Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs, ein Verfahren zur Herstellung eines schallabsorbierenden Werkstücks, ein Halbzeug sowie ein schallabsorbierendes Werkstück.

Halbzeuge zur Herstellung von schallabsorbierenden Werkstücken, beispielsweise zur Verwendung in Büromöbeln, enthalten üblicherweise Polyestervliese. Hierzu wird ein Vlies aus einer Matte aus PET-Fasem und PET-Bico-Fasem verwendet, die das Halbzeug bilden. Das Halbzeug ist in der Hinsicht reaktivierbar, dass es zur Umformungen und Herstellung des endgültigen Werkstücks erwärmt wird, wodurch die äußere Lage der PET- Bico-Fasem schmilzt und dadurch eine Verbindung zwischen den Fasern des PET-Materials entsteht. Solche Werkstücke bestehen somit überwiegend aus petrochemischen Materialien und sind aufgrund der Vermischung von PET- und PET-Bico-Fasem nicht zum Recycling geeignet. Zudem werden die Rohstoffe, nämlich Polyesterfasern, üblicherweise in Asien hergestellt, wodurch sich die Transportwege vergrößern. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines reaktivierbaren Halbzeugs und eines schallabsorbierenden Werkstücks bereitzustellen, die nachwachsende Materialien verwenden. Ebenso sollen ein reaktivierbares Halbzeug und ein schallabsorbierendes Werkstück bereitgestellt werden, die biologisch abbaubar sind.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs mit einer Faserkomponente und einer Matrix. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Bereitstellen eines Vliesstoffes aus Naturfasern,

- Herstellen eines Bindemittelgemischs, das Wasser und ein Naturbindemittel enthält,

- Imprägnieren des Vliesstoffes mit dem Bindemittelgemisch und

- Trocknen des Vliesstoffes, um das Halbzeug zu erhalten.

Durch die Verwendung von Naturfasern als Faserkomponente und eines Bindemittelgemischs, das Naturbindemittel enthält, sind petrochemische Materialien, beispielsweise ein Acrylharz oder PET-Bico-Fasem, nicht notwendig, damit das Halbzeug reaktivierbar ist und um schlussendlich ein Werkstück herzustellen. Dabei haben die Erfinder erkannt, dass Naturbindemittel im getrockneten Zustand reaktivierbar sind.

Das Bindemittelgemisch kann eine Lösung, eine Suspension oder eine Emulsion sein. Beispielsweise enthält das Bindemittelgemisch zwischen 8 Gew.-%und 25 Gew.-% des Naturbindemittels und zwischen 75 Gew.-%und 92 Gew.-% Wasser.

In einer Ausgestaltung sind die Naturfasern des Vliesstoffes Hanffasem, Flachsfasem, Kenaffasem, Jutefasem oder eine Kombination hiervon und/oder die Naturfasern des Vliesstoffs sind gelegt und mechanisch verbunden. Auf diese Weise wird ein vollständig biologisch abbaubarer Vliesstoff erhalten. In einer Ausführung sform wird der Vliesstoff zum Imprägnieren mit dem Bindemittelgemisch getränkt und anschließend gepresst, insbesondere zwischen zwei Druckrollen, wodurch eine gleichmäßige Imprägnierung des Vliesstoffes erreicht wird.

Hierzu kann ein Foulard verwendet werden.

In einer Ausgestaltung wird der Vliesstoff bis zu einer Materialfeuchte von 5 % bis 15 %, insbesondere 8 % bis 10 % getrocknet, wodurch das Halbzeug einfach zu handhaben und zu lagern ist.

In einer Ausführungsform enthält das Naturbindemittel Stärke, insbesondere mehr als 95 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 99 Gew.-%, wodurch ein gute Reaktivierbarkeit erreicht wird.

