterne er sammenlignet med tilsvarende afprøvninger med ekspanderet polystyren (EPS).

Der blev konstateret en mindre evne til optagelse af 15 stødaccelerationskræfter end ved EPS, men modstanden mod nedbrydning ved gentagne påvirkninger var væsentligt bedre. Hvor EPS efter 4 faldpåvirkninger var uden virkning, viste materialet fremstillet i henhold til opfindelsen ingen tegn på nedbrydning efter 10 faldpåvirkninger.

20 Afprøvningens resultat er sammenfattet i følgende konklusion: - Materialets styrkeegenskaber i dets længde- og bredderetning er ringere end for bølgepaps optimale retning.

- Materialet har mindre blivende deformation end man-25 ge andre materialer, som anvendes til emballageformål.

- Materialets polstringsvirkning overfor stødpåvirkninger er ringere end for mange andre materialers vedkommende, men er tilstrækklig god til anvendelse til mindre skrøbelige produkter, som f.eks. hårde hvidevarer og lignende.

30 Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen fremstilles der et generelt anvendeligt emballeringsmateriale, der udgør et 100% genbrug af forekommende papirmaterialer. Fremstillingsprocessen er hurtig, idet hærdningen foretages ved en varmebehandling med damp inden for et tidsrum på højst 20 35 sek. Efter en kort gennemblæsning med luft ved omgivelsernes temperatur er det fremstillede formlegeme klar til brug. Fremstillingsprocessen er så enkel og så lidt resourcekræ-vende, at den kan etableres i forbindelse med brugsstedet DK 169316 B1 10 for emballagen, og der er følgelig ikke behov for et lager for færdig emballage i forbindelse med den emballageforbrugende produktion. Især skal det fremhæves, at materialet ved dampbehandlingen steriliseres, og at der uanset at der an-5 vendes råvarer, som ikke er kontrolleret for bakteriel renhed, fremstilles formgenstande, der fra et hygiejnisk synspunkt er uangribelige.

Det beskrevne eksempel omhandler et pladeformet emne med forstærkninger i form af fortykkelser. Fremgangsmåden er 10 anvendelig ved fremstilling af såvel emner af mere kompliceret form, hvori skrøbelige genstande, der skal transporteres, kan indlægges, som emner i form af plane eller korru-gerede plader. Emnerne kan tillige fremstilles med varierende tæthed, idet formen udformes således, at visse dele af 15 formlegemet udsættes for et væsentligt højere tryk under dampgennemstrømningen end de øvrige dele.

Claims (7)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af formgenstande, for-5 trinsvis i form af plader med profileringer, ud fra papirfibre, som tilberedes ved en tør formaling af fortrinsvis affaldspapir til en partikelstørrelse på ca. 3 mm og efter sammenpresning i en form hærdes ved en varmebehandling, kendetegnet ved, at det findelte fibermateriale 10 sammenpresses i formen til et volumen, som er mindre end 50% af udgangsvoluminet, hvorefter det under yderligere sammenpresning gennemstrømmes af damp, der tilsættes under tryk, med en efterfølgende køling ved gennemblæsning med luft.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 15 kendetegnet ved, at damptilsætningen foretages i en eller flere perioder inden for 20 sek per ca. 20 mm tykkelse af formgenstanden.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at dampen tilsættes ved ca. 20 140°C.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at papirfibrene stammer fra usorteret affaldspapir.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 25 kendetegnet ved, at trykket, hvormed formen sam- mepresses under sammenpresningen af papirfibrene i formen, 2 svarer til mindst 0,7 kp/cm .

6. Fremgangsmåde ifølge krav l, kendetegnet ved, at sammenpresningen inden damp-30 tilsætningen er mindst 70%.

7. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6, kendetegnet ved, at sammenpresningen udføres ved, at formlegemet underkastes et stigende tryk, indtil kompressionshastigheden aftager væsentligt, på hvilket tids- 35 punkt dampen tilsættes, idet trykket, hvormed sammenpresningen foregår, holdes i det væsentlige konstant.