Zur Vereinfachung der Handhabung kann die Stärke eine modifizierte Stärke, insbesondere eine physikalisch modifizierte Stärke sein, kaltlöslich sein und/oder die Stärke kann aus Kartoffelstärke gewonnen sein.

Zum Beispiel hat die Stärke einen pH-Wert zwischen 6 und 7, insbesondere von 6,5 und/oder eine Feuchtigkeit zwischen 10 Gew.-% und 20 Gew.-%, insbesondere zwischen 12 Gew.-% und 16 Gew.-%.

Um den Eintrag des Naturbindemittels in den Vliesstoff zu verbessern, kann das Bindemittelgemisch zwischen 0,2 Gew.-% und 0,8 Gew.-% Tenside aufweisen, insbesondere 0,4 Gew.-%.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Bereitstellen wenigstens eines Halbzeugs, das wie zuvor beschrieben hergestellt wurde, - Reaktivieren des einen Halbzeugs oder mehrerer der Halbzeuge durch Applikation von Feuchtigkeit und/oder Wärme, insbesondere durch Applikation von Wasserdampf, und

- Verpressen des einen Halbzeugs oder der mehreren Halbzeuge in die gewünschte Form, um das Werkstück zu erhalten.

Die zum Verfahren zur Herstellung des Halbzeugs diskutierten Merkmale und Vorteile gelten gleichermaßen für das Verfahren zur Herstellung des Werkstücks und umgekehrt.

Durch die Reaktivierung mittels Wärme und/oder Feuchtigkeit sind zur Reaktivierung des Halbzeugs keine nicht-abbaubaren Stoffe notwendig.

Zum Beispiel wird das Halbzeug bereitgestellt, in dem es wie zuvor beschrieben hergestellt wird.

In einer Ausgestaltung wird vor dem Verpressen ein Oberflächenmaterial auf das eine Halbzeug oder eines der mehreren Halbzeuge aufgebracht, das anschließend mit dem Halbzeug verpresst wird und eine der Oberflächen des Werkstückes bildet, wodurch die Oberfläche des Werkstücks veredelt wird.

Insbesondere ist auch das Oberflächenmaterial aus einem biologisch abbaubaren Material.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Halbzeug mit einer Faserkomponente und einer Matrix, insbesondere hergestellt mit einem zuvor beschriebenen Verfahren, wobei die Faserkomponente einen Vliesstoff aus Naturfasern umfasst und die Matrix ein Naturbindemittel ist.

Die zum Verfahren zur Herstellung des Halbzeugs und/oder zum Verfahren zur Herstellung des Werkstücks diskutierten Merkmale und Vorteile gelten gleichermaßen für das Halbzeug und umgekehrt.

Das Halbzeug kann als Faser-Matrix-Halbzeug angesehen werden. Für eine gute Weiterverarbeitung kann das Halbzeug zwischen 25 Gew.-% und 40 Gew.-%, insbesondere zwischen 30 Gew.-% und 35 Gew.-% des Naturbindemittels, und/oder zwischen 75 Gew.-% und 60 Gew.-%, insbesondere zwischen 70 Gew.-% und 65 Gew.-% der Faserkomponente enthalten. Diese Angaben beziehen sich auf den getrockneten Zustand des Halbzeugs.

Beispielsweise sind die Naturfasern Hanffasem, Flachsfasem, Kenaffasem, Jutefasem oder eine Kombination hiervon und/oder die Naturfasern des Vliesstoffs sind gelegt und mechanisch verbunden. Auf diese Weise wird ein vollständig biologisch abbaubarer Vliesstoff erhalten.

In einer Ausführungsform enthält das Naturbindemittel Stärke, insbesondere mehr als 95 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 99 Gew.-%, wodurch eine gute Reaktivierbarkeit erreicht wird. Diese Angaben beziehen sich insbesondere auf den getrockneten bzw. ungemischten Zustand des Naturbindemittels.

Zur Vereinfachung der Handhabung kann die Stärke eine modifizierte Stärke, insbesondere eine physikalisch modifizierte Stärke sein, kaltlöslich sein und/oder die Stärke kann aus Kartoffelstärke gewonnen sein.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Werkstück, wobei das Werkstück zumindest aus einem Halbzeug, zwei Halbzeugen oder mehr als zwei Halbzeugen, wie zuvor beschrieben, hergestellt ist und/oder mit einem Verfahren, wie zuvor beschrieben, hergestellt ist.

Die zum Verfahren zur Herstellung des Halbzeugs, die zum Verfahren zur Herstellung des Werkstücks und/oder die zum Halbzeug diskutierten Merkmale und Vorteile gelten gleichermaßen für das Werkstück und umgekehrt.

Das Werkstück ist insbesondere offenporig. Beispielsweise ist das Werkstück ein Möbel, wie ein Büromöbel. Zum Beispiel ist das Werkstück eine Trennwand.

In einer Ausgestaltung enthält das Werkstück zwischen 25 Gew.-% und 40 Gew.-%, insbesondere zwischen 32 Gew.-% und 40 Gew.-% des Naturbindemittels, und/oder zwischen 75 Gew.-% und 60 Gew.-%, insbesondere zwischen 60 Gew.-% und 68 Gew.-% der Faserkomponente, wodurch ein langlebiges Werkstück erhalten wird.

Beispielsweise hat das Werkstück einen gewichteten Schallabsorptionskoeffizienten nach ISO 11654: 1997-07 zwischen 0,5 und 0,6, insbesondere von 0,5 und/oder das Werkstück hat eine Dichte von 250 kg/m ³ bis 350 kg/m ³ , insbesondere zwischen 270 kg/m ³ und 290 kg/m ³ , wodurch eine besonders gute Schallabsorption erreicht wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 : ein erfindungsgemäßes Halbzeug in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2: ein erfindungsgemäßes Werkstück, das aus dem Halbzeug gemäß

Figur 1 hergestellt wurde,

Fig. 3: ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen

Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs,

Fig. 4: ein Diagramm von Messewerten einer Schallabsorptionsmessung an einem schallabsorbierenden Werkstück gemäß Figur 2 und einem 100% PET Werkstück aus dem Stand der Technik und

Fig. 5: eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen schallabsorbierenden Werkstücks, das ebenfalls aus einem Halbzeug gemäß Figur 1 hergestellt wurde. In Figur 1 ist ein Halbzeug 10 schematisch dargestellt. Das Halbzeug 10 kann als Faser-Matrix-Halbzeug angesehen werden, mit einer Faserkomponente und einer Matrix, wobei als Matrix kein Kunststoff oder petrochemisches Material zum Einsatz kommt.

Die Faserkomponente des Halbzeugs 10 enthält einen Vliesstoff aus Naturfasern, beispielsweise aus Hanffasem, Flachsfasem, Kenaffasem, Jutefasem oder eine Kombination hiervon.

Die Naturfasern sind gelegt und gegebenenfalls mechanisch verbunden, um den Vliesstoff zu erhalten.

Die Matrix des Halbzeugs 10 ist ein Naturbindemittel, das Stärke enthält. Der Anteil der Stärke beträgt zum Beispiel mehr als 95 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 99 Gew.-%. Diese Angaben beziehen sich auf den trockenen bzw. ungemischten Zustand des Naturbindemittels.

Die Stärke ist eine physikalisch modifizierte Stärke, die kaltlöslich ist und beispielsweise auf Kartoffelstärke basiert.

Im getrockneten Zustand des Halbzeugs enthält das Halbzeug 10 zwischen 25 Gew.-% und 40 Gew.-%, insbesondere zwischen 30 Gew.-% und 35 Gew.-% des Naturbindemittels und zwischen 75 Gew.-% und 60 Gew.-%, insbesondere zwischen 70 Gew.-% und 65 Gew.-% der Faserkomponente.

Das Naturbindemittel lässt sich reaktiveren, um die Fasern des Vliesstoffs zu binden, funktional ähnlich einer Matrix aus thermoplastischem Kunststoff.

Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes schallabsorbierendes Werkstück 12, das beispielsweise aus dem Halbzeug 10 hergestellt wurde.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist aus zwei Halbzeugen 10 hergestellt und somit mehrlagig. Denkbar ist auch, dass das schallabsorbierenden Werkstück 12 nur aus einem Halbzeug 10 oder mehr als zwei der Halbzeuge 10 hergestellt ist.

Das Werkstück 12 enthält zwischen 25 Gew.-% und 40 Gew.-% des Naturbindemittels und zwischen 75 Gew.-% und 60 Gew.-% der

Faserkomponente, insbesondere zwischen 32 Gew.-% und 40 Gew.-% des Naturbindemittels und zwischen 60 Gew.-% und 68 Gew.-% der

Faserkomponente.

In Figur 3 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des reaktivierbaren Halbzeugs 10 und eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des schallabsorbierenden Werkstücks 12 dargestellt, das vom Verfahren zur Herstellung des reaktivierbaren Halbzeugs 10 Gebrauch macht.

In einem ersten Schritt Hl wird der Vliesstoff aus Naturfasern für das Halbzeug 10 bereitgestellt. Hierzu werden die Naturfasern zum Beispiel gelegt und mechanisch verbunden, wodurch der Vliesstoff hergestellt wird.

Die Naturfasern sind, wie zuvor beschrieben, Hanffasem, Flachsfasem, Kenaffasem oder Jutefasem. Auch kann der Vliesstoff Fasern verschiedener Pflanzen aufweisen.

In einem Schritt H2, der gleichzeitig, vor oder nach Schritt Hl erfolgen kann, wird ein Bindemittelgemisch hergestellt. Das Bindemittelgemisch enthält Wasser, das Naturbindemittel sowie Tenside. Das Bindemittelgemisch ist beispielsweise eine Lösung, eine Suspension oder eine Emulsion.

Zum Beispiel enthält das Bindemittelgemisch 8 Gew.-% des Naturbindemittels, 0,2 Gew.-%bis 0,8 Gew.-%, insbesondere 0,4 Gew.-% Tenside und 91,6 Gew.- % Wasser. Die Tenside sind biologisch abbaubar und können insbesondere ebenfalls ein Naturprodukt sein.

Wie zuvor beschrieben enthält das Naturbindemittel Stärke, insbesondere mehr als 95 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 99 Gew.-%.

Die Stärke kann dabei eine physikalisch modifizierte Stärke sein, die kaltlöslich ist und aus Kartoffelstärke gewonnen wurde.

Zum Beispiel hat die Stärke einen pH-Wert zwischen 6 und 7, insbesondere von 6,5 und eine Feuchtigkeit zwischen 10 Gew.-% und 20 Gew.-%, insbesondere zwischen 12 Gew.-% und 16 Gew.-%. Eine solche Stärke wird zum Beispiel von der Emsland-Stärke GmbH unter dem Handelsnamen EMPRE KST vertrieben.

In Schritt H3 wird der Vliesstoff mit dem Bindemittelgemisch imprägniert.

Hierzu wird der Vliesstoff mit dem Bindemittelgemisch getränkt (Schritt H3.1).

Anschließend wird der getränkte Vliesstoff in Schritt H3.2 gepresst. Hierzu können zwei Druckrollen, ein sog. Foulard, verwendet werden, zwischen denen der getränkte Vliesstoff durchgeführt wird.

Anschließend wird der getränkte und gepresste Vliesstoff in Schritt H4 getrocknet. Die Trocknung erfolgt beispielsweise bis zu einer Materialfeuchte des Vliesstoffes von 5 % bis 15 %, insbesondere bis zu einer Materialfeuchte zwischen 8 % und 10 %, bevorzugt 9 %.

Der bis zu der vorgegebenen Materialfeuchte getrocknete Vliesstoff enthält somit das Naturbindemittel und ist nun das reaktivierbare Halbzeug 10.

Aufgrund des Naturbindemittels ist das reaktivierbare Halbzeug 10 wie ein Faser-Matrix-Halbzeug reaktivierbar und weiterverarbeitbar. Zur Reaktivierung kann das Halbzeug 10 mit Feuchtigkeit und Wärme, beispielsweise Wasserdampf, behandelt werden, wodurch das Bindemittel reaktiviert wird.

Zur Herstellung des schallabsorbierenden Werkstücks wird nun in Schritt W1 eines oder mehrere der zuvor hergestellten reaktivierbaren Halbzeuge 10 bereitgestellt.

Dies geschieht insbesondere mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Herstellung des reaktivierbaren Halbzeugs 10. Schritt W1 kann somit die Schritte Hl bis H4 umfassen.

In Abhängigkeit vom herzustellenden schallabsorbierenden Werkstück 12 können ein Halbzeug 10, zwei Halbzeuge 10 oder mehr als zwei Halbzeuge 10 bereitgestellt und zu einem schallabsorbierenden Werkstück 12 verarbeitet werden. Das schallabsorbierenden Werkstück 12 hat dann dementsprechend eine Lage, zwei Lagen oder mehr als zwei Lagen aus Naturfasern.

In Schritt W2 wird das Halbzeug 10 bzw. die mehreren Halbzeuge 10 reaktiviert, beispielsweise durch Applikation von Wasserdampf, wodurch dem Halbzeug, insbesondere dem getrockneten Bindemittel Feuchtigkeit und Wärme zugefügt werden. Der Wasser dampf hat insbesondere eine Temperatur von 100°C.

In Schritt W3, der bereits zuvor erfolgen kann, kann zudem ein Oberflächenmaterial auf das Halbzeug 10 bzw. eines der mehreren Halbzeuge 10, aufgebracht werden. Dies geschieht beispielsweise durch Auflegen des Oberflächenmaterials auf das oberste bzw. unterste Halbzeug 10.

In Schritt W4 werden nun das eine oder die mehreren Halbzeuge 10 sowie ein optional darauf befindliches Oberflächenmaterial miteinander verpresst und in die gewünschte Form gebracht. Durch das Verpressen wird das schallabsorbierenden Werkstück 12 erhalten. Es ist denkbar, dass das Reaktivieren des Halbzeugs 10 gleichzeitig mit dem Verpressen stattfindet. Beispielsweise wird dabei die Feuchtigkeit des Halbzeugs 10 genutzt, indem das Halbzeug 10 in der Presse erhitzt wird, sodass das enthaltene Wasser als Wasserdampf das Naturbindemittel reaktiviert. Auch kann das Halbzeug 10 vor dem Einführen in die Presse befeuchtet werden, um in der Presse Dampf zu erzeugen.

Das schallabsorbierende Werkstück 12 kann beim Verpressen in nahezu beliebige Formen gebracht werden, wie gewölbten und kurvigen Werkstücken.

Das Werkstück 12 kann ein Büromöbel, wie ein Teil einer Trennwand, sein.

Diese Formbarkeit ist sehr ähnlich zu einem üblichen Faser-Matrix-Halbzeug, das ebenfalls in nahezu beliebige Formen verarbeitet werden kann.

Das schallabsorbierenden Werkstück 12 ist offenporig und hat dementsprechend eine hohe Schallabsorption.

Die Dichte des Werkstücks 12 liegt zwischen 250 kg/m ³ und 350 kg/m ³ , insbesondere zwischen 270 kg/m ³ und 290 kg/m ³ .

Beispielsweise hat das schallabsorbierende Werkstück 12 einen gewichteten Schallabsorptionskoeffizienten nach ISO 11654: 1997-07 zwischen 0,5 und 0,6, insbesondere von 0,55.

In Figur 4 sind zwei Messreihen des Schallabsorptionskoeffizienten gemessen nach DIN EN ISO 354:2004-12 dargestellt.

Dabei entstammen die mit Kreisen eingezeichneten Messpunkten einer Messung an einem schallabsorbierenden Bauteil aus dem Stand der Technik bestehend aus 100 % PET, mit einer Dicke von 12 mm und einer Dichte von 200 kg/m3. Die mit den Vierecken eingezeichneten Messpunkte entstammen einer entsprechenden Messung an einem beispielhaften schallabsorbierenden Werkstück 12 gemäß der Erfindung.

Das beispielhafte Werkstück 12 enthielt 65 Gew.-% Hanffasem, 34,6 Gew.-% des Naturbindemittels, also der Stärke, und 0,4 Gew.-% Tenside. Die Dichte des Werkstücks bei 12 mm Dicke betrug 280 kg/m ³ und wurde aus zwei Halbzeugen 10 hergestellt.

Die zur Herstellung verwendete Stärke wird von der Emsland-Stärke GmbH unter dem Handelsnamen EMPRE KST vertrieben. Diese Stärke ist eine physikalisch modifizierte, in kaltem Wasser lösliche Kartoffelstärke mit einen pH-Wert von 6,5 und einer Feuchtigkeit von 14 Gew.-%.

Zur Herstellung der Halbzeuge 10 wurde ein Bindemittelgemisch von 8 Gew.- % des Naturbindemittels, 0,4 Gew.-% Tenside und 92,3 Gew.-% Wasser verwendet. Die Halbzeuge 10 wurden bis zu einer Materialfeuchte von 9 % getrocknet. Die Reaktivierung erfolgte mit Wasserdampf bei 100°C.

Zur Messung wurden je Werkstoff eine Wand des jeweiligen Werkstoffs mit einer Breite von 950 mm, einer Höhe von 1750 mm und einer Dicke von 12 mm vertikal in einem Hallraum gemäß ASTM C 423-17 (Revison 17: 2017-02) und DIN EN ISO 12999-3: 2020-11 aufgestellt, und zwar mit 30 mm Abstand zum Boden. Der Messaufbau und die Abmessungen der Wand waren für die beiden Werkstoffe identisch. Die Messung erfolgte gemäß DIN EN ISO 354:2003-12.

Gut zu erkennen ist in Figur 4, dass die Schallabsorption des schallabsorbierenden Werkstücks 12 gemäß der Erfindung dem des bekannten Materials aus dem Stand der Technik entspricht. Insbesondere hat es den gleichen gewichteten Schallabsorptionskoeffizienten aw von 0,55 (H) nach ISO 11654: 1997-07. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit möglich, ein schallabsorbierendes Werkstück 12 herzustellen, das mit Ausnahme der Tenside vollständig aus Naturprodukten hergestellt und frei von petrochemischen Komponenten ist. Somit kann es zum einen aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden und zum anderen ist es vollständig biologisch abbaubar.

Denkbar ist es jedoch, dass die Tenside nicht nur biologisch abbaubar sind, sondern auch biologisch erzeugt und/oder ein Naturprodukt sind.

Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen schallabsorbierenden Werkstücks 12, das dem der ersten Ausführungsform entspricht. Im Folgenden wird daher lediglich auf die Unterschiede eingegangen.

Das schallabsorbierende Werkstück 12 der zweiten Ausführungsform hat im Gegensatz zu dem der ersten Ausführungsform eine strukturierte Oberfläche, die durch das Pressen eingebracht wurde. Die strukturierte Oberfläche hat ein

Raster aus kreisförmigen Erhöhungen. Durch das Pressen lässt sich somit die Oberfläche des schallabsorbierenden Werkstücks 12 veredeln, ohne dass weitere Materialien notwendig sind